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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft Kanäle und Verfahren zum Herstellen von Kanälen. Verbesserte leichte Luftkanäle können in vielen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel in rauen Umgebungen, wie sie etwa für Fahrzeug-Klimaanlagenkanäle gegeben sind.
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HINTERGRUND
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Herkömmlicherweise können Schaum-Luftkanäle unter Verwendung von Platten zum Beispiel in einem Twin-Sheet-Formungsverfahren ausgebildet werden. Wenn Kanäle mit komplexen Formen und zum Beispiel scharfen oder gerundeten Ecken ausgebildet werden, kann eine herkömmliche Formung dieser Kanäle dazu führen, dass eine beträchtliche Menge an Material verschwendet wird. Der Grund hierfür ist, dass herkömmlicherweise eine Hälfte der komplexen Form in ihrer endgültigen Form von der oberen Platte kommt und die andere Hälfte in ihrer endgültigen Form von der unteren Platte kommt. Herkömmlicherweise ist jede Hälfte einstückig und kontinuierlich ausgebildet,
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ZUSAMMENFASSUNG
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Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass halbe Kanal-Zwischenprodukte nicht einstückig und kontinuierlich sein müssen, um ausreichend dauerhaft zu sein, um in schwierigen Umgebungen wie etwa Fahrzeug-Klimaanlagensystemen standzuhalten. Dadurch wird das Ausbilden von mehreren Kanälen mit Formen einschließlich von Ecken aus einem einzelnen Satz von Schaumplatten erschwert. Das Vorsehen einer Aussparung, an der eine Ecke als ein Scharnier wirkt, kann die Gesamtformen während eines Thermoformens begradigen, sodass die anfänglichen Teile mehr eine „I”-Form als eine „L”-Form aufweisen. Einfach ausgedrückt, können Abfälle minimiert werden, wenn allgemein „I”-Teile und keine „L”-Teile aus einer Schaumplatte erzeugt werden. Es können mehr derartige Teile in eine einzelne Platte gepasst werden. Die Abfallreduktion, die in bestimmten Beispielen eine Reduktion von ungefähr 10–15% sein kann, kann besonders nützlich sein, wenn die Abfälle aus nicht-recyclingfähigen Schäumen wie etwa vernetzten Schäumen bestehen.
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Nach dem Thermoformen können die beiden halben Kanal-Zwischenprodukte gemeinsam als vollständige Kanal-Zwischenprodukte an den Aussparungen bzw. Scharnieren gefaltet oder gebogen werden, um allgemein eine „L”-Form mit der Ecke vorzusehen. Dadurch wird das Erfordernis eines Tiefziehens oder Dehnens während des Thermoformens minimiert. Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung von Aussparungen als Scharnieren in Kanal-Zwischenprodukten die Wanddicke eines hohlen Kanals im Wesentlichen gleichmäßig bleiben. Ohne die Aussparungen kann ein Thermoformen eine Dehnung in Bereichen wie etwa den als Ecken vorgesehenen Bereichen verursachen, wodurch die Wände in diesen Bereichen des Kanals ausgedünnt werden.
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Aussparungen können derart konfiguriert werden, dass sie mechanische Befestigungsaufbauten enthalten. Ein derartiger Aufbau kann ein taktiles oder akustisches Feedback für das Bestätigen eines mechanischen Eingreifens vorsehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein beispielhaftes vollständiges Kanal-Zwischenprodukt.
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2 zeigt einen beispielhaftern Luftkanal, der durch das Falten oder Verbinden von Teilen des vollständigen Kanal-Zwischenprodukts von 1 gebildet wird.
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3 zeigt ein Layout von halben Kanal-Zwischenprodukten mit Aussparungen in einer Schaumschicht.
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4 zeigt einen beispielhaften Luftkanal.
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5 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes halbes Kanal-Zwischenprodukt mit einer Aussparung und einer Lasche.
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6 ist eine Ansicht einer Ecke eines beispielhaften Luftkanals mit einem verstärkten Gelenk.
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7 ist eine Ansicht einer Ecke eines beispielhaften Luftkanals mit einem verstärkten Gelenk.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die in den Figuren gezeigten und hier beschriebenen Beispiele sind nicht-einschränkend aufzufassen und stellen beispielhafte Wiederholungen und/oder Ausführungsformen der auf die Beschreibung folgenden Ansprüche dar. Es können Modifikationen an dem Aufbau, den Materialien und der Reihenfolge der Schritte in den Prozeduren und den Temperaturbereichen vorgenommen werden.
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Das in 1 gezeigte vollständige Kanal-Zwischenprodukt 10 wurde zu einer dreidimensionalen Form geformt. Ein erster Teil 12 ist von einem zweiten Teil 14 durch eine Aussparung 18 getrennt. Der erste Teil 12 umfasst eine Lasche 16, die einen Vorsprung aufweisen kann, der in eine Öffnung an dem zweiten Teil 14 passen kann. Der zweite Teil 14 weist Innenwände 17 auf, die in den ersten Teil 12 passen. Es können auch andere mechanische und/oder chemische Befestigungskonfigurationen bzw. -mechanismen vorgesehen sein.
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Der in 2 gezeigte Luftkanal 20 wird durch das Falten des Zwischenprodukts 10 ausgebildet, indem der erste Teil 12 zu dem zweiten Teil 14 bewegt wird, bis eine mechanische Verbindung zwischen den Teilen hergestellt wird. Eine Ecke 26 wird an dem Gelenk 22 gebildet. Es ist zu beachten, dass hier die Bezeichnung Ecke verwendet wird, wobei es sich jedoch nicht um scharfe Kanten oder einen 90-Grad-Winkel handeln muss. Eine Ecke ist einfach eine nützliche Bezeichnung für eine komplexe Form, die in ihrer Gesamtform eine beträchtliche Biegung aufweist.
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3 zeigt das Layout von halben Kanal-Zwischenprodukten 30 mit Aussparungen an einer Schaumplatte. Es ist zu beachten, dass „halb” hier nicht genau 50% eines Kanal-Zwischenprodukts in Bezug auf die Materialmenge, die Oberfläche oder das Volumen bedeutet. Die Bezeichnung wird hier vereinfachend in dem Sinne verwendet, dass bei aus zwei Platten thermogeformten Beispielen der aus einer Platte ausgebildete Teil eine „Hälfte” ist und der aus der anderen Platte ausgebildete Teil eine „Hälfte” ist. Die Hälften werden während des Thermoformens verschmolzen und entlang eines Grats verbunden. In Abhängigkeit von der Form eines bestimmten Kanals kann die Materialmenge in einer „Hälfte” gleich, kleiner oder größer als diejenige der anderen „Hälfte” sein.
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In einem beispielhaften aus halben Kanal-Zwischenprodukten 30 ausgebildeten Kanal kann eine Materialersparnis von ungefähr 13% realisiert werden, wenn Aussparungen 38 zwischen den Teilen 32 und 34 vorgesehen sind. Die Materialeinsparung aufgrund einer Abfallreduktion kann in Abhängigkeit von der Form des Kanals auch größer oder kleiner sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn ein nicht-recyclingfähiges Material wie etwa vernetzte Schäume verwendet werden. Andernfalls passen weniger halbe Kanal-Zwischenprodukte 30 in eine Platte. Die Aussparungen 38 ermöglichen also ein Thermoformen mit Formen, die mehr einem „I” als einem „L” ähneln. Auch wenn ein Gelenk in einem herkömmlicherweise kontinuierlich ausgebildeten Kanal vorgesehen wird, ist das Gelenk überraschenderweise stark und dauerhaft in rauen Umgebungen wie etwa Fahrzeug-Klimaanlagen.
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Aussparungen 38 weisen allgemein einen Ursprung (der als ein Scharnier wirken kann) und einen Winkel zwischen den Teilen 32 und 34 auf. Der Grad des Winkels kann in Abhängigkeit von der Form des auszubildenden Kanals variieren. In einigen Beispielen kann der Winkel der Aussparung 38 zwischen 5 Grad und 175 Grad betragen. Gewöhnlich weisen die Aussparungen 38 einen Winkel von ungefähr 10 Grad bis ungefähr 60 Grad auf.
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In 4 ist ein beispielhafter Luftkanal 200 mit einer Ecke 260 gezeigt. Der Luftkanal 200 wird durch das Falten von Teilen von vollständigen Kanal-Zwischenprodukten zueinander an der Ecke 260 gebildet. Wie der Grat zwischen den oberen und unteren Hälften des Luftkanals zeigt, wurden die beispielhaften Kanal-Zwischenprodukte durch zum Beispiel eine Twin-Sheet-Verarbeitung thermogeformt.
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5 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Kanal-Zwischenprodukt mit einer Aussparung 180, die durch Teile 120 und 140 flankiert werden. Die Teile 120 und 140 an oder in der Nähe der Aussparung 180 umfassen einen mechanischen Aufbau, der die Teile 120 und 140 verbindet, um ein Gelenk an einer Ecke auszubilden und dadurch einen Luftkanal zu bilden. In diesem nicht-einschränkenden Beispiel weist die Lasche 140 Zähne auf, die in einen komplementären Eingreifaufbau 174 eingreifen. Es kann eine beliebige Anzahl von Verbindungsmechanismen verwendet werden, die mechanisch oder chemisch sein können. Dabei kann es sich um Haken/Ösen-Befestigungselemente, Schnappbefestigungselemente oder einfach um Vorsprünge, die in Öffnungen geschoben werden können, handeln. Es ist nicht wichtig, was für ein Aufbau für die Verbindung verwendet wird, solange der Verbindungsmechanismus die gegenüberliegenden Teile verbindet.
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In 6 umfasst der beispielhafte Luftkanal 200 eine mechanische Verbindung 190 an dem Gelenk. Die mechanische Verbindung 190 kann an dem Luftkanal 200 ausgebildet sein und kann ein akustisches oder taktiles Feedback vorsehen, um für einen Arbeiter anzugeben, dass die Verbindung hergestellt wurde. Es kann sich aber auch um eine zusätzliche mechanische Einrichtung handeln, die eine Verstärkung für das während der Ausbildung des Luftkanals 200 erzeugte Gelenk vorzusehen. In einem Beispiel kann ein Benutzer fühlen und/oder hören, dass eine mechanische Verbindung hergestellt wird, wenn er ein erstes vollständiges Kanal-Zwischenprodukt zu einem zweiten vollständigen Kanal-Zwischenprodukt ausreichend weit biegt, sodass die Vorsprung/Öffnung-Verbindung oder eine andere Verbindung hergestellt wird.
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Wie in 7 gezeigt, umfasst der beispielhafte Luftkanal 200 eine Ecke 260. Es sind beispielhafte Verstärkungsmechanismen vorgesehen. Ein derartiger Mechanismus verwendet den Luftkanal selbst. Dabei bewegt sich der Luftfluss durch den Kanal in einer Richtung, die dazu neigt, den Teil innerhalb des komplementären Teils in Position zu halten. in einem anderan Beispiel sind Laschen an dem Bezugszeichen 290 positioniert, die entweder einstückig mit dem Schaum ausgebildet oder zu diesem hinzugefügt sind. In einem weiteren Beispiel sind Schweißungen an der Schweißlinie 295 vorgesehen.
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Beispielhafte Luftkanäle können eine beliebige Anzahl von Materialien einschließlich von Kunststoffen wie etwa Thermoplasten, unter Wärme aushärtende Kunststoffe und geschäumte Materialien umfassen. Beispielhafte Kunststoffe sind Polyethylen und/oder Polypropylen. Die Ermüdungs- und Biegeeigenschaften (ASTM D-430 und D-813) des Faltgelenks/Scharniers sollten ausreichen, um die Integrität des Kanals 10 unter für eine Klimaanlagenumgebung typischen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Wenn der Kanal Kunststoff umfasst, müssen die mechanischen Eigenschaften der Materialien eine ausreichende Stoßfestigkeit, ein ausreichendes Zugmodul und/oder eine ausreichende Biegefestigkeit (ASTM D-790 und D-747) aufweisen, um ein gewünschtes Falten zu ermöglichen und den für eine Klimaanlagenumgebung typischen Bedingungen standzuhalten.
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In einem nicht-einschränkenden Beispiel, in dem der Kanal einen Schaum umfasst, kann der Kanal aus einem vernetzten Polyolefin-Schaummaterial mit geschlossenen Zellen ausgebildet werden. Beispielhafte Polyolefin-Schaummischungen können Polypropylen oder Polyethylen umfassen, Der Gewichtsprozentsatz von Polypropylens und Polyethylens in der Polyolefin-Schaummischung kann in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess variieren, wobei jedoch der Gewichtsprozentsatz des Polypropylens höher sein kann als der Gewichtsprozentsatz des Polyethylens. Geeignete Typen von Schaummaterial sind von Toray Industries, Sekisui Voltek, Armacell und Qysell Corporation erhältlich. Ein nicht-einschränkendes Beispiel kann einen vernetzten Polyolefinschaum von Toray enthalten. Ein anderes nicht-einschränkendes Beispiel kann einen chemisch vernetzten Polyethylenschaum mit geschlossenen Zellen von Trocellen GmbH enthalten.
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Die Schaumplatten können gleiche oder verschiedene Dichten und/oder Dicken aufweisen. Sie können eine Dichte im Bereich von ungefähr 2 lb/ft3 bis 4,31 lb/ft3 und insbesondere eine Dichte von ungefähr 4 lb/ft3 aufweisen. Die Schaumschichten können eine Dicke von ungefähr 4 mm aufweisen. Es sind aber auch andere Dicken und Dichten möglich, die auch über und unter den oben angegebenen Bereichen liegen können.
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Der Kanal kann durch verschiedene Herstellungsverfahren ausgebildet werden. Wenn der Kanal aus Kunststoff ausgebildet wird, können eine oder mehrere Komponenten durch einen oder mehrere verschiedene Herstellungsprozesse einschließlich eines Strangpressens, Gießens und Spritzgießens ausgebildet werden. In einem nicht-einschränkenden Beispiel mit Schaumkanälen kann eine Vielzahl von Kanälen durch eine Twin-Sheet-Verarbeitung von zwei Platten aus einem Schaummaterial ausgebildet werden, um eine thermogeformte Dichtung vorzusehen.
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Die Schaumplatten weisen entsprechende Größen auf. Dazu müssen die Schaumplatten unter Umständen auf eine spezifische Länge und/oder Breite zugeschnitten werden. Die Größe der Schaumplatten kann durch die Größe und die Form der auszubildenden Schaum-Luftkanäle bestimmt werden. Halbe Kanal-Zwischenprodukte mit Aussparungen wie in 3 gezeigt können die Luftkanäle, die aus einem bestimmten Satz von Schaumplatten geformt werden können, maximieren und können Materialabfälle minimieren. In bestimmten Anwendungen kann die Größe der Schaumplatten auch durch die Größe der Presse und die Dimensionen eines oberen Formwerkzeugs und eines unteren Formwerkzeugs des Twin-Sheet-Verarbeitungswerkzeugs bestimmt werden,
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In die Schaumplatten wird mit einem ersten Rahmen und einem zweiten Rahmen eingegriffen. In die Schaumplatten kann mit den Rahmen unter Verwendung von hydraulisch betätigten mechanischen Klemmen oder anderer geeigneter Befestigungsmechanismen zum Halten der Schaumplatten in Position während eines Erhitzungsvorgangs eingegriffen werden. Indem die Schaumplatten auf die Rahmen geklemmt werden, können die Schaumplatten während des Erhitzens unter Spannung gehalten werden. Die Schaumplatten können in einen Erhitzungsvorgang eingeführt werden. Der Prozess kann in einem Ofen oder einem anderen Aufbau stattfinden, der die Schaumplatten auf eine vorbestimmte Temperatur für eine spezifische Zeitdauer erhitzen kann. Die Temperatur und die Zeitdauer für das Abschließen des Erhitzungsprozesses sind von der Dichte und der Dicke der für das Ausbilden des Schaum-Luftkanals verwendeten Schaumplatten abhängig. In einem Beispiel können die Schaumplatten zu einer Temperatur im Bereich von ungefähr 250°F bis 400°F erhitzt werden. Während die Schaumplatten in diesem Temperaturbereich erhitzt werden, können die Platten zu der Form des gewünschten hohlen Schaum-Luftkanals unter Verwendung des Twin-Sheet-Formungswerkzeugs, das eine Presse mit einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug umfasst, geformt werden.
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Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug können Kanäle oder beliebige andere geeignete Aufbauten umfassen, die Luft entfernen können. Dementsprechend kann eine Vakuumpumpe oder eine andere geeignete Einrichtung auf das obere Formwerkzeug angewendet werden, um zu veranlassen, dass die erste Schaumplatte die Form der Innenfläche des oberen Formwerkzeugs annimmt. Dadurch kann ein erster Abschnitt des Schaum-Luftkanals erzeugt werden. Entsprechend kann eine Vakuumpumpe oder eine andere geeignete Einrichtung auf das untere Formwerkzeug angewendet werden, um zu veranlassen, dass die zweite Schaumplatte die Form der Innenfläche des unteren Formwerkzeugs annimmt. Dadurch kann ein zweiter Abschnitt des Schaum-Luftkanals erzeugt werden. Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug können dann zusammengedrückt werden. Der Effekt der erhitzten Platten und des Drucks aus dem Zusammendrücken verbindet die Schaumplatten miteinander in der gewünschten Form, sodass ein vereinigtes vollständiges Kanal-Zwischenprodukt mit einer vorbestimmten Form, in der Teile eine Aussparung flankieren, ausgebildet wird.
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Eine Abkühlung der Kanal-Zwischenprodukte kann gestattet werden. Überständiges Material kann entfernt werden, sodass das vollständige Kanal-Zwischenprodukt einer endgültigen Form nahekommt. Dann können die vollständigen Kanal-Zwischenprodukte an der Aussparung gebogen werden, um erste und zweite Teile eines vollständigen Kanal-Zwischenprodukts miteinander zu verbinden, um ein Gelenk an einer Ecke eines Kanals zu bilden und einen Schaumkanal auszubilden. Laschen von einem Teil können in den anderen Teil eingesteckt werden. Das Gelenk kann mechanisch sein und kann mechanisch oder chemisch verstärkt werden, etwa durch eine Befestigungs- oder Verriegelungseinrichtung bzw. einen derartigen Aufbau, eine Laserschweißung oder einen Kleber. Die Befestigung kann ein Eingreifen einer Lasche oder eines Vorsprungs an einem Teil mit einem Aufnahmeaufbau an dem anderen Teil umfassen.
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Was die hier beschriebenen Prozesse betrifft, ist zu beachten, dass die Schritte der Prozesse als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschrieben wurden, wobei die Schritte der Prozesse aber auch in einer anderen als der hier beispielhaft beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden könnten. Es ist weiterhin zu beachten, dass bestimmte Schritte gleichzeitig durchgeführt werden können, dass andere Schritte hinzugefügt werden können oder dass bestimmte hier beschrieben Schritte auch weggelassen werden können. Mit anderen Worten dienen die hier gegebenen Beschreibungen der Prozesse dazu, bestimmte Ausführungsformen zu verdeutlichen, und schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
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Es ist dementsprechend zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen ist. Es können viele andere Ausführungsformen und Anwendungen als die hier beschriebenen nach einer Lektüre der vorstehenden Beschreibung realisiert werden. Der Erfindungsumfang wird durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert. Es ist zu erwarten, dass die Zukunft neue Entwicklungen bringt und die hier offenbarten Systeme und Verfahren in Verbindung mit derartigen Entwicklungen in neuen Ausführungsformen realisiert werden können. Die Erfindung umfasst also zahlreiche Modifikationen und Variationen.
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Die in den Ansprüchen verwendeten Bezeichnungen sind in einem breiten Sinn innerhalb der dem Fachmann bekannten Bedeutungen zu verstehen, sofern hier keine expliziten weiteren Angaben gemacht werden. Insbesondere sind Formulierungen im Singular derart zu verstehen, dass es sich jeweils auch um eine Vielzahl von Elementen handeln konnte, außer wenn die Ansprüche dies explizit ausschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ASTM D-430 [0023]
- D-813 [0023]
- ASTM D-790 [0023]
- D-747 [0023]
