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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System jeweils zur Bestimmung von Werten, mit denen sich zumindest teilweise die Anatomie eines Gebisses in einem Artikulator abbilden lässt.
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Im Bereich der Zahnmedizintechnik kommt üblicherweise ein sogenannter Artikulator zum Einsatz, der dazu dient, im Labor die anatomisch-geometrischen Verhältnisse des Kiefers eines Patienten, d.h. die räumlichen Relativpositionen der Zahnreihen des Oberkiefers und des Unterkiefers einerseits zueinander sowie andererseits zur Scharnierachse, d.h. zur Gelenkachse des Unterkiefers in Beziehung zum Oberkiefer bzw. Schädel, so genau wie möglich abzubilden und patientenspezifisch die Kaubewegungen eines durch diese Parameter definierten Gebisses so exakt wie möglich zu simulieren.
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Hierzu ist es notwendig, dass ein Modell einer ersten Zahnreihe, in der Regel des Oberkiefers, mittels geeigneter Transfervorrichtungen positions- und lagegenau in Bezug auf die Scharnierachse des Artikulators in diesem montiert wird.
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Die für jeden Patienten individuell vorliegenden räumlichen und geometrischen Relativbeziehungen zwischen dem Kiefer und der Scharnierachse werden mittels eines sogenannten Gesichtsbogens abgegriffen. Hierfür wird üblicherweise die räumliche Relativposition zwischen der Zahnreihe des Oberkiefers und bestimmten Fixpunkten am Schädel abgenommen, indem diesbezüglich der Gesichtsbogen mechanisch justiert oder unter Zuhilfenahme elektronischer Mittel codiert wird. Ein Gesichtsbogen gibt also in der Regel die räumliche Beziehung zwischen der Oberkieferzahnreihe und einer Achs- und/oder Bezugsebene wieder, die entweder aus der Scharnierachse des Patienten und einem anterioren Referenzpunkt oder durch eine arbiträre Achse bestimmt wird.
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Während die Position der oberen Zahnreihe mittels einer Bissgabel abgegriffen wird, wird eine willkürliche Festlegung der Achse meist dadurch erreicht, dass der höchste Punkt des äußeren Gehörgangs als Referenzpunkt herangezogen wird, von welchem aus auf Grund statistischer Mittelwerte auf die Lage der Scharnierachse, die sich aus der Verbindung der beidseitigen Kondylen ergibt, geschlossen wird, was naturgemäß die geometrischen Verhältnisse des gnathologischen Systems nicht exakt wiederzugeben vermag, einhergehend mit einer entsprechenden Fehleranfälligkeit bei nachfolgenden zahntechnischen Bearbeitungsschritten.
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Es kann jedoch medizinisch notwendig werden, die bei einem Gebiss eines Patienten tatsächlich vorhandene Scharnierachsenlage individuell genau zu erfassen, so dass elektronische Hilfsmittel zur Erfassung der kinematischen Verhältnisse bei einer Kaubewegung herangezogen werden müssen.
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So ist es beispielsweise aus der
DE 20 2013 105 962 U1 bekannt, in einen Gesichtsbogen Sensoren zu integrieren und einen Sensor im Bereich des Unterkiefers vorzusehen. Bei einer Kaubewegung werden die sich durch die Bewegungen ergebenden Abstände dann über Laufzeitunterschiede von Ultraschallpulsen gemessen und entsprechend in ein virtuelles Modell übertragen.
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Darüber hinaus ist es aus der
EP 1 981 403 bekannt, die Kieferbewegungen mittels Kameras aufzunehmen und entsprechend umzurechnen. Eine 3D-Kamera zur Erstellung von Oberflächenscans der Zahnreihen mit entsprechender Positionsmarkierung schlägt beispielsweise die
DE 20 2005 010 987 U1 vor. Zur Positionsbestimmung der Bissgabel schlägt die
DE 10 2013 204 207 A1 die Verwendung eines 3D-Markers vor, wobei die Bissgabel zusätzlich Aussparungen aufweist, so dass sowohl die Position der Bissgabel als auch die Oberfläche der Zahnreihe mittels eines Scanners erfasst werden kann.
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Ferner ist es bekannt, nach der erfolgten Gesichtsbogenübertragung den Artikulator mit dem eingesetzten Modell in einem optischen Streifenlichtscanner zu scannen und die Daten in einen virtuellen Artikulator zu übertragen.
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Den vorhergehend geschilderten elektronisch unterstützten Systemen ist gemeinsam, dass sie einerseits, auch wegen den stets erforderlichen Kalibrierungsmaßnahmen, geräte- und prozesstechnisch sehr aufwändig und daher für eine Zahnarztpraxis sehr kostenintensiv sind und andererseits eine entsprechende Schulung des Personals erfordern.
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Auf Grund der einfacheren Handhabbarkeit, allgemein aus Kostengründen und auch auf Grund der versicherungsseitig vorgegebenen Abrechnungsmodalitäten kommt in einer Zahnarztpraxis nach wie vor das Verfahren der arbiträren Gesichtsbogenübertragung bevorzugt zum Einsatz.
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Jedoch ist dabei auch immer noch die Weitergabe des Gesichtsbogens in Form einer Bissgabel, die dann eine Zahnreihenimpression des Oberkiefers trägt, sowie eines an der Bissgabel angeordneten, auf die Kieferanatomie eines Patienten einjustierten und fixierten Kupplungsmechanismus, mit welchem die Bissgabel in einem Artikulator befestigt werden soll, fehlerbehaftet, da beim Versand an das Zahnlabor durch unbeabsichtigte äußere Krafteinwirkungen die eingestellte Justierung des Kupplungsmechanismus verstellt werden kann.
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Während elektronisch erfasste Gelenkwerte nur verwendet werden können, wenn exakt die Achse, in Bezug auf welche die elektronische Registrierung vorgenommen wurde, auch als lokalisierte Achse in den Artikulator übertragen werden kann, besteht bei den rein mechanischen Verfahren der Gesichtsbogenübertragung stets das Problem, den Bewegungsraum des tatsächlichen Gebisses und den hierzu simulierten Bewegungsraum des Artikulators möglichst deckungsgleich übereinander zu bringen. Beiden Vorgehensweisen wohnen unterschiedliche Fehlerquellen inne.
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Dennoch bleibt es trotz des teilweise erheblichen Aufwands und trotz der Fehlerrisiken und Ungenauigkeiten der aus dem Stand der Technik bekannten Messverfahren und vorrichtungen unabdingbar, die Geometrie des Schädels mittels eines Gesichtsbogens abzugreifen und auf einen Artikulator zu übertragen, um entsprechend individuell passgenaue Implantate und dergleichen herstellen zu können.
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Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung der für einen Artikulator notwendigen anatomischen Werte eines Gebisses bereitzustellen, die sich durch einen geringen Aufwand bei gleichzeitig verbesserter Genauigkeit auszeichnen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Bestimmen von Werten, mit denen sich zumindest teilweise die Anatomie eines Gebisses in einem Artikulator abbilden lässt, nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zum Übertragen solcher Werte nach Anspruch 10 sowie mit einem System zur Bestimmung solcher Werte nach Anspruch 16.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Bestimmung von Werten, mit denen sich zumindest teilweise die Anatomie eines Gebisses in einem Artikulator abbilden lässt, weist die folgenden Schritte auf:
- – Erfassen der räumlichen Relativposition eines Oberkiefers durch Fixieren einer Bissgabel in einer die Relativposition wiedergebenden Stellung;
- – Übertragen der Bissgabel in dieser Stellung in eine Transfervorrichtung;
- – Befestigen der Bissgabel in der Transfervorrichtung in dieser Stellung;
- – Anbringen eines Referenzkörpers innerhalb der Transfervorrichtung derart, dass der Referenzkörper in einer definierten Beziehung zu der Bissgabel steht; und
- – Scannen des Referenzkörpers und der Bissgabel.
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Der Schritt des Erfassens der räumlichen Relativposition eines Oberkiefers kann auf der klassischen Gesichtsbogenmessung beruhen, wie sie nach wie vor in Zahnarztpraxen hauptsächlich zur Anwendung kommt. Der Schritt der Übertragung der Bissgabel in eine Transfervorrichtung beinhaltet, dass die Bissgabel in ihrer einmal über eine Kupplungsvorrichtung fixierten Stellung in einer entsprechenden Rahmenstruktur befestigt wird.
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Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt nun darin, dass die so fixierte Position der Bissgabel innerhalb der Rahmenstruktur der Transfervorrichtung auf elektronischem Wege aufgenommen werden soll. Dieser Schritt ist prinzipiell unabhängig vom Vorgang der rein mechanischen Übertragung der Position der Bissgabel.
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Hierfür wird gemäß der Erfindung ein vorzugsweise flächiger, beispielsweise plattenförmiger Referenzkörper, der auf seiner Oberfläche eine Verteilung von hinsichtlich Größe, Höhe und geometrischer Form unterschiedlichen Referenzmarkern aufweist, in eine definierte räumliche Relativbeziehung zur bereits fixierten Position der Bissgabel, vorzugsweise zur Anlage an diese Bissgabel gebracht, indem der Referenzkörper von unten an die Bissgabel herangefahren wird, bis er vorzugsweise plan an dieser anliegt, wobei der Referenzkörper die Bissgabel zu allen Seiten überragt und wobei die Referenzmarker nach oben zeigen.
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In dieser Stellung wird über einen Höhenmesser die Lage des Referenzkörpers als Bezugspunkt erfasst.
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Daraufhin wird die Bissgabel zusammen mit dem Referenzkörper gescannt.
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Von Vorteil ist, dass zu diesem Zweck ein bekannter Intraoralscanner verwendet werden kann, wie er in Zahnarztpraxen bereits zur digitalen Abformung der Kauflächen der Zahnreihen des Oberkiefers und des Unterkiefers im Einsatz ist. Der Intraoralscanner ist per Hand frei beweglich und kann auf einfache Weise von jedermann bedient werden. Als Bezugspunkt dient die gemessene Höhe des Referenzkörpers. Zusätzlich kann die Relativposition der Rahmenstruktur zum Intraoralscanner durch entsprechende Marker an beiden Komponenten verifiziert werden.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass dieses zumindest bereits teilweise in einer Zahnarztpraxis durchgeführt werden kann. Einmal in der Transfervorrichtung eingebaut, kann die Position der Bissgabel digitalisiert werden und in dieser Form digital an das zahntechnische Labor übertragen werden.
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Der Gesichtsbogen kann hierfür in der Regel in herkömmlicher, d.h. auf rein mechanisch-anatomische Art und Weise abgegriffen werden, wobei auf Grund der anschließenden Verifizierung der Daten in einem virtuellen Artikulator die arbiträre Gesichtsbogenermittlung genügt. Eine aufwändige, elektronisch unterstützte Gesichtsbogenmessung, die auch den Zeitaufwand für den Patienten mit erhöht, ist nicht notwendig.
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Der Zahnarzt oder das Personal benötigt keine besondere Schulung, um das System bedienen zu können, zumal ein einfacher Intraoralscanner, wie er bei vielen auf Implantate oder dergleichen spezialisierten Praxen in der Regel bereits vorhanden ist, herangezogen werden kann.
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Die durch den Scanvorgang gewonnenen Daten können in jeder beliebigen Form digital weiterverarbeitet werden.
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So können die Scandaten mit einem digital hinterlegten Referenzmodell des Referenzkörpers über das bekannte „Matching” abgeglichen werden. Hierbei ist es möglich, die Position einer virtuellen Bissgabel in einem virtuellen Artikulator zu bestimmen, der quasi den tatsächlichen Artikulator, an welchem der Zahntechniker seine Modellierarbeiten vornimmt und überprüft, wiederspiegelt.
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Die Scandaten können auch mit weiteren Daten des Gebisses eines Patienten, die auf elektronischem Wege gewonnen oder aus analog gemessenen Daten heraus digitalisiert wurden, korreliert werden, um ein digitales dreidimensionales Gebissmodell zu generieren. Derartige Daten umfassen beispielsweise dreidimensionale Oberflächenscans von Zahnreihen oder Einzelzähnen, Positionsdaten der Kiefer oder kinematischen Daten von Kieferbewegungen über Messungen oder Videoaufnahmen.
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Insbesondere können die Scandaten der Bissgabel zur Verifizierung der aus den vorhergehend genannten digitalen Daten errechneten Relativverhältnisse hinsichtlich Kieferstellungen zueinander bzw. zum Schädel, Zahnstellung der Zähne bzw. Zahnreihen des Oberkiefers und des Unterkiefers zueinander sowie hinsichtlich der axialen und lateralen Kaubewegungen dienen, so dass sich die Genauigkeit der Berechnung weiter erhöhen lässt.
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Ein solches virtuelles dreidimensionales Gebissmodell, welches das tatsächliche Gebiss eines Patienten hochgenau wiedergibt, kann idealerweise dann als Druckvorlage für das 3D-Druckverfahren herangezogen werden, wobei das dann ausgedruckte Modell mit den Zahnreihen dem Zahntechniker wiederum als Modelliervorlage in einem tatsächlichen Artikulator dienen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung können die Scandaten insbesondere dazu dienen, indem sich entsprechende Werte für den Zahntechniker auslesen lassen, den tatsächlichen Artikulator und die Position der in diesem angeordneten tatsächlichen Bissgabel hochgenau einzustellen bzw. bei Abweichungen nachzujustieren. So lassen sich die Stellschrauben bzw. Aktuatoren des Artikulators für die darin angeordnete Bissgabel hinsichtlich Gelenkbahnneigungswinkel, Benettwinkel, Seitenbeweglichkeit, Shiftwinkel, Front-Eckzahnführung usw. genauer einstellen, wodurch die Fehler bei der Gestaltung der statischen und dynamischen Okklusionskontakte noch weiter reduziert werden können.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel:
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung von Werten, mit denen sich zumindest teilweise die Anatomie eines Gebisses in einem Artikulator abbilden lässt, mit einer Scanvorrichtung; und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Referenzkörpers und einer auf diesem angeordneten Bissgabel.
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In 1 ist in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Bestimmung von Werten, mit denen sich zumindest teilweise die Anatomie eines Gebisses in einem Artikulator abbilden lässt, gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 besteht aus einer Grundplatte 2, auf welcher eine Rahmenstruktur aufgebaut ist, die randseitig eine Tragsäule 3 aufweist, an der wiederum in der horizontalen Ebene mit einem ausreichenden Abstand zur Grundplatte 2 ein Tragarm 4 angeordnet ist.
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Der Tragarm 4 trägt eine nach unten gerichtete Einstellvorrichtung 5.
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Die Einstellvorrichtung 5 weist mehrere Achsfreiheitsgrade auf, die die genaue Einstellung der Höhe und Neigungen einer an dieser angebrachten Kupplungsvorrichtung 6 erlauben, so dass die Kupplungsvorrichtung 6 relativ zu der Rahmenstruktur in jeder beliebigen Lage eingestellt und fixiert werden kann. Hierzu sind mehrere Stell- und Befestigungsschrauben 7 und 8 und Achsschenkel 9 und 10 vorgesehen, die über ein Kardangelenk 11 miteinander verbunden sind.
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Die Kupplungsvorrichtung 6 dient der Aufnahme und Befestigung einer Bissgabel 12, die über eine Stellschraube 13 in ihrer Längsausrichtung fixiert werden kann. Die Relativposition zwischen der Kupplungsvorrichtung 6 und der Bissgabel 12 wurde, beispielsweise mittels der arbiträren Gesichtsbogenermittlung direkt am Patienten abgegriffen und in die Vorrichtung 1 eingesetzt.
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Der Tragsäule 3 diagonal gegenüberliegend ist an der Grundplatte 2 eine höhenverstellbare Führungseinrichtung 14 vorgesehen, an welcher ein plattenförmiger Referenzkörper 15, vorzugsweise gelenkig und fest einstellbar, gelagert ist.
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Die Führungseinrichtung 14 weist einen Wegesensor 16 auf, mit Hilfe von welchem die Höhe des Referenzkörpers 15 im Verhältnis zur Grundplatte 2 gemessen werden kann.
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In der 2 ist der Referenzkörper 15 deutlicher zu erkennen.
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Der plattenförmige Referenzkörper 15 weist eine Verteilung von mehreren Referenzmarkern 17 auf, die eine unterschiedliche Dimensionierung und Gestalt aufweisen und teilweise als Erhebungen auf oder Ausnehmungen in dem Referenzkörper 15 vorliegen.
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Die flächige Erstreckung des Referenzkörpers 15 ist dabei dergestalt, dass die Bissgabel 12 vollständig von dem Referenzkörper 15 eingefasst wird.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bissgabel 12 über die Einstellvorrichtung 5 an der Rahmenstruktur befestigt, und zwar entsprechend der räumlichen Position der Bissgabel 12, wie diese bei der Gesichtsbogenerfassung unmittelbar am Patienten ermittelt wurde. In dieser Stellung wird die Bissgabel 12 über die Stellmechanismen 7 und 8 fixiert.
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Der Referenzkörper 15 wird über die Führungseinrichtung 14 von unten an die so fixierte Bissgabel 12 heran gefahren, bis dieser vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, plan an der Bissgabel 12 zur Anlage kommt. In dieser Position misst der Höhensensor 16 die Lage des Referenzkörpers 15 im Verhältnis zu der Vorrichtung 1 und bildet so für den Scanvorgang einen entsprechenden Bezugspunkt aus.
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Mittels einer per Hand bewegbaren Scaneinrichtung 18, die im Raum frei beweglich ist, können die Bissgabel 12 und die zumindest von der Bissgabel 12 nicht abgedeckten Teilbereiche der Oberfläche des Referenzkörpers 15 mit seinen Referenzmarkern 17 gescannt werden. Die Bissgabel 12 weist darüber hinaus noch eine Verteilung von mehreren Öffnungen 19 auf, so dass die von den Öffnungen 19 nicht abgedeckten Referenzmarker 17 bzw. Abschnitte davon ebenfalls gescannt werden können.
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Die so gewonnenen digitalen Daten ermöglichen die Bestimmung der exakten Position der Bissgabel 12 im Raum und können in vielseitiger Form weiterverarbeitet werden.
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So wird beispielsweise ein digitales Referenzmodell des Referenzkörpers 15 in der Verarbeitungs- und Messsoftware hinterlegt, so dass der Referenzkörper 15 mit den von der Scanreinrichtung 18 ermittelten Oberflächendaten im Sinne eines „Matching” abgeglichen werden kann, was die Berechnung der exakten Position der Bissgabel 12 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013105962 U1 [0007]
- EP 1981403 [0008]
- DE 202005010987 U1 [0008]
- DE 102013204207 A1 [0008]
