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Die Erfindung betrifft einen U-förmigen Rahmen, der eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen U-förmigen Rahmens sowie ein Fahrzeug mit einem solchen U-förmigen Rahmen.
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Eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ist üblicherweise in einem dafür vorgesehenen Rahmen mit einem Elastomereinsatz eingesteckt und schließt über diesen an eine Metallkarosserie des Fahrzeugs an. Auch an dem Rahmen angeklebte Windschutzscheiben werden verwendet. Die Metallkarosserie weist bevorzugt plastische Eigenschaften, jedoch mit einer vorbestimmten Mindeststeifigkeit, auf. Die mechanischen Eigenschaften der Metallkarosserie sind in erster Linie auf einen Überschlag des Fahrzeugs als das maßgebliche Ereignis ausgelegt, das die Konstruktion des Rahmens zu überstehen hat. Der Rahmen ist daher zwangsläufig so steif, dass er bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Fußgänger keine wesentlichen energieaufnehmenden Eigenschaften aufweist. Zur Lösung dieses Problems haben Rahmen für eine Windschutzscheibe in den Stand der Technik gefunden, die eine elastische Zone zwischen der Karosserie und der Windschutzscheibe herstellen, um einen Aufprall eines Fußgängers auf die Windschutzscheibe abzufedern.
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Die
DE 10 2013 017 873 A1 betrifft eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten, zentralen Bereich aus einem ersten, transparenten Material. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass ein zweiter, peripherer Bereich den ersten Bereich U-förmig von einer Oberseite her umgibt, wobei der zweite Bereich aus einem zweiten, transparenten Material besteht, und wobei das zweite Material von dem ersten Material verschieden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rahmen, der eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst, zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen U-förmigen Rahmen, der eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst. Mindestens ein Bereich des U-förmigen Rahmens besteht dabei aus transparentem Kunststoff. Der U-förmige Rahmen kann dabei einteilig sein oder sich aus mehreren Teilen zusammensetzen. Der U-förmige Rahmen weist außerdem mindestens eines der folgenden Funktionselemente auf:
- – ein fluidführendes Element,
- – ein optisches Element, oder
- – ein elektrisches Element.
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Das Fahrzeug kann ein PKW, LKW, Bus, Flurförderzeug, Baumaschine, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug (beispielsweise Schiff), Unterwasserfahrzeug, oder ein Luftfahrzeug sein.
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Das fluidführende Element betrifft insbesondere ein Element, das in eine am Fahrzeug anliegende Strömung eingreift, welche insbesondere durch eine Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs hervorgerufen wird. Weiterhin bevorzugt dient das fluidführende Element zum Ableiten von Regenwasser, das sich hauptsächlich auf der Windschutzscheibe sammelt. Vorteilhaft ist das fluidführende Element unabhängig von seinem Zweck in den U-förmigen Rahmen integriert, wobei bevorzugt der U-förmige Rahmen und das fluidführende Element aus einem zusammenhängenden Material gefertigt sind. Ebenso werden bevorzugt das optische Element und das elektrische Element in den U-förmigen Rahmen integriert, jedoch abhängig von ihrer Funktion nicht zusammen mit dem U-förmigen Rahmen in einem Fertigungsvorgang aus ein und dem selben Material gefertigt.
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Das optische Element dient insbesondere zum Filtern von Licht in bestimmten Wellenlängen, oder weiterhin bevorzugt zum Ausgeben von visuellen Informationen.
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Das elektrische Element dagegen ist insbesondere ein elektrischer Leiter mit einem Widerstand, der deutlich kleiner ist als der der Windschutzscheibe und/oder der des U-förmigen Rahmens. Der Leiter wird in einer ersten bevorzugten Ausführungsform als Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen verwendet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird er zum Leiten von am Fahrzeug auftretenden Ladungen verwendet.
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Der transparente Kunststoff bewirkt zahlreiche Vorteile. Insbesondere bietet der transparente Kunststoff eine verbesserte Sicht, insbesondere in kleineren Fahrzeugen. Des Weiteren stellt der transparente Kunststoff ein stoßdämpfendes Element dar, das bei einem Aufprall eines Fußgängers auf dem Fahrzeug und insbesondere auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs die Verletzungsgefahr für einen Fußgänger deutlich zu senken vermag.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass ein Rahmen, der eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst und vorteilhaft einen verbesserten Fußgängerschutz bei einem Aufprall sowie eine verbesserte Sicht für einen Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht, eine oder mehrere Elemente mit Zusatzfunktionen aufweist, die mit wenig Aufwand und kostengünstig in den Rahmen integrierbar sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das fluidführende Element dazu ausgeführt, Regenwasser und Spritzwasser in eine vordefinierte Richtung abzuleiten.
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Das fluidführende Element weist dabei insbesondere Schienen, Führungsrillen und entsprechende Lippen auf, um das Wasser zweckmäßig bei leichtem und/oder bei starkem Fahrtwind in eine gewünschte Richtung zu leiten.
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Vorteilhaft wird hierdurch eine verbesserte Sicht eines Insassen des Fahrzeugs durch die Windschutzscheibe erreicht und/oder das aufgewirbelte Spritzwasser und der Sprühregen für nachfolgende Fahrzeug verringert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das fluidführende Element dazu ausgeführt, eine Luftströmung durch Grenzschichtbeeinflussung und/oder durch Überführen einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung und/oder durch Überführen einer turbulenten Strömung in eine laminare Strömung zu beeinflussen.
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Das fluidführende Element ist hierbei insbesondere ein aerodynamisch wirksames Element, das vornehmlich auf eine Strömung, verursacht durch eine Eigenbewegung des Fahrzeugs gegenüber der Erde, abzielt. Eine solche Strömung kann aus der primären Anströmung des Fahrzeugs, die auch als Fahrtwind bezeichnet werden kann, stammen, oder aber eine Folge von entsprechenden Druckverhältnissen am Fahrzeug sein. Ein Staudruck an einer Fahrzeugfront verursacht eine Übergeschwindigkeit in Richtung eines Totwasserbereichs am Fahrzeugheck. Bis zu einem gewissen Bereich ist hierbei die Strömung um das Fahrzeug laminar, um anschließend in einen turbulenten Bereich überzugehen. Je kleiner an einem betrachteten Punkt der Abstand der Luft an einer Fahrzeugstruktur ist, umso eher weist die Luft an diesem Punkt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbst auf. Je nach Art der Strömung, insbesondere laminar oder turbulent, weist der Geschwindigkeitsverlauf von der Fahrzeugstruktur weg in Richtung einer Umgebung des Fahrzeugs einen linearen oder einen nichtlinearen Verlauf auf. Bis zu einem gewissen Abstand von der Fahrzeugstruktur weist demnach die Strömung zumindest näherungsweise keine Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug auf. Dieser Abstand wird die Dicke der Grenzschicht genannt. Diese Grenzschicht aus Luft am Fahrzeug wird durch das fluidführende Element bevorzugt manipuliert. Dies hat insbesondere den Zweck, einen vorteilhaften Einfluss auf den aerodynamischen Widerstand des Fahrzeugs zu schaffen. Ebenfalls kann in Form einer Abrisskante, einer besonders glatten Schicht, einer aerodynamischen Lippe, und einem relativ zur Strömungsrichtung mit einem Winkel angestellten Element der Auftrieb, Abtrieb und Widerstand des Fahrzeugs verändert werden.
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Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass relativ einfach und kostengünstig die Aerodynamik des Fahrzeugs weiter optimierbar ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Element ein getönter Bereich.
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Vorteilhaft wird hierdurch ein Fahrzeuginsasse vor Blendungen durch die Sonne geschützt. Insbesondere weist der getönte Bereich eine Verdunklung in einem Frequenzbereich des Lichts mit einem hohen Blauanteil auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Element dazu ausgeführt, visuelle Informationen wiederzugeben.
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Vorteilhaft wird im U-förmigen Rahmen, insbesondere in dem Bereich aus transparentem Kunststoff, eine Vorrichtung zur Wiedergabe von visuellen Informationen integriert. Die Vorrichtung ist bevorzugt ein Bereich, in dem eine Information wie in einem so genannten Head-Up-Display eingespiegelt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist diese Vorrichtung eine aktive Anzeigeeinheit, die dazu ausgeführt ist, visuelle Informationen auszugeben. Vorteilhaft kann somit der U-förmige Rahmen Funktionen eines Head-Up-Displays einnehmen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Bereich aus transparentem Kunststoff aus Polycarbonat.
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Polycarbonat weist vorteilhafte Eigenschaften wie eine hohe erreichbare Bruchfestigkeit, geringe Rissausbreitung, hohe Lichtdurchlässigkeit und unter Umständen eine starke Filterung von ultraviolettem Licht auf. Häufig wird dieser Kunststoff auch in Sonnenbrillen verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrische Element eine Antenne.
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Vorteilhaft wird die Antenne nahtlos und aerodynamisch günstig in den U-förmigen Rahmen integriert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrische Element ein elektrischer Leiter.
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Der elektrischen Leiter ist dazu ausgeführt, eine elektrostatische Ladung insbesondere von Nichtleitern, worunter unter Umständen der U-förmige Rahmen der Windschutzscheibe fallen kann, sowie die Ladung von Blitzen abzuleiten. Dieser elektrische Leiter trägt dazu bei, insbesondere der Karosserie des Fahrzeugs Eigenschaften eines Faraday-Käfigs zu verleihen. Vorteilhaft werden somit günstigere elektrische Eigenschaften des U-förmigen Rahmens erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der U-förmige Rahmen zumindest teilweise aus Polycarbonat gefertigt und mit einer Windschutzscheibe aus Polycarbonat verbindbar. Insbesondere bilden dann der U-förmige Rahmen und die Windschutzscheibe ein einheitliches Bauteil, das an Karosseriebauteilen fixierbar ist. Dabei kann der U-förmige Rahmen einteilig ausgeführt sein oder sich aus mehreren Teilen zusammensetzen, die miteinander verbunden sind.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines U-förmigen Rahmens, der eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst, bei dem mindestens ein Bereich des U-förmigen Rahmens aus transparentem Kunststoff durch Spritzgießen und ein Funktionselement durch Spritzgießen hergestellt wird, wobei das Funktionselement mindestens eines aus den folgenden Elementen aufweist:
- – fluidführendes Element,
- – optisches Element, oder
- – elektrisches Element.
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Ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens ist die Effizienz, mit der Zusatzfunktionen in den U-förmigen Rahmen integrierbar sind. Insbesondere können in einem einzigen Produktionsvorgang, in dem der U-förmige Rahmen hergestellt wird, gleichzeitig auch ein oder mehrere Funktionselemente in den U-förmigen Rahmen integriert werden. Insbesondere erfolgt diese Integration noch im selben Spritzgussvorgang, in dem der U-förmige Rahmen hergestellt wird. In anderen Worten werden bevorzugt der U-förmige Rahmen zusammen mit mindestens einem Funktionselement in ein und dem selben Spritzgussvorgang hergestellt. Bevorzugt wird ein Mehrkomponentenspritzgussverfahren verwendet. So können auch andere Materialien, insbesondere andere thermoplastische, im Spritzgussvorgang verwendet werden. In diesem Spritzgussverfahren wird insbesondere das fluidführende Element gleichzeitig mit dem U-förmigen Rahmen durch eine Form definiert, in die der Kunststoff unter hohem Druck eingespritzt wird. Bei bestimmten Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat, wird in diesem Verfahren auch das optische Element insbesondere durch Anspritzen von Kunststoff mit bestimmten optischen Eigenschaften in den Spritzgussvorgang integriert. Bevorzugt ist hierfür Kunststoff mit tönenden Eigenschaften zu nennen, der auf den bevorzugt sonst hoch-transparenten Kunststoff des Rahmens stellenweise angespritzt wird. Insbesondere bei der Herstellung des elektrischen Elements wird das Spritzgussverfahren mit metallischen Komponenten durch das Mehrkomponentenspritzgussverfahren realisiert oder durch additive Fertigungs- und Drucktechniken, wie dem 3D-Druck, ergänzt. Besonders die 3D-Drucktechnik bietet dabei die Möglichkeit, das jeweilige Funktionselement in feinen Strukturen abzubilden, was für ein filigran gestaltetes optisches Element, aber auch für das elektrische Element und unter Umständen das fluidführende Element von Vorteil ist.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Vorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem U-förmigen Rahmen wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 einen U-förmigen Rahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 einen U-förmigen Rahmen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 einen U-förmigen Rahmen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 ein Fahrzeug mit einem U-förmigen Rahmen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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5 ein Verfahren zur Herstellung eines U-förmigen Rahmens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt einen U-förmigen Rahmen 1, der eine Windschutzscheibe 100 eines Fahrzeugs 101 umfasst. Zumindest teilweise ist der U-förmige Rahmen 1 aus dem transparenten Kunststoff Polycarbonat gefertigt. Ferner weist der U-förmige Rahmen 1 als Funktionselement 10 ein fluidführendes Element 12 auf. Das fluidführende Element 12 ist dazu ausgeführt, Regenwasser und Spritzwasser in eine vordefinierte Richtung, insbesondere über ein Dach des Fahrzeugs 101, abzuleiten und gleichzeitig den aerodynamischen Widerstand des Fahrzeugs 101 durch Grenzschichtbeeinflussung und Vergrößern der laminaren Bereiche der Strömung zu senken.
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2 zeigt einen U-förmigen Rahmen 1, der eine Windschutzscheibe 100 eines Fahrzeugs 101 umfasst. Zumindest teilweise ist der U-förmige Rahmen 1 aus dem transparenten Kunststoff Polycarbonat gefertigt. Ferner weist der U-förmige Rahmen 1 als Funktionselement 10 ein optisches Element 14 auf, wobei das optische Element 14 ein getönter Bereich ist, der gleichzeitig dazu ausgeführt ist, visuelle Informationen über eine eingebaute Anzeigevorrichtung einem Fahrzeuginsassen anzuzeigen.
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3 zeigt einen U-förmigen Rahmen 1, der eine Windschutzscheibe 100 eines Fahrzeugs 101 umfasst. Zumindest teilweise ist der U-förmige Rahmen 1 aus dem transparenten Kunststoff Polycarbonat gefertigt. Ferner weist der U-förmige Rahmen 1 als Funktionselement 10 ein elektrisches Element 16 auf. Das elektrische Element 16 weist eine oder mehrere Antennen auf, insbesondere eine GPS-Antenne und eine Mobilfunkantenne.
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4 zeigt ein Fahrzeug 101 mit einem U-förmigen Rahmen 1, wie er in den 1 bis 3 beschrieben ist. Bei dem Fahrzeug 101 handelt sich um einen PKW, insbesondere für zwei bis vier Personen.
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5 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines U-förmigen Rahmens 1. Der U-förmige Rahmen 1 umfasst und fixiert eine Windschutzscheibe 100 eines Fahrzeugs 101. Mindestens ein Bereich des U-förmigen Rahmens 1 ist dabei aus transparentem Kunststoff. Der U-förmige Rahmen 1 wird durch Spritzgießen S1 hergestellt. Noch im selben Spritzgussvorgang wird ein Funktionselement 10 in den U-förmigen Rahmen 1 integriert. Als Funktionselement 10 wird mindestens eines aus
- – fluidführendes Element 12,
- – optisches Element 14, oder
- – elektrisches Element 16
verwendet. Insbesondere wird als optisches Element 14 eine Tönung im Spritzgussvorgang auf einen transparenten Bereich des U-förmigen Rahmens 1 aufgebracht und als fluidführendes Element 12 eine Wasserabführschiene zum Ableiten von Spritzwasser und Regenwasser, das sich bei einer Fahrt des Fahrzeugs 101 auf seiner Windschutzscheibe 100 sammelt. Weiterhin wird in dem Verfahren eine Dichtung und eine Abdeckung einer Klebenaht des U-förmigen Rahmens 1 an den U-förmigen Rahmen 1 aufgebracht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013017873 A1 [0003]
