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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines dreidimensionalen Stranges, wobei der Strang durch eine Wirbelbettkammer geführt wird, in der verwirbelte Pulverpartikel wenigstens eines Beschichtungsmaterials auf den Strang aufgebracht werden und sich daran unter Ausbildung einer Beschichtung anlagern.
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Aus der Druckschrift
DE 29 48 650 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines feuchtigkeitsgeschützten kunststoffisolierten elektrischen Energiekabels bekannt, bei dem das Kabel mit einer klebrigen Flüssigkeit benetzt und anschließend das so vorbehandelte Kabel in einem Wirbelbett mit einem bei Feuchtigkeitszutritt quellenden Pulver bestäubt wird.
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Das bekannte Verfahren eignet sich für solche Anwendungen, in welchen die Oberfläche des zu beschichtenden Stranges oder Kabels im Wesentlichen aus ein und demselben Material besteht und homogen ist.
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Es ist jedoch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, das auch bei aus verschiedenen Komponenten aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Struktur bestehenden, dreidimensionalen Struktursträngen eine vollumfängliche, hochqualitative und langzeitstabile Beschichtung gezielt einzelner dieser Komponenten oder aller dieser Komponenten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst, bei dem als Strang ein voneinander beabstandet auf oder in einem Grundstrang aufgereihte Strukturkörper aufweisender Strukturstrang verwendet wird, wobei der Grundstrang und die Strukturkörper aus unterschiedlichem Material oder aus gleichem Material mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften bestehen, die Pulverpartikel in der Wirbelbettkammer mit dem Grundstrang und/oder den Strukturkörpern und/oder mit einer auf den Grundstrang und/oder die Strukturkörper aufgebrachten Grundierung chemisch und/oder physikalisch reagieren und/oder thermisch in oder an die Oberfläche der Strukturkörper und/oder die Grundierung gebunden werden.
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Mit einem unterschiedlichen Material kann erfindungsgemäß auch ein unterschiedliches Materialmischungsverhältnis gemeint sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein dreidimensionaler Strukturstrang hergestellt werden, bei dem, je nach verwendetem Strang-, Strukturkörper- und Beschichtungsmaterial sowie je nach verwendeter Verfahrensführung, entweder nur die Strukturkörper, also nur die dreidimensionalen Komponenten des Strukturstranges, nur der Grundstrang, also nur die zweidimensionale Komponente des Strukturstranges, oder beide beschichtet ist/sind. Es lassen sich mit dem Verfahren unterschiedlichste Beschichtungen, die zu einer Veredelung und/oder einer Funktionalisierung der Komponenten des Strukturstranges führen können, auf den Strukturstrang aufbringen.
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Vorzugsweise wird der mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Strukturstrang aus der Wirbelbettkammer kontinuierlich weiter in eine Nachbehandlungskammer geführt, in der die auf den Strukturstrang aufgebrachte Beschichtung stabilisiert und/oder fixiert und/oder verfestigt wird.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strukturstrang in der Nachbehandlungseinrichtung und/oder wenigstens einer der Wirbelbettkammer in der Strukturstrangförderrichtung vorgeordneten Vorbehandlungskammer über Umlenkrollen geführt.
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Dabei kann der Relativabstand der einander gegenüber liegenden Umlenkrollen in Abhängigkeit von den benötigten Verweilzeiten in den Prozessschritten des Verfahrens und/oder der Länge und/oder Geometrie und/oder Materialzusammensetzung und/oder Spannung des Strukturstranges bei der Vor- und/oder Nachbehandlung des Strukturstranges verändert werden.
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In einer optionalen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Strukturkörper von dem Strukturstrang nach Aufbringen der Beschichtung, beispielsweise mittels Auflösens oder Wegtauens, entfernt. Auf diese Weise kann aus dem dreidimensionalen Strukturstrang durch Entfernen bzw. Herauslösen der dreidimensionalen Strukturkörper eine zweidimensionale Strangstruktur hergestellt werden, bei der an den Stellen, an welchen sich vorher die Strukturkörper befanden, ein unbehandelter Grundstrang vorliegt, während die zwischenliegenden Bereiche mit der Beschichtung beschichtet sind.
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In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Strukturkörper in einer der Wirbelbettkammer in einer Strukturstrangförderrichtung vorgeordneten Vorbehandlungskammer physikalisch und/oder chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt und/oder auf den Grundstrang aufgebracht.
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Dabei können die Strukturkörper auf den Grundstrang beispielsweise mittels Tropfenauftragung aufgebracht werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei,
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1 schematisch ein in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu beschichtender Strukturstrang in einer Querschnittsansicht zeigt;
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2 schematisch eine mögliche Vorrichtung zur Realisierung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
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3 schematisch eine weitere mögliche Vorrichtung zur Realisierung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
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4 schematisch eine erste Variante eines mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichteten Strukturstranges zeigt;
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5 schematisch eine zweite Variante eines mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichteten Strukturstranges zeigt;
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6 schematisch eine dritte Variante eines mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichteten Strukturstranges zeigt, und
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7 schematisch eine Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Strukturstranges zeigt, von dem im Folgenden die Strukturkörper entfernt wurden.
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1 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu beschichtenden dreidimensionalen Strukturstranges 1. Der Strukturstrang 1 weist einen Grundstrang 2 auf, auf oder in dem in Abständen voneinander Strukturkörper 3 vorgesehen sind. Das Strukturstrang 1 kann beispielsweise eine Kordel oder ein Schlauch mit darauf aufgefädelten, daran befestigten und/oder darin eingebrachten oder darauf aufgebrachten Strukturkörpern 3, wie Bleikugeln, Kunststoffperlen oder auch gefrorenen Eiskörpern, oder eine Perlenkette sein.
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Die Strukturkörper 3 können aus im Vergleich zum Material des Grundstanges 2 unterschiedlichem Material oder aus gleichem Material wie der Grundstrang 2, aber mit anderen Oberflächeneigenschaften als der Grundstang 2 bestehen. Die Strukturkörper 3 bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem anderen Material als der Grundstrang 2.
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Der Grundstrang 2 kann beispielsweise ein textiler Faden, textiler Faden- oder Faserverbund, textiler Streifen, Schlauch, Netzschlauch, Draht, Gummi, eine Kordel, eine zopfähnliche Struktur oder ähnliches sein.
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Die Strukturkörper 3 können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Strukturkörper 3 können ferner gleiche oder unterschiedliche Eigenschaften, wie zum Beispiel gleiche oder unterschiedliche Wärmekapazität, elektrische Leitfähigkeit, Glanz, Gewicht, Magnetisierbarkeit, Form, Porosität, Schmelztemperatur, Piezoaktivität, Radioaktivität, Geschmack, Löslichkeit, Ionisierbarkeit, Festigkeit usw. aufweisen.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur auf die Strukturkörper 3, sondern auch auf den zwischen den Strukturkörpern 3 befindlichen Grundstrang 2 eine Beschichtung 4 aufgebracht werden. Die Beschichtung 4 kann zu verschiedenen Zwecken bzw. Aus verschiedenen Gründen auf dem Strukturstrang 1 vorgesehen sein. Beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, kann die Beschichtung 4 einer Oberflächenfunktionalisierung, Oberflächenveredelung, Versiegelung, Aktivierung, Passivierung, Färbung, Ionisierung, Dotierung, Magnetisierung, Metallisierung, Plastifizierung usw. des Strukturstranges 1 dienen. Die Beschichtung 4 erfolgt vollständig auf dem gesamten Strukturstrang 1. Die Beschichtung 4 ummantelt den Strukturstrang 1, wobei es sein kann, dass die Beschichtung 4 in den Strukturstrang 1 und/oder zwischen den Grundstrang 2 und die Strukturkörper 3 eindringt.
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In der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in 2 schematisch dargestellt ist, durchläuft der zunächst unbehandelte Strukturstrang 1 oder nur der Grundstang 2 zunächst eine Vorbehandlungskammer 5. Das Vorsehen der Vorbehandlungskammer 5 ist optional. In der Vorbehandlungskammer 5 können beispielsweise die Strukturkörper 3 auf den Grundstang 2, beispielsweise mittels Tropfenauftragung, aufgebracht werden.
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In der Vorbehandlungsammer 5 wird je nachdem, ob nur der Grundstrang 2 oder die Strukturkörper 3 oder beide funktionalisiert und/oder veredelt werden sollen, ein Verfahren angewendet, das den Grundstrang 2 und/oder die Strukturkörper 3 für den nachfolgende Beschichtungsschritt vorbereitet. In der Vorbehandlungskammer 5 können hierfür ein oder mehreren Einrichtungen zur Vorbereitung der Funktionalisierung und/oder Veredelung, die in der nachfolgend beschriebenen Wirbelbettkammer 10 erfolgt, integriert sein.
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Beispielsweise kann in der Vorbehandlungskammer 5 eine thermische Vorbehandlung des Strukturstranges 1 erfolgen. Dafür kann/können in der Vorbehandlungskammer 5 beispielsweise wenigstens eine Heizquelle 6 und/oder wenigstens eine elektromagnetische Strahlenquelle vorgesehen sein. Darüber hinaus kann/können in bzw. an der Vorbehandlungskammer 5 wenigstens ein Gaseinlass, wenigstens ein Gasauslass und/oder wenigstens eine Kühleinrichtung oder eine andere Vorbehandlungseinrichtung 5 vorgesehen sein, mit der das Strukturstrang 1 auf den nachfolgenden Beschichtungsschritt in der Wirbelbettkammer 10 vorbereitet bzw. für diesen präpariert werden kann.
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Neben den Heizquellen 6 sind in der Ausführungsform von 1 zusätzlich Wärmeverteilungseinrichtungen 7, wie beispielsweise Ventilatoren, vorgesehen, um eine homogenen Wärmeverteilung in der Vorbehandlungskammer 5 realisieren zu können.
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Wenn beispielsweise ein Strukturstrang 1, der aus einem Grundstrang 2 aus Baumwolle mit darauf aufgebrachten Strukturkörpern 3 in Form von Bleikugeln besteht, vollständig beschichtet werden soll, ist zu beachten, dass der Grundstrang 2 und die Strukturkörper 3 unterschiedliche Wärmekapazitäten besitzen, wodurch der Grundstrang 2 und die Strukturkörper 3 sich bei einer thermischen Vorbehandlung in der Vorbehandlungskammer 5 unterschiedlich schnell erwärmen und unterschiedlich lange die Wärme speichern. Dieser Effekt ist auch abhängig von den jeweiligen Dimensionen des Grundstranges 2 und der Strukturkörper 3. In diesem Fall kann allein oder zusätzlich zu der oben beschriebenen thermischen Vorbehandlung des Strukturstranges 1 in der Vorbehandlungskammer 5 ein Kleber aufgetragen und/oder vernebelt werden, mit dem sowohl der Grundstrang 2 als auch die Strukturkörper 3 gleich reagieren und welcher auf dem Grundstrang 2 und den Strukturkörpern 3 eine Grundierung ausbildet, mit welcher eine nachfolgende Beschichtung gut regieren kann bzw. in welche sich eine nachfolgende Beschichtung gut thermisch einlagern kann.
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Wie in 2 zu sehen, ist der Strukturstrang 1 in der Vorbehandlungskammer 5 um mehrere Umlenkrollen 8, 8‘ geführt, sodass die gesamte Kammergröße der Vorbehandlungskammer 5 geeignet für die Vorbehandlung einer möglichst großen Menge des Strukturstranges 1 genutzt werden kann. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Umlenkrollen 8, 8‘ auch weggelassen werden.
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Wie es außerdem aus 2 hervorgeht, ist der Relativabstand der einander gegenüber liegenden Umlenkrollen 8, 8‘ mittels einer Abstandsverstelleinrichtung 9 einstellbar. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist hierfür zum Beispiel die Höhe H der oberen Umlenkrollen 8 veränderbar. Dafür befinden sich die oberen Umlenkrollen 8 an einem gemeinsamen, höhenveränderbaren Balken. Gleiches ist auch mit den unteren Umlenkrollen 8‘ möglich.
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Der die Vorbehandlungskammer 5 verlassende vorbehandelte Strukturstrang 1 wird daraufhin kontinuierlich weiter in die Wirbelbettkammer 10 geführt.
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In der Wirbelbettkammer 10 werden pulverisierte Partikel mittels eines Gasstromes fluidisiert bzw. verwirbelt. Die Pulverpartikel werden in der Ausführungsform von 2 über eine Pulverzuführeinrichtung 12, die beispielsweise ein Pulvervorratssilo, das eine kontinuierliche Pulvernachführung ermöglicht, sein kann, einem Innenraum der Wirbelbettkammer 10 zugeführt. Durch die Pulverzuführeinrichtung 12 kann eine gleichbleibende Wirbelbettdichte gewährleistet werden.
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Die Pulverpartikel können beispielsweise, aber nicht ausschließlich, aus einem Polymerpulver, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder PES (Polyethersulfon), ausgebildet sein.
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Die Pulverpartikel können aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder können aus Materialien mit unterschiedlicher Dichte ausgebildet sein und/oder können unterschiedliche Partikelgrößen aufweisen. Auf diese Weise kann in der Wirbelbettkammer 10 eine Mischfunktionalisierung der Komponenten des Strukturstranges 1 vorgenommen werden. Die Oberfläche des Strukturstranges 1 kann nach einer solchen Mischfunktionalisierung beispielsweise elektrisch leitfähig und/oder hydrophob und/oder weiß und/oder magnetisch und/oder korrosionsresistent und/oder piezoaktiv sein.
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Zusätzlich befindet sich in einem unteren Bereich der Wirbelbettkammer 10 eine poröse Bodenplatte 13, die einem Lufteintrag in die Wirbelbettkammer 10 dient. Durch die gasdurchlässige Bodenplatte 13 wird Gas, wie beispielsweise Luft, zur Aufwirbelung der Pulverpartikel von unten durch einen Gaseinlass 14 in die Wirbelbettkammer 10 eingeleitet.
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In dem gezeigten Beispiel ist zudem auf die Wirbelbettkammer 10 ein Filter 15 aufgesetzt. Der Filter 15 verhindert einen Austrag der Pulverpartikel.
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Das sich in der Wirbelbettkammer 10 aus den Pulverpartikeln ausbildende Wirbelbett 11 umwirbelt den Strukturstrang 1 und lässt die Pulverpartikel mit dem Grundstrang 2 und/oder den Strukturkörpern 3 und/oder einer auf dem Grundstrang 2 und/oder den Strukturkörpern 3 vorgesehenen Grundierung reagieren oder sorgt dafür, dass sich Pulverpartikel in oder an den Grundstrang 2 und/oder die Strukturkörper 3 und/oder eine auf dem Grundstrang 2 und/oder den Strukturkörpern 3 vorgesehene Grundierung thermisch einlagern.
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Wie es ferner aus 2 ersichtlich ist, ist nach der Wirbelbettkammer 10 eine Nachbehandlungseinrichtung 16 in Form einer Nachbehandlungskammer vorgesehen, in die der aus der Wirbelbettkammer 10 heraus kommende beschichtete Strukturstrang 1 kontinuierlich weiter geführt wird. In der Nachbehandlungseinrichtung 16 wird die auf den Strukturstrang 1 in der Wirbelbettkammer 10 aufgebrachte Beschichtung 4 stabilisiert und/oder verfestigt.
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Die Verfestigung der Beschichtung 4 erfolgt in der in 2 dargestellten Ausführungsform mittels wenigstens einer Heizquelle 6, für deren Wärmeverteilung wenigstens eine Wärmeverteilungseinrichtung 7, wie beispielsweise wenigstens ein Ventilator, vorgesehen ist.
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In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann/können in der Nachbehandlungskammer 16 anstelle oder zusätzlich zu der wenigstens einen Heizquelle 6 auch wenigstens eine andere Strahlenquelle, wenigstens eine Infrarotbehandlungseinrichtung, wenigstens eine Lackbeschichtungseinrichtung und/oder wenigstens eine Ionisierungseinrichtung vorgesehen sein.
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Wie die Vorbehandlungskammer 5 weist die in der Ausführungsform von 2 verwendete Nachbehandlungskammer 16 wenigstens einen Gaseinlass, wenigstens einen Gasauslass und/oder wenigstens eine Kühleinrichtung auf.
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Darüber hinaus ist der Strukturstrang 1 in der Nachbehandlungskammer 16 ebenfalls um mehrere Umlenkrollen 8, 8‘ geführt, sodass die gesamte Kammergröße der Nachbehandlungskammer 16 für die Nachbehandlung einer möglichst großen Menge des beschichteten Strukturstranges 1 bei hohen Durchsatzmengen bzw. kurzen Verweilzeiten genutzt werden kann. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Umlenkrollen 8, 8‘ in der Nachbehandlungskammer 16 auch weggelassen werden.
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Ferner ist auch in der Nachbehandlungskammer 16 der Relativabstand der einander gegenüber liegenden Umlenkrollen 8, 8‘ mittels einer Abstandsverstelleinrichtung 9 einstellbar. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist hierfür zum Beispiel die Höhe H der oberen Umlenkrollen 8 veränderbar. Dafür befinden sich die oberen Umlenkrollen 8 an einem gemeinsamen, höhenveränderbaren Balken. Gleiches ist auch mit den unteren Umlenkrollen 8‘ möglich.
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In der Ausführungsform von 2 sind auf dem Strukturstrang 1 sowohl der Grundstrang 2 als auch die Strukturkörper 3 mit der Beschichtung 4 unter Ausbildung des in 6 schematisch gezeigten beschichteten Strukturstranges 1c beschichtet. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann/können, wie es schematisch in den 4 und 5 dargestellt ist, auch nur die Strukturkörper 3 unter Ausbildung des beschichteten Strukturstranges 1a oder nur der Grundstrang 2 mit der Beschichtung 4 unter Ausbildung des beschichteten Strukturstranges 1b beschichtet sein.
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3 zeigt schematisch eine weitere mögliche Vorrichtung zur Realisierung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind gleiche Komponenten der Vorrichtung von 3 mit gleichen Bezugszeichen wie in 2 versehen, wobei auf die oben erfolgte Beschreibung dieser Komponenten vollumfänglich verwiesen wird.
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Im Unterschied zu der Vorrichtung von 2 weist die in 3 gezeigte Vorrichtung vor der Vorbehandlungskammer 5 eine Strukturstrangzuführungseinheit 17 auf. Die Strukturstrangzuführungseinheit 17 beinhaltet wenigstens eine Strukturstrangaufbewahrungseinrichtung und wenigstens eine Antriebs-, Abwickel- und Fördereinheit für das Strukturstrang 1. Die Strukturstrangzuführungseinheit 17 weist hierfür in dem gezeigten Beispiel eine Rolle 18 auf, von der das unprozessierte Strukturstrang 1 abgewickelt und der Vorbehandlungskammer 5 zugeführt wird.
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Ferner ist im Unterschied zu der in 2 gezeigten Vorrichtung bei der in 3 gezeigten Vorrichtung in einer Strukturstrangförderrichtung A nach der Wirbelbettkammer 10 eine Nachbehandlungseinrichtung 19 vorgesehen, die beispielsweise wenigstens eine Heizquelle oder wenigstens eine anderer Strahlenquelle, wie wenigstens eine IR- oder wenigstens eine UV-Strahlenquelle, aufweisen kann. In der Nachbehandlungseinrichtung 19 wird die auf den Strukturstrang 1 aufgebrachte Beschichtung 4 verfestigt.
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Der Nachbehandlungseinrichtung 19 ist in dem Ausführungsbeispiel von 3 eine Luftkühlung oder ein Gasabzug 20 mit einer Wärmeverteilungseinrichtung 7 in Form eines Lüfters nachgeordnet. Hierdurch kann eine Wärmerückgewinnung realisiert werden.
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In der Ausführungsform von 3 sind auf dem Strukturstrang 1 nur die Strukturkörper 3 mit der Beschichtung 4 unter Ausbildung des in 4 schematisch gezeigten beschichteten Strukturstranges 1a beschichtet. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann/können, wie es schematisch in den 5 und 6 dargestellt ist, auch nur der Grundstrang 2 des Strukturstranges 1 mit der Beschichtung 4 unter Ausbildung des beschichteten Strukturstranges 1 oder der gesamte Strukturstrang 1, einschließlich Grundstrang 2 und Strukturkörper 3, mit der Beschichtung 4 unter Ausbildung des beschichteten Strukturstranges 1c beschichtet sein.
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Der beschichtete Strukturstrang 1a, 1b oder 1c wird nachfolgend in der in 3 gezeigten Ausführungsform in einer Aufwickeleinheit 21 auf wenigstens einer Rolle 22 aufgewickelt. Die Aufwickeleinheit 21 ist hierfür mit einer Antriebseinheit 23, wie einem Motor, verbunden. Die Aufwickeleinheit 21 kann als ein Schrank zur Abwärmeaufnahme ausgebildet sein.
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4 zeigt schematisch eine erste Variante eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Strukturstranges 1a. Die Beschichtung 4 befindet sich bei dieser ersten Variante nur auf den Strukturkörpern 3.
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5 zeigt schematisch eine zweite Variante eines mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichteten Strukturstranges 1b. Dabei befindet sich die Beschichtung 4 nur auf dem Grundstrang 2.
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6 zeigt schematisch eine dritte Variante eines mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichteten Strukturstranges 1c, bei welchem sowohl der Grundstrang 2 als auch die Strukturkörper 3 mit der Beschichtung 4 versehen sind.
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7 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Strukturstranges 1d, von dem nach dem Aufbringen der Beschichtung 4 die Strukturkörper 3 entfernt bzw. abgelöst wurden. Das Entfernen bzw. Ablösen der Strukturkörper 3 kann beispielsweise mittels Lösens mit Lösungsmittel oder dann, wenn die Strukturkörper 3 beispielsweise Eiswürfel oder -kugeln sind, mittels Wegtauens der Strukturkörper 3 erfolgen. Im Ergebnis entsteht, wie in 7 zu sehen, ein Strukturstrang 1d auf Basis des Grundstranges 2 mit durch die voneinander beabstandete Beschichtung 4 sequentierter Oberfläche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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