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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kopfhörer. Kopfhörer weisen regelmäßig wenigstens eine, bevorzugt zwei Ohrmuscheln auf, die jeweils mit einem Wiedergabewandler ausgestattet sind. Darüber hinaus weisen entsprechende Ohrmuscheln auch ein Ohrpolster auf, welches bei der normalen Benutzung des Kopfhörers entweder ein Ohr eines Benutzers umschließt oder auf dem Ohr aufliegt.
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1 zeigt eine bekannte, typische Ausgestaltung einer Kopfhörermuschel eines Kopfhörers. Dabei ist zu sehen, dass die Kopfhörermuschel 10 aus einem Gehäuse 11 besteht, welches einen elektroakustischen, Schallgeber 14 enthält. Der Schallgeber 14 enthält eine Membran 15, die bei Anlage elektrischer Signale ausgelenkt wird, so dass durch die Membran 15 ein Schall erzeugt wird. Die Ohrmuschel weist einen Ohrpolsterring 12 auf, welcher bei der normalen Verwendung des Kopfhörers das Ohr 30 eines Nutzers umschließt oder auf dem Ohr auflieget.
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Abhängig vom gewünschten Anwendungsfall kann das Gehäuse 11 schalldurchlässig (offener Hörer) oder weitgehend schallundurchlässig (geschlossener Hörer) ausgestaltet werden. Bei einem offenen Hörer gestaltet sich die Erzeugung einer gewünschten Klangwiedergabe über den Frequenzbereich des menschlichen Hörens normalerweise einfacher als bei einem geschlossenen Hörer. Das liegt unter anderem daran, dass die Membran 15 neben dem Schall, den sie in Richtung des Ohrs abgibt, auch auf ihrer vom Ohr abgewandten Rückseite Schall erzeugt und abstrahlt. Bei einem offenen Hörer wird dieser Schall an die Umgebung abgegeben und stört die Erzeugung des zum Ohr hin abgegebenen Schalls nicht. Bei einem geschlossenen Hörer wird der von der Rückseite der Membran abgestrahlte Schall jedoch an der Innenseite des Gehäuses 11 reflektiert und es entstehen lokale Druckerhöhungen in dem Gehäuse, die sogar Rückwirkungen auf das Schwingen der Membran 15 haben können.
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Ein geschlossener Hörer bietet aber den Vorteil, dass der Nutzer in einem gewissen Maß von Außengeräuschen abgeschirmt wird und dass der Kopfhörer wenig Schall an seine Umwelt abgibt, so dass umstehende Personen weniger vom Schall des Kopfhörers belästigt werden als bei einem offenen Hörer. Optional kann auch ein geschlossener Hörer Öffnungen aufweisen, die aber so dimensioniert sind, dass sie den Abschirmungseffekt nicht nennenswert beeinträchtigen.
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In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert:
DE 26 14 729A1 ,
DE 40 00 132 A1 ,
GB 2 181 620 A ,
US 6 636 610 B1 ,
US 4 928 788 A ,
EP 1 292 170 A2 ,
JP H02- 23 000 A , „Bilder aus dem Video „beats by dr dre solo 2 / solo 3 repair one side not working - YouTube“. URL=https://www.youtube.com/watch? v=dskF0dO1 Iw0" [recherchiert am 07.12.2017] und „Onlinemagazin: THE VERGE: BEATS SOLO 3 REVIEW: DECENT SOUND, BETTER WIRELESS. Vlad Savov. S. 1-6. 22.12.2016. URL=https://www.theverge.com/20 16/12/22/14051984/beats-solo-3-review-appleheadphones“ [recherchiert am 07.12.2017].
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Klangwiedergabe eines geschossenen Hörers zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kopfhörer nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird somit wird ein Kopfhörer mit einer oder zwei Kopfhörermuscheln vorgesehen. Jede Kopfhörermuschel weist einen elektroakustischen Schallgeber mit einer Membran zur Abgabe von Schall, eine Schallwand zum Tragen des Schallgebers, eine Rückwand, einen umlaufenden Abschnitt, welcher umlaufend als Seitenwand zwischen der Rückwand und der Schallwand angeordnet ist, und einen Ohrpolsterring auf. Der Ohrpolsterring umschließt bei der Verwendung des Kopfhörers ein Ohr eines Nutzers oder liegt auf dem Ohr auf. Dabei ist die Membran bei der Verwendung des Kopfhörers zwischen der Rückwand und dem Ohr des Nutzers angeordnet und eine Rückseite der Membran ist der Rückwand zugewandt. Die Schallwand mit der Membran trennt ein vorderes Volumen, das dem Ohr des Nutzers zugewandt ist, von einem hinteren Volumen, das vom Ohr des Nutzers abgewandt ist. Das hintere Volumen wird von der Membran, der Schallwand, der Rückwand und dem umlaufenden Abschnitt begrenzt. Das hintere Volumen ist akustisch als zusammenhängendes Volumen ausgestaltet, so dass Schall, welcher von der Rückseite der Membran abgestrahlt wird, die Rückwand erreicht. Die Rückwand ist in dem Sinne nach innen konvex ausgestaltet ist, dass die Rückwand in einem mittleren Bereich des Schallgebers einen kleineren Abstand zum Schallgeber hat als am Rand des Schallgebers. Der umlaufende Abschnitt weitet sich beginnend vom Außenrand der konvex ausgestalteten Rückwand in Richtung der Schallwand hin trichterartig auf.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Membran einen Außendurchmesser und die konvex ausgestaltete Rückwand hat einen Durchmesser, und der Durchmesser der konkav ausgestalteten Rückwand ist größer als der Außendurchmesser der Membran.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Rückwand und der umlaufende Abschnitt weitgehend schallundurchlässig ausgestaltet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung laufen die Innenseiten des umlaufenden Abschnitts in einem spitzen Winkel auf die Schallwand zu.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der von der Rückseite der Membran abgestrahlte Schall an der konvexen Rückwand teilweise in einen Randbereich des hinteren Volumens reflektiert, in welchem die Innenseiten des umlaufenden Abschnitts in einem spitzen Winkel auf die Schallwand zulaufen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stehen die durch den umlaufenden Abschnitt ausgebildeten Seitenwände des hinteren Volumens nicht parallel zueinander.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Schallwand Öffnungen, die mit akustischen Widerstanden aus einem offenporigen Material bedeckt sind.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Kopfhörermuschel eines Kopfhörers gemäß dem Stand der Technik,
- 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ohrmuschel eines Kopfhörers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ohrmuschel eines Kopfhörers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 4 zeigt einen Kopfhörer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Kopfhörermuschel eines Kopfhörers gemäß dem Stand der Technik, wobei die Kopfhörermuschel eines geschlossenen Kopfhörers dargestellt ist. Die Kopfhörermuschel 10 besteht aus einem Gehäuse 11, welches einen elektroakustischen Schallgeber 14 enthält. Das Gehäuse 11 ist weitgehend schallundurchlässig gestaltet und hat eine Rückwand 19. Der Schallgeber 14 wird mithilfe einer Haltevorrichtung 21 von einer Schallwand 13 getragen, die von innen an dem Gehäuse 11 befestigt ist. Optional kann die Schallwand 13 Öffnungen enthalten, die mit akustischen Widerstanden 16 aus einem offenporigen Material bedeckt sein können. Die Ohrmuschel weist einen Ohrpolsterring 12 auf, welcher bei der normalen Verwendung des Kopfhörers das Ohr 30 eines Nutzers umschließt oder auf dem Ohr aufliegt. Der Schallgeber 14 enthält eine Membran 15, die bei Anlage elektrischer Signale ausgelenkt wird, so dass durch die Membran 15 ein Schall erzeugt wird.
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Die Membran 15 hat eine Vorderseite, die dem Ohr 30 eines Nutzers bei normaler Benutzung des Kopfhörers zugewandt ist. Vor der Vorderseite der Membran 15 entsteht ein vorderes Volumen 17, das vom Ohrpolsterring 12 umschlossen ist und außerdem begrenzt wird von der Schallwand 13 mit den akustischen Widerstanden 16, der Membran 15, ggf. einem Teil des Gehäuses 11, dem Ohr 30 sowie ggf. einem Teil des Kopfes des Nutzers. Die andere Seite der Membran 15 ist die Rückseite, die entsprechend von dem Ohr 30 des Nutzers angewandt ist. Hinter der Schallwand entsteht ein hinteres Volumen 18, das begrenzt wird von der Rückseite der Membran 15, der Schallwand 13 mit den akustischen Widerstanden 16 sowie der Innenseite des Gehäuses 11.
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Der Nutzschall wird von der Vorderseite der Membran 15 in das vordere Volumen 17 Richtung Ohr 30 abgestrahlt. Die Membran 15 gibt jedoch zusätzlich von ihrer Rückseite Schall ab, der in das hintere Volumen 18 abstrahlt. Bei einem geschlossenen Hörer wird der von der Rückseite der Membran 15 abgestrahlte Schall an der Innenseite des Gehäuses 11 reflektiert und gelangt nach der Reflexion teilweise von dem hinteren Volumen 18 in das vordere Volumen 17. Dort überlagert sich dieser Schall als Störschall mit dem Nutzschall. Diese Überlagerung führt teilweise zu Auslöschungen und teilweise zu Überhöhungen mit dem Nutzschall und erzeugt dadurch unerwünschte Veränderungen des Frequenzgangs des Kopfhörers.
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Außerdem entstehen in dem hinteren Volumen 18 lokale Druckerhöhungen in dem Gehäuse 11, die unerwünschte Rückwirkungen auf das Schwingen der Membran 15 haben können. Bei der in 1 dargestellten Kopfhörermuschel nach dem Stand der Technik ist die Rückwand des Gehäuses 11 in Richtung zum hinteren Volumen 18 hin konkav ausgestaltet. Die Rückwand hat also in einem mittleren Bereich des Schallgebers 14 einen größeren Abstand zum Schallgeber als am Rand des Schallgebers. Bei einem solchen Aufbau kann die Reflexion von Schall an der Innenwand des Gehäuses 11 nach dem aus der Optik bekannten Prinzip eines Hohlspiegels zu einer lokalen Drucküberhöhung im mittleren Bereich der Rückseite des Schallgebers 14 führen. Diese lokale Druckerhöhung wirkt auf die Membran 15 und behindert den gewünschten Schwingungsverlauf der Membran, was zu einer Verschlechterung des Frequenzgangs des Kopfhörers führt.
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Alternativ kann die Rückwand des Gehäuses 11 teilweise eben und parallel zu dem Schallgeber 14 ausgeführt sein. In diesem Falle können sich innerhalb des Gehäuses bei einigen Frequenzen stehende Wellen ausbilden, die den gewünschten Frequenzgang ebenfalls verschlechtern.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ohrmuschel eines Kopfhörers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Kopfhörermuschel eines geschlossenen Kopfhörers dargestellt ist. Der Aufbau entspricht in weiten Teilen dem Aufbau aus 1. Die Kopfhörermuschel 40 besteht aus einem Gehäuse 41, welches einen elektroakustischen Schallgeber 14 enthält. Das Gehäuse 41 ist weitgehend schallundurchlässig gestaltet und hat eine Rückwand 20. Der Schallgeber 14 wird mithilfe einer Haltevorrichtung 21 von einer Schallwand 13 getragen, die von innen an dem Gehäuse 41 befestigt ist. Optional kann die Schallwand 13 Öffnungen enthalten, die mit akustischen Widerstanden 16 aus einem offenporigen Material bedeckt sein können. Das Gehäuse 41 weist außerdem einen umlaufenden Abschnitt 49 auf, welcher zwischen der Rückwand 20 und der Schallwand 13 angeordnet ist. Der umlaufende Abschnitt 49 erstreckt sich vom Außenrand der Rückwand 20 in Richtung der Schallwand 13 und bildet somit die Seitenwände eines hinteren Volumens 48 aus. Die Ohrmuschel weist einen Ohrpolsterring 12 auf, welcher bei der normalen Verwendung des Kopfhörers das Ohr 30 eines Nutzers umschließt oder auf dem Ohr aufliegt. Der Schallgeber 14 enthält eine Membran 15, die bei Anlage elektrischer Signale ausgelenkt wird, so dass durch die Membran 15 ein Schall erzeugt wird. Die Membran hat einen Außendurchmesser 44.
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Die Membran 15 hat eine Vorderseite, die dem Ohr 30 eines Nutzers bei normaler Benutzung des Kopfhörers zugewandt ist. Vor der Vorderseite der Membran 15 entsteht ein vorderes Volumen 17, das vom Ohrpolsterring 12 umschlossen ist und außerdem begrenzt wird von der Schallwand 13 mit den akustischen Widerstanden 16, der Membran 15, ggf. einem Teil des Gehäuses 41, dem Ohr 30 sowie ggf. einem Teil des Kopfes des Nutzers. Die andere Seite der Membran 15 ist die Rückseite, die entsprechend von dem Ohr 30 des Nutzers abgewandt ist. Hinter der Schallwand entsteht ein hinteres Volumen 48, das begrenzt wird von der Rückseite der Membran 15, der Schallwand 13 mit den akustischen Widerstanden 16, dem umlaufenden Abschnitt 49 sowie der Rückwand 20. Das hintere Volumen 48 ist akustisch als zusammenhängendes Volumen ausgestaltet, so dass Schall, welcher von der Rückseite der Membran 15 abgestrahlt wird, die Rückwand 20 erreicht und von der Rückwand 20 reflektiert werden kann.
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Der Nutzschall wird von der Vorderseite der Membran 15 in das vordere Volumen 17 Richtung Ohr 30 abgestrahlt. Die Membran 15 gibt jedoch zusätzlich von ihrer Rückseite Schall ab, der in das hintere Volumen 48 abstrahlt. Im Unterschied zu dem Kopfhörer aus 1 ist die Rückwand 20 des Gehäuses in dem ersten Ausführungsbeispiel in Richtung zum hinteren Volumen 48 hin konvex ausgestaltet. Die Rückwand 20 hat also in einem mittleren Bereich des Schallgebers 14 einen kleineren Abstand zum Schallgeber als am Rand des Schallgebers. Die konvex ausgestaltete Rückwand 20 hat einen Durchmesser 42. Vorzugsweise ist der Durchmesser 42 der konvex ausgestalteten Rückwand 20 größer als der Außendurchmesser 44 der Membran 15.
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Die Innenseite des umlaufenden Abschnitts 49 ist Teil der Begrenzung des hinteren Volumens 48. Der umlaufende Abschnitt 49 erstreckt sich vom Außenrand der konvex ausgestalteten Rückwand 20 in Richtung der Schallwand 13 und bildet somit die Seitenwände des hinteren Volumens 48 aus. Beginnend von der konvex ausgestalteten Rückwand 20 weitet sich der umlaufende Abschnitt 49 trichterartig zur Schallwand 13 hin auf, so dass die Seitenwände des hinteren Volumens 48 nicht parallel zueinander stehen. So entsteht ein Randbereich 90 des hinteren Volumens 48, in dem die Innenseiten des umlaufenden Abschnitts 49 in einem spitzen Winkel auf die Schallwand 13 zulaufen.
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Der erfinderische Gedanke besteht darin, dass der Schall, der von der Rückseite der Membran 15 in das hintere Volumen 48 abgestrahlt wird, bei der Reflexion an der konvexen Rückwand 20 möglichst gleichmäßig in dem gesamten hinteren Volumen 48 verteilt wird, so dass lokale Druckerhöhungen reduziert werden. Beispielsweise werden große Teile des Schalls nach der Reflexion in Richtung des Ohrpolsterrings 12 bzw. in den Randbereich 90 des hinteren Volumens 48 geleitet. Optional kann das hintere Volumen 48 teilweise zur Schalldämpfung mit offenporigem Dämmmaterial ausgefüllt werden. Im Randbereich 90 des hinteren Volumens 48 bewirkt der schräg zur Schallwand 13 gegenüberliegende umlaufenden Abschnitts 49 eine mehrfache unregelmäßige Reflexion und damit eine Abschwächung des in den Randbereich 90 reflektierten Schalls.
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Durch die Reduzierung lokaler Druckerhöhungen im hinteren Volumen 48 und die Umlenkung des reflektierten Schalls in den Randbereich 90 werden die Rückwirkungen auf das Schwingen der Membran 15 reduziert und somit eine Verbesserung des Frequenzgangs des Kopfhörers erreicht. Außerdem wird durch die Verteilung des Schalls im gesamten hinteren Volumen 48 erreicht, dass der Weg des Schalls in das vordere Volumen 17 für große Teile des Schalls mit zusätzlichen Reflexionen verbunden ist, was zu einer Reduzierung des Schalls führt, der vom hinteren Volumen 48 in das vordere Volumen 17 gelangt.
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Optional kann die konvexe Rückwand 20, welche das hintere Volumen 48 begrenzt, getrennt von dem Gehäuse 41 ausgeführt werden. Die Außenform des Gehäuses 41 kann dann unabhängig von der konvexen Rückwand 20 nach ästhetischen Gesichtspunkten gestaltet werden, ohne die erfindungsgemäße Verwendung der konvexen Rückwand 20 zur akustischen Auslegung des Kopfhörers zu beeinträchtigen. Das Gleiche gilt für den trichterartig gestalteten umlaufenden Abschnitt 49. Wichtig ist, dass der Schall, der von der Rückseite der Membran 15 abgestrahlt wird, die konvexe Rückwand 20 und den umlaufenden Abschnitt 49 erreicht, so dass ein zusammenhängendes akustisch wirksames hinteres Volumen 48 entsteht, welches von der konvexen Rückwand 20 und dem umlaufenden Abschnitt 49 begrenzt wird. Die Außenform der Kopfhörermuschel 40 kann beispielsweise durch das Aufsetzen einer Zierkappe abweichend von der Form des akustisch wirksamen hinteren Volumens 48 gestaltet werden.
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3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ohrmuschel eines Kopfhörers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel kann auf dem ersten Ausführungsbeispiel beruhen. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein spezieller Aufbau des Schallgebers
14 verwendet. Es handelt sich dabei um einen ringförmigen dynamischen Schallwandler, wie er in
DE102007005620 insbesondere für den Einsatz in offenen Kopfhörern beschrieben ist. Der Schallwandler verfügt über ein Chassis
66, das in der Mitte ein Loch
67 aufweist. Eine Membran
65 ist mit ihrem Außenrand an dem Chassis
66 befestigt und hat in ihrer Mitte ebenfalls ein Loch. Der Rand des Lochs in der Membran
65 ist ebenfalls an dem Chassis
66 befestigt. Der Schallwandler enthält außerdem ein ringförmiges Magnetsystem
69, das am Chassis
66 befestigt ist. An der Membran
65 ist eine ringförmige Schwingspule
68 befestigt, die bei elektrischer Anregung in Verbindung mit dem Magnetsystem
69 die Membran
65 zur Schallabgebe antreibt. Zwischen dem Außenrand des Chassis
66 und der Schwingspule
68 entsteht ein ringförmiges Volumen
70, das optional über einen akustischen Widerstand
72 mit dem hinteren Volumen
48 der Kopfhörermuschel verbunden sein kann. Zwischen der Schwingspule
68 und dem das Loch
67 begrenzenden Innenrand des Chassis
66 entsteht ein weiteres ringförmiges Volumen
71, das optional über einen akustischen Widerstand
73 mit dem hinteren Volumen
48 der Kopfhörermuschel verbunden sein kann. Der ringförmige Schallgeber gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bietet bei einer großen Fläche der Membran
65 eine relativ geringe Neigung zum Taumeln der Schwingspule
68, was für eine verzerrungsfreie Schallwiedergabe vorteilhaft ist. Im Zusammenwirken mit der konvexen Schallwand
20 lässt sich ein Schallgeber gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorteilhaft in einem geschlossenen Kopfhörer verwenden.
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4 zeigt einen Kopfhörer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hier sind zwei Kopfhörermuscheln 40 über einen Kopfbügel 50 miteinander verbunden. Beide Kopfhörermuscheln 40 weisen ein Gehäuse 41 und einen Ohrpolsterring 12 auf. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 41 so ausgestaltet, dass die in Richtung zum hinteren Volumen 48 hin konvex gestaltete Rückwand 20 entsprechend von außen eine konkave Form aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2830324 [0003]
- DE 102007005620 [0004, 0031]
- DE 2614729 A1 [0007]
- DE 4000132 A1 [0007]
- GB 2181620 A [0007]
- US 6636610 B1 [0007]
- US 4928788 A [0007]
- EP 1292170 A2 [0007]
- JP H0223000 A [0007]
