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Es sind aus der
PCT/DE2007/001245 ,
PCT/DE2008/001162 ,
PCT/DE2009/000483 der Anmelderin magnet-mechanische Verschlüsse mit mechanischer Rastung bekannt, die in einer Schließrichtung selbsttätig durch Magnetkraft schließen und in einer von der Schließrichtung verschiedenen Richtung zu öffnen sind.
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Sollen zwei getrennte Kontaktelemente zuverlässig zum elektrischen Kontakt gebracht werden, müssen die Kontaktelemente erstens eine hohe Leitfähigkeit an der Berührungsstelle aufweisen und müssen zweitens die Kontaktelemente mit einer gewissen Anpresskraft gegeneinandergedrückt werden. Es ist bekannt Steckkontakte so auszulegen, dass diese beim an- oder ineinanderstecken unter Vorspannung aneinander reiben, um damit erstens ein Abschleifen einer evt. vorhandenen Oxidschicht oder Verschmutzung wie zweitens einen Anpressdruck zu gewährleisten. Dies ist in der täglichen Handhabung aber mühsam, da ein Gegendruck zum Schließen der Kontakte und ein Gegenzug zum Schließen der Kontakte benötigt wird, also jeweils zwei Hände nötig sind.
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Des Weiteren ist bekannt, Kontaktelemente mittels Magneten zu schließen und entgegen der Schließrichtung wieder zu öffnen, was komfortabel beim Schließen ist, die Magnete auch einen guten Anpressdruck der Kontaktelemente bewirken, aber wobei das Öffnen unkomfortabel ist, da eine hohe Anfangskraft beim Öffnen benötigt wird, was in der Praxis bedeutet, dass die Kontaktelemente mit zwei Händen getrennt werden müssen. Außerdem reagieren derartige elektrische Kontakte empfindlich auf Verschmutzungen oder Oxidierungen, da der auf oder zwischen den Kontakten liegende Schmutz oder die Oxidschicht aufeinander oder sogar in die Kontaktelemente gepresst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Kontakt bereitzustellen, der eine zuverlässige und Kontaktierung zweier Strom leitender Kontaktelemente bewirkt, der sich durch Magnetkraft selbsttätig schließt und leicht zu öffnen ist.
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Grundgedanke der Erfindung ist es, bei einem elektrischen Verbindungsmodul bestehend aus einer ersten Baueinheit und einer zweiten Baueinheit den Schließvorgang und Öffnungsvorgang eines an der ersten Baueinheit angeordneten ersten elektrischen Kontaktelements und eines an der zweiten Baueinheit angeordneten zweiten elektrischen Kontaktelements nicht-spiegelverkehrt ablaufen zu lassen, sondern folgendermaßen unterschiedlich ablaufen zu lassen:
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Die Magnetelemente der ersten Baueinheit und der zweiten Einheit können jeweils durch einen Magneten oder einerseits durch einen Magneten und andererseits durch einen aus einem ferromagnetischen Material gefertigten magnetischen Anker gebildet sein.
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Beim Schließen nähern sich zwei sich gegenüberstehende Kontaktelemente mittels der magnetischen Anziehung zweier Magnete (oder Magnet-Anker-Paar oder mehrerer Magnete oder Magnet-Anker-Paare) im Wesentlichen direkt in einer Schließrichtung, also auf dem kürzestem Weg aneinander an.
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Beim Öffnen werden sowohl die Kontaktelemente als auch die Magnete zuerst seitlich verschoben, um während des Verschiebens evt. vorhandene Oxidschichten oder Verschmutzungen abzuschleifen bzw. abzuscheren. Mit anderen Worten: die Kontaktelemente nehmen nicht den kürzesten Weg zur Trennung, sondern werden durch geeignete Führungselemente in einer vorbestimmten Öffnungsrichtung, die von der Schließrichtung verschieden, aber nicht spiegelverkehrt ist, geführt und erst dann voneinander getrennt.
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Mindestens die Kontaktelemente legen beim Öffnen also einen längeren Weg zurück, um wieder in die Ausgangsstellung zu gelangen. Die Öffnungsrichtung kann beispielsweise eine lineare Verschiebung im Wesentlichen rechtwinklig zur Schließrichtung sein, die Öffnungsrichtung kann beispielsweise eine Drehung um die Schließrichtung sein, die Öffnungsrichtung kann beispielsweise eine Drehung um die Senkrechte zur Schließrichtung sein.
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Die Dimensionierung der Magnete ist dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass die anfänglich nötige Kraft zum Verschieben in die Öffnungsrichtung deutlich kleiner ist als die Kraft, mit der die Magnete entgegen der Schließrichtung getrennt werden müssten.
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Das elektrische Verbindungsmodul kann nach dieser technischen Lehre so gebaut werden, dass relativ starke Magnete den Anpressdruck der Kontaktelemente bereitstellen und trotzdem das elektrische Verbindungsmodul leicht, möglichst einhändig, lösbar ist.
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Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen in der robusten elektrischen Kontaktierung bzw. dem Selbstreinigungseffekt derselben und der angenehmen Öffnungsbedienung.
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Weiterbildungen haben darüber hinaus weitere Vorteile.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung gelangt beim Schließvorgang mittels Magnetkraft zusätzlich noch ein mechanischer Hinterschnitt zwischen erster und zweiter Baueinheit in Eingriff und wird beim Öffnungsvorgang durch Verschiebung in die o.g. Öffnungsrichtung gelöst. Dabei werden erstes Bauteil und zweites Bauteil entgegen der Schließrichtung stabil gesichert, aber durch eine vorbestimmte Öffnungsbewegung können die Baueinheiten leicht voneinander getrennt werden. Beispielsweise ist eine Kabelsteckverbindung mit dieser technischen Lehre herstellbar, die auf Zug mechanisch belastbar ist, aber durch Schütteln oder Schwenken getrennt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung wird beim Schließvorgang ein Rastverschluss rastend mittels Magnetkraft geschlossen und beim Öffnungsvorgang wird der Rastverschluss durch Verschiebung in die Öffnungsrichtung geöffnet. Insbesondere sind hierbei Ausführungen nach den Patentanmeldungen
PCT/DE2007/001245 ,
PCT/DE2008/001162 und
PCT/DE2009/000483 der Anmelderin eingeschlossen. Besonderer Vorteil hierbei: hier können alle in diesen Anmeldungen beschriebenen mechanischen Vorteile zusätzlich zu den elektrotechnischen Vorteilen genossen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist in der zweiten Baueinheit das Kontaktelement und der Magnet in der Öffnungsrichtung verschieblich gelagert. Beim Verschieben des Kontaktelements werden dann nicht die erste Baueinheit und die zweite Baueinheit gegeneinander in der Öffnungsrichtung verschoben, sondern wird nur das Kontaktelement und der Magnet der zweiten Baueinheit gegenüber der ersten Baueinheit verschoben. Vorteilhafterweise sind in diesem Fall erste und zweite Baueinheit in Schließrichtung durch Schließführungselemente in Schließrichtung ineinander steckbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist in der zweiten Baueinheit das Kontaktelement, der Magnet und eine Rastung in der Öffnungsrichtung verschieblich gelagert. Beim Verschieben des Kontaktelements werden dann nicht erste Baueinheit und zweite Baueinheit gegeneinander in der Öffnungsrichtung verschoben, sondern wird nur das Kontaktelement, der Magnet und der Rastverschluss der zweiten Baueinheit gegenüber der ersten Baueinheit verschoben. Vorteilhafterweise sind in diesem Fall erste und zweite Baueinheit in Schließrichtung durch Schließführungselemente in Schließrichtung ineinander steckbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist in der zweiten Baueinheit das Kontaktelement und der Magnet fest angebracht und erste Baueinheit und zweite Baueinheit sind gegeneinander in der Öffnungsrichtung verschieblich gelagert.
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In einer weiteren Weiterentwicklung sind mehrere Kontaktelemente jeweils in erster Baueinheit und zweiter Baueinheit eines Verbindungsmoduls vorgesehen. Vorteilhaft ist das Vorsehen von Federn, die die Kontaktelemente gegeneinander drängen, wobei allerdings die Magnete stärker sind als die Federn.
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In einer weiteren Weiterentwicklung ist eine metallische Rastfeder in einer der Baueinheiten vorgesehen, die eine Doppelfunktion erfüllt: sie ist einerseits Bestandteil der mechanischen Rastvorrichtung, indem sie beim Einrasten mittels Magnetkraft ausgelenkt wird und schließlich in einen in der anderen Baueinheit angeordneten Hinterschnitt ein. Andererseits ist sie Bestandteil eines zweiten elektrischen Kontaktpaars aus drittem und viertem Kontaktelement, das zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen (Haupt-)Kontaktpaars aus erstem und zweiten Kontaktelement derart angeordnet ist, dass die metallische Rastfeder in naher Lagebeziehung zum Hinterschnitt angeordneten zweiten Kontakt nach erfolgter Einrastung berührt und die Federspannung der metallische Rastfeder einen Anpressdruck bereitstellt, der einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen der metallischen Rastfeder und dem zweiten Kontakt sichert. Die metallische Rastfeder kann entweder als Ganzes aus Metall gefertigt sein, oder kann nur an den mit dem vierten Kontaktelement in Berührung gelangenden Abschnitten aus elektrisch leitfähigen Materialien gefertigt sein.
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In einer weiteren Weiterentwicklung sind mehrere Verbindungsmodule mit jeweils eigenen Magneten zu einem Mehrfach-Verbindungsmodul zusammengeschlossen.
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In einer weiteren Weiterentwicklung sind die elektrischen Kontaktelemente gleichzeitig als Halterungen für die Magnete ausgebildet, beispielsweise, indem die Magnete in hutartigen Blechhülsen angeordnet ist, wobei die Hutkrempe die Kontaktelemente und Magnete mit dem umgebenden Material formschlüssig verbindet.
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In einer Weiterentwicklung wird ein erfindungsgemäßes elektrisches Verbindungsmodul als Verschluss für einen Brustgurt oder Hüftgurt eines Rucksacks, einer Tasche oder eines Schulranzens benutzt. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn mit dem Schließen des Brust- oder Hüftgurts beispielsweise ein Warnlicht an Rucksack, Tasche oder Schulranzen geschaltet werden soll.
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In einer Weiterentwicklung sind die Kontaktelemente direkt zwischen den Magneten angebracht.
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In einer Ausgestaltung weist die zweite Baueinheit eine Rasteinrichtung auf, die zum Verrasten der Baueinheiten miteinander dient, wenn sich das Verbindungsmodul in einer Schließstellung befindet, in der die Baueinheiten aneinander angesetzt sind. Hierbei weist die Rasteinrichtung der zweiten Baueinheit vorzugsweise das zumindest eine zweite Kontaktelement auf, sodass über die Verrastung auch die elektrische Kontaktierung hergestellt wird.
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In einer Ausgestaltung kann die Rasteinrichtung zumindest ein zu einem Gehäuse der zweiten Baueinheit bewegbares Rastelement aufweisen, das das zumindest eine zweite Kontaktelement verwirklicht. Das Rastelement kann beispielsweise über eine elastische Federzunge ausgebildet sein. Denkbar und möglich ist aber auch, das Rastelement beispielsweise schwenkbar an dem Gehäuse der zweiten Baueinheit anzuordnen. In der Schließstellung des Verbindungsmoduls steht das Rastelement rastend mit einem zugeordneten Rastelement der anderen, ersten Baueinheit in Eingriff und kontaktiert zudem elektrisch mit einem zugeordneten ersten Kontaktelement der ersten Baueinheit, sodass über das Rastelement der Rasteinrichtung der zweiten Baueinheit eine elektrische Kontaktierung mit einem zugeordneten ersten Kontaktelement der ersten Baueinheit hergestellt ist.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Rastelement gegenüber dem Gehäuse federvorgespannt. Das Rastelement kann in diesem Fall zum Beispiel schwenkbar an dem Gehäuse gelagert sein und ist zum Beispiel über ein geeignetes Federelement gegenüber dem Gehäuse federvorgespannt, sodass in der Schließstellung das Rastelement unter elastischer Vorspannung an dem zugeordneten Rastelement der ersten Baueinheit anliegt und darüber auch eine günstige elektrische Kontaktierung herstellt.
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In einer Ausgestaltung weist die Rasteinrichtung der zweiten Baueinheit zwei zu dem Gehäuse bewegbare, zum Beispiel zu dem Gehäuse schwenkbare Rastelemente auf, die in der Schließstellung des Verbindungsmoduls das Rastelement der ersten Baueinheit rastend zwischen sich aufnehmen. Über die zwei Rastelemente wird somit eine Verrastung zwischen den Baueinheiten in der Schließstellung des Verbindungsmoduls geschaffen, wobei zusätzlich jedes Rastelement ein (gesondertes) zweites Kontaktelement der zweiten Baueinheit verwirklichen kann, das mit einem jeweils zugeordneten ersten Kontaktelement an der ersten Baueinheit elektrisch kontaktierend in Anlage ist, wenn sich das Verbindungsmodul in seiner Schließstellung befindet. Dadurch, dass jedes Rastelement der Rasteinrichtung der zweiten Baueinheit ein (gesondertes) zweites Kontaktelement verwirklicht, das einem (gesonderten) ersten Kontaktelement am Rastelement der ersten Baueinheit zugeordnet ist und mit diesem ersten Kontaktelement in der Schließstellung des Verbindungsmoduls elektrisch kontaktierend in Anlage ist, werden zwei Kontakte an den Verbindungsmodulen geschaffen, die in der Schließstellung geschlossen sind, sodass ein Stromfluss über zwei parallele elektrische Verbindungen bereitgestellt werden kann.
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Sind zwei Rastelemente vorhanden, können diese auch gegeneinander federvorgespannt sein.
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Einige unterschiedliche Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 bis 4 schematische Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels;
- 5 bis 8 Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels;
- 9 und 10 Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels; und
- 11-24 Ansichten eines vierten Ausführungsbeispiel.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1A-1C bis 4 können Baueinheiten 1, 2 in eine Schließrichtung X aneinander angesetzt werden, um elektrische Kontaktelemente 11, 21 an den Baueinheiten 1, 2 elektrisch miteinander zu kontaktieren. Das Ansetzen der Baueinheiten 1, 2 erfolgt hierbei in die Schließrichtung X, das Öffnen hingegen durch abscheren in eine quer zur Schließrichtung X erstreckte Öffnungsrichtung Y, wie dies zum Beispiel aus 3A-3C ersichtlich ist.
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Durch das Vorsehen von Magnetelementen 10, 20, die zum Beispiel jeweils als Permanentmagnet oder einerseits als Permanentmagnet und andererseits als magnetischer Anker (zum Beispiel aus einem ferromagnetischen Material) verwirklicht sein können, wird das Ansetzen der Baueinheiten 1, 2 magnetisch unterstützt und kann zum Beispiel weitestgehend selbsttätig erfolgen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5-8 sind Baueinheiten 1, 2 in einer Schließstellung (7) über Rasteinrichtungen 12, 22 mechanisch miteinander verrastet. Die Rasteinrichtung 22 der zweiten Baueinheit 2 ist hierbei als Federelement ausgestaltet, dass in der Schließstellung eine Rasteinrichtung 12 in Form eines Sperrzapfens der ersten Baueinheit 1 umgreift und darüber eine Verrastung herstellt. Das Rastelement ist einseitig offen und ermöglicht, die erste Bauernhaus 1 in eine Öffnungsrichtung Y quer zur Schließrichtung X außer Eingriff von der Rasteinrichtung 22 zu schieben, um das Verbindungsmodul zu öffnen.
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Wiederum sind an jeder Baueinheit 1, 2 ein oder mehrere elektrische Kontaktelemente angeordnet, die in der Schließstellung des Verbindungsmoduls elektrisch miteinander kontaktieren und somit eine elektrische Verbindung zwischen den Baueinheiten 1, 2 herstellen.
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Bei einem in 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an jeder Baueinheit 12 Rasteinrichtung und 12, 22 ausgebildet, die einerseits durch ein Federelement und andererseits durch einen Sperrzapfen verwirklicht sind. In der Schließstellung des Verbindungsmoduls stehen diese Rasteinrichtungen 12, 22 mechanisch verrastend miteinander in Eingriff (siehe 10), wobei durch Verdrehen der Baueinheiten 1, 2 entlang einer um die Schließrichtung X gerichteten Öffnungsrichtung Y das Verbindungsmodule geöffnet werden kann.
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Jeder Rasteinrichtung 12, 22 kann bei diesem Ausgangsbeispiel ein elektrisches Kontaktelement zugeordnet sein, sodass bei geschlossenem Verbindungsmodule 2 elektrischen Verbindungen zwischen den Baueinheiten 1, 2 hergestellt werden.
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Bei einem in 11-24 dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine erste Baueinheit 1 eine Rasteinrichtung 12 in Form eines Sperrzapfens auf, an dem zwei elektrische Kontaktelemente 101, 102 angeordnet sind (siehe zum Beispiel 13). Eine zweite Baueinheit 2 weist ein Gehäuse 200 auf, in dem zwei Rastelemente 220, 221 zur Verwirklichung einer Rasteinrichtung 22 um eine Schwenkachse 223 schwenkbar gelagert sind. Jedes Rastelement 220, 221 verwirklicht ein elektrisches Kontaktelement und ist entsprechend aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, wobei die Rastelemente 220, 221 über ein Isolierelement 24 in Form eines Isolierplättchens elektrisch voneinander isoliert sind, sodass über die Rastelemente 220, 221 Ströme unterschiedlicher Polarität (+, -) übertragen werden können.
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Die Rastelemente 220, 221 sind jeweils über ein Federelement 222 in dem Gehäuse 200 der zweiten Baueinheit 2 federmechanisch vorgespannt, wie dies zum Beispiel aus 13 ersichtlich ist.
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Bei Ansetzen der ersten Baueinheit 1 an die zweite Baueinheit 2 in eine Schließrichtung X (11 bis 13) gelangt die Rasteinrichtung 12 in Form des Sperrzapfens der ersten Baueinheit 1 in Eingriff mit den Rastelementen 220, 221, wie dies in 14 bis 16 dargestellt ist. Dadurch liegen die Rastelemente 220, 221 in der Schließstellung unter federmechanischer Vorspannung über die Federelemente 222 an dem Sperrzapfen der ersten Baueinheit 1 und den daran angeordneten elektrischen Kontaktelementen 101, 102 an, sodass eine elektrische Kontaktierung zwischen den (Kontaktelemente verwirklichenden) Rastelementen 220, 221 und den Kontaktelementen 101, 102 der ersten Baueinheit 1 geschaffen ist (siehe 14-16).
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Zum Öffnen des Verbindungsmoduls (dargestellt in 17-19 sowie 20-22) kann die erste Baueinheit 1 in eine Öffnungsrichtung Y zu der zweiten Baueinheit 2 bewegt werden, wodurch die Rasteinrichtung 12 der ersten Baueinheit 1 in Öffnungsrichtung Y außer Eingriff von den Rastelementen 220, 221 der zweiten Baueinheit 2 bewegt wird. Die Baueinheiten 1, 2 können somit voneinander gelöst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Baueinheit (erstes Verschlusselement)
- 10
- Magnet
- 100
- viertes Kontaktelement
- 101, 102
- Kontaktelement
- 11
- Kontaktelement
- 12
- Rastelement (Hinterschnitt)
- 2
- zweite Baueinheit (zweites Verschlusselement)
- 20
- Magnet
- 200
- Gehäuse
- 21
- Kontaktelement
- 22
- Rasteinrichtung (Hinterschnitt)
- 220, 221
- Rastelement
- 222
- Federelement
- 223
- Schwenkachse
- 23
- drittes Kontaktelement
- 24
- Isolierelement
- X
- Schließrichtung
- Y
- Öffnungsrichtung
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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 Patentliteratur
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- DE 2007/001245 PCT [0001, 0015]
- DE 2008/001162 PCT [0001, 0015]
- DE 2009/000483 PCT [0001, 0015]
