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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung einer keramischen Außenschale.
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Bei der Herstellung von zahntechnischen Restaurationen werden beispielsweise Metallgerüste mit einer Verblendkeramik versehen, um Zahnkronen oder Brücken herzustellen. Eine derartige Vorgehensweise hat sich seit vielen Jahrzehnten bewährt, wobei die verwendeten Materialien beispielsweise bezüglich ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb gewisser Grenzen angepasst sind. Die Verblendkeramik wird dabei mittels eines Brennvorgangs auf das Metallgerüst aufgesintert, wobei aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen der Keramik und Oxidschichten des Metalls ein fließender Übergang zwischen Metall, Metalloxid und Keramik hergestellt wird. Die klassische Verblendkeramik verwendet üblicherweise keramische Massen, die durch Wärmebehandlung und verschiedene Mahlvorgänge gewonnen werden. Hierbei handelt es sich um Materialien auf Basis von Silikat- oder Glaskeramik, die mit einem Oxidanteil versehen sein können bzw. auch in Mischformen vorliegen können. Ein in der Zahntechnik bekanntes Material besteht aus Feldspat, in welches kristalline Partikel beispielsweise in Form von Leuzit eingelagert sind. Zusätzlich zum Werkstoff der Verblendkeramik ist bei der Herstellung von zahntechnischen Restaurationen auch eine sogenannte Gerüstkeramik bekannt, die das metallische Gerüst ersetzen soll. Hierbei wird üblicherweise auf eine Oxidkeramik zurückgegriffen, wobei das bekannteste Material Zirkoniumdioxid sein dürfte. Zirkoniumdioxid-Gerüste werden ebenfalls keramisch verblendet.
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Neben der oben beschriebenen klassischen Fertigung von zahntechnischen Restaurationen werden derzeit Anstrengungen unternommen, Zahnersatz auch in geeigneten Rapid-Prototyping-Verfahren herzustellen. Hierfür können sowohl additive als auch subtraktive Fertigungstechnologien verwendet werden. Somit wird es möglich sein, große Mengen vollanatomischer und monolithischer Restaurationen herzustellen, die entweder gerüstfrei produziert wurden oder aber als keramische Außenschale auf einem metallischen Gerüststoff indikationsbedingt aufgebracht werden. Da mittels geeigneter Fertigungstechnologien somit in kurzer Produktionszeit zukünftig große Stückzahlen geschaffen werden können, wird es erforderlich sein, die erforderliche individuelle Farbgestaltung einzelner Objekte ebenfalls in die Produktion so umzusetzen, dass es mit der Geschwindigkeit des Rapid-Prototyping-Verfahrens mithält.
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Bekanntlich benötigt Zahnersatz eine polychrome Färbung, die z. Z. in einem Farbschlüssel mit ca. 16 polychromatischen Farben definiert wird. Die erforderlichen Farbvariationen und Zuteilung auf unterschiedliche Farbschlüssel der 16 polychromatischen Farben ist jedoch im Widerspruch zur schnellen Fertigung des Rapid-Prototyping-Verfahrens.
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Desweiteren ist es bekannt, Weißlinge aus Zirkoniumdioxid vor dem Dichtsintern mit einer metalloxidhaltigen Flüssigkeit zu infiltrieren, um so eine individuelle Farbgebung zu erreichen. Ebenfalls bekannt ist es, Halbzeuge aus polychromen Gradienten bereitzustellen, um den Farbverlauf eines natürlichen Zahns nachzuahmen.
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Aus der
EP 1 153 002 A1 ist das Einfärben von Keramiken mittels ionischer oder komplexhaltiger Lösungen bekannt. Hierfür geeignete Lösungen enthalten definierte Konzentrationen mindestens eines der Salze oder Komplexe der Seltenerden-Elemente oder der Elemente der Nebengruppen.
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In der
WO 2014/206 439 A1 ist ein Verfahren zum Einfärben von gebinderter und/oder entbinderter und/oder angesinterter und/oder durchgängig poröser Keramik beschrieben, insbesondere von porösen Keramikformkörpern, die insbesondere in der Dentaltechnik Anwendung finden. Der farbgebende Auftrag erfolgt mit einem auftragungs- und/oder stiftartigen Werkzeug, das Verbundmaterial, insbesondere Malstiftverbundmaterial, versetzt mit farbgebenden Komponenten und/oder brandfesten Pigmenten und/oder Oxyden und/oder färbenden und fluoreszierenden Metalloxyden und/oder organischen oder anorganischen Salzen, aufweist.
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Aus der
DE 20 2011 109 956 U1 ist eine Dentalkeramik bekannt, insbesondere Gerüstkeramik oder Vollkeramik mit einer Einfärbung, die auf ein poröses oder saugfähiges Dentalkeramikobjekt aufgebracht ist und ein metallhaltiges Färbemittel umfasst, wobei das Dentalkeramikobjekt entbindert und/oder vorgesintert ist, wobei das Färbemittel als Gel auf das Dentalkeramikobjekt aufgebracht ist.
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Zusammenfassend ist bisher in der Dentaltechnik eine monochrome oder polychrome Farbgebung dadurch möglich, dass eine Infiltration einer Farbe mittels einer Flüssigkeit von außen erfolgt oder aber ein komplettes Tauchen des zu färbenden Objektes durchgeführt wird. Eine weitere Variante wäre das Bemalen der Außenfläche typischerweise von Hand.
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Aufgrund der fortschreitenden Rapid-Prototyping-Verfahren wird zukünftig die optische Anpassung mittels anderer Farbgebungssysteme gefordert werden, um mit einer kleinen Auswahl an Grundmaterialien bzw. Farben farbsicher und individuell angepassten Zahnersatz bei gleichzeitig hohem Produktionsdurchsatz zu erreichen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optischen Anpassung einer wenigstens in Teilbereichen anatomisch geformten keramischen Außenschale zu schaffen, das oben genannte Probleme überwindet und u.a. eine einfache optische Individualisierung ermöglichen kann.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Anpassung einer keramischen Außenschale angegeben, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:
- - Fertigen der keramischen Außenschale aus einer saugfähigen und ungebrannten Verblendkeramik in einer wenigstens in Teilbereichen anatomischen Form,
- - Bereitstellen einer von der Außenschale wenigstens teilweise aufsaugbaren Zwischenschicht,
- - Aufbringen der Außenschale auf einen Träger, so dass zwischen einer Innenfläche der Außenschale und einer Außenfläche des Trägers ein Spalt entsteht,
- - Auffüllen des Spalts zwischen Außenschale und Träger mittels der Zwischenschicht, und
- - Durchführen mindestens eines Temperaturschritts, um die Außenschale und den Träger zu verbinden, wobei während des Temperaturschritts die Zwischenschicht die Außenschale wenigstens teilweise infiltriert und die Außenschale über die Zwischenschicht einen Haftverbund mit dem Träger eingeht.
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Erfindungsgemäß wird durch das Einbringen einer Zwischenschicht ein schnelles und folglich wirtschaftliches System geschaffen, das bei einer geringen Auswahl an Grundfarben alle polychromatischen Farben und individuelle Farbvariationen darstellen kann. Dazu wird die keramische Außenschale typischerweise mit nur einer einzigen oder auch mit zwei Grundfarben, die beispielsweise einen hellen oder dunklen Grundton darstellen können, in einem nachfolgenden Produktionsschritt optisch auf alle benötigten Ausprägungen individuell angepasst werden kann. Dies erfolgt durch die nachträgliche Farbinfiltration der noch nicht dicht-gesinterten keramischen Außenschale mittels der Zwischenschicht. Die Änderung der optischen Eigenschaften der Restauration wird hierbei durch diese Zwischenschicht erzielt, die teilweise von der Innenfläche der Außenschale in diese diffundiert und folglich eine Teilinfiltration schafft. Die Außenschale wird auf einen Träger gesteckt, der in Form eines feuerfesten Stumpfes oder als Metall-/Keramik-Gerüst bereitgestellt wird. Durch das Auffüllen des Spalts mit der Zwischenschicht werden die optischen Eigenschaften der außen liegenden keramischen Außenschale verändert. Hierbei kann es sich sowohl um eine Farbveränderung als auch generell um die Änderung der optischen Eigenschaften, wie z. B. Änderungen in der Lichtbrechung oder Lichtstreuung sowie Reflektion handeln.
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Die Zwischenschicht kann dabei als Flüssigkeit, Suspension, Schlicker, Sol oder Gel bereitgestellt werden. Bevorzugt ist es, die Zwischenschicht als Keramik-Sol bereitzustellen, so dass diese sowohl zum Auffüllen des Spalts zwischen der Außenschale und Träger verwendet werden kann als auch eine dauerhafte Verbindung zwischen Außenschale und Träger nach den Temperaturschritten der dann dicht-gesinterten Außenschale schafft.
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In wiederum anderen Ausführungsformen kann es möglich sein, die die optischen Eigenschaften verändernde Zwischenschicht lediglich auf die Außenschale oder den Träger aufzubringen, wobei das Auffüllen des Spalts mit einer bezüglich der optischen Eigenschaften neutralen weiteren Schicht erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, die Farbentstehung ausgehend von den inneren Zahnsubstanzen hin zu den helleren, transparenten Außenbereichen im Zahnschmelz anzupassen. Je nach Zusammensetzung und Vorgabe einer Granulation kann neben einer Veränderung der Farbwirkung auch eine Änderung der optischen Eigenschaften bezüglich Transparenz, Fluoreszenz oder Opazität bewirkt werden. Die Zwischenschicht kann als Keramik-Sol bereitgestellt sein, das beispielsweise aus einer aufgemahlenen Fritte hergestellt wurde.
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Hierbei ist es insbesondere auch möglich, dass die Zwischenschicht einen Farbverlauf aufweist, der beispielsweise durch Auftragen von Zwischenschichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften in mehreren Teilbereichen erzielt werden kann, wobei typischerweise ein Applikator oder dergleichen verwendet werden kann.
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In wiederum anderen Ausführungsformen kann es möglich sein, die optischen Eigenschaften durch eine gezielte Variation der Breite des Spalts für die Zwischenschicht zu erreichen.
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Außerdem kann neben einer Variation der optischen Eigenschaften zusätzlich oder alternativ auch eine mechanische Anpassung der Außenschicht durch die Zwischenschicht erreicht werden.
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Die Außenschale selbst kann in der eigentlichen Rapid-Prototyping-Produktion bereits eine polychrome, horizontale Farbgebung aufweisen, die durch Bilden planparalleler Schichten entstanden ist. Somit lässt sich ausgehend von dieser Außenschale durch Hinzufügen der Zwischenschicht eine optische und farbliche Veränderung erreichen, wobei das Befestigen der Außenschale auf dem Träger oder dem Gerüst vorzugsweise mit dieser Zwischenschicht erfolgt.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1A eine Schnittansicht durch eine zahntechnische Restauration zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 1B eine Schnittansicht durch eine weitere zahntechnische Restauration zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 1C eine Schnittansicht durch eine weitere zahntechnische Restauration zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine weitere Schnittansicht durch die zahntechnische Restauration nach 1A zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 3 eine Schnittansicht durch eine zahntechnische Restauration gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1A ist in Schnittdarstellungen einzelne Bestandteile zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dazu wird eine Außenschale AS bereitgestellt, die beispielsweise in einem additiven Verfahren als poröse oder teil-poröse Verblendkeramik auf Basis einer Silikat- oder Glaskeramik bzw. einer Mischform daraus, die auch mit Oxidanteilen versetzt sein kann, hergestellt wurde. Die Außenschale AS kann als Grünkeramik oder als Weißkeramik mit offenen Poren bereitgestellt werden, wobei erfindungsgemäß hier eine nicht dichtgesinterte Keramik vorliegt.
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Auf die Außenschale AS oder den Träger TR wird eine Zwischenschicht ZS aufgebracht, die beispielsweise als Keramik-Sol bereitgestellt wird, wobei dem Keramik-Sol noch weitere Komponenten beigemischt wurden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Wichtig ist hier, dass das Material der Zwischenschicht ZS plastisch anpassbar oder fließfähig ist, um Zwischenräume auffüllen zu können.
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Des Weiteren kann die Außenschale AS teilweise oder vollständig für die Zusammensetzung der Zwischenschicht ZS saugfähig sein, so dass ein Teil des Materials der Zwischenschicht ZS in die Außenschale AS eindringt.
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Die Beimischungen in der Zwischenschicht ZS werden so gewählt, dass eine gewünschte optische Anpassung der Außenschale AS erreicht werden kann. Nachdem beispielsweise die Innenfläche IF der Außenschale AS mit der Zwischenschicht ZS versehen wurde, wird die Außenschale AS auf einen Träger TR geführt. Dabei kommt die Zwischenschicht ZS bei einem Verschieben entlang einer in 1A mittels einem Pfeil dargestellten Verschieberichtung VR auf einer Außenfläche AF des Trägers TR zu liegen. Alternativ kann auch die Außenfläche AF des Trägers TR mit der Zwischenschicht ZS versehen werden. Ebenso ist es denkbar, den Bereich zwischen Außenschale AS und Träger TR nach dem Verschieben entlang der Verschieberichtung VR mit der Zwischenschicht ZS aufzufüllen. Kombinationen aus diesen Vorgehensweisen sind selbstverständlich nicht ausgeschlossen.
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Bei dem Träger TR kann es sich beispielsweise um einen feuerfesten Stumpf, ein Metall-Gerüst, ein Keramik-Gerüst oder ein Metall-/Keramik-Gerüst handeln. Der Träger TR kann dabei als temporäres Formteil als ein feuerfester Stumpf vorliegen. In wiederum anderen Ausführungen ist die Verwendung des Trägers oder als ein Gerüst aus Metall oder Keramik vorteilhaft. Der feuerfeste Stumpf kann nach dem Brennvorgang entfernt werden, so dass ist sich hierbei um einen temporären Träger TR handelt. Das Gerüst bildet als Träger TR einen Bestandteil einer zahntechnischen Restauration.
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Die Außenschale AS kann dabei als Verblendschale ausgeführt werden, wie dies in 1B gezeigt ist.
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Desweiteren ist es aber auch möglich, die Außenschale AS als Krone oder Brücke auszuführen, wie dies beispielhaft für eine Krone in 1C gezeigt ist.
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Nach Zusammenfügen von Außenschale AS und Träger TR erhält man schematisch einen Aufbau wie er in 2 gezeigt ist. Der Bereich zwischen der Außenfläche AF des Trägers TR und der Innenfläche IF der Außenschale AS wurde ohne aufgebrachte Zwischenschicht ZS ein Spalt SP vorliegen. Der Spalt SP ist jedoch im Bespiel gemäß 2 durch die Zwischenschicht ZS vollständig geschlossen.
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Die flüssigen Bestandteile der Zwischenschicht ZS teilinfiltrieren nun die Außenschale AS von der Innenfläche IF her, so dass sich ein Diffusionsbereich DB ausbildet, der eine optische Anpassung der Außenschale AS bewirkt. In anderen Ausführungsformen ist es ebenso möglich, dass eine Teilinfiltration des Trägers TR stattfindet.
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In einem nachfolgenden Temperaturschritt werden die Außenschale AS und der Träger TR zusammengefügt, so dass nach Dichtsintern der keramischen Außenschale AS die zahntechnische Restauration fertiggestellt ist. Die Zwischenschicht ZS dient dabei sowohl zur optischen Anpassung als auch zur Befestigung von der Außenschale AS auf den Träger TR.
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Neben der gezeigten Verwendung der Zwischenschicht ZS sowohl zur Anpassung als auch zur Befestigung kann es in anderen Ausführungsformen möglich sein, mehrere auch unterschiedliche Schichten zu verwenden und diese sowohl individuell auf der Innenfläche IF der Außenschale AS als auch auf der Außenfläche AF des Trägers TR entsprechend auszuwählen.
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Um die Außenschale AS optisch anzupassen, kann der Zwischenschicht entsprechende Zusatzstoffe beigesetzt werden, wobei zusätzlich oder alternativ auch über die Granularität der auf gemahlenen Keramik eine optische Anpassung erzielt werden kann. Dabei kann neben der eigentlichen Farbanpassung auch eine Anpassung bezüglich anderer optischer Eigenschaften, wie z. B. Transparenz, Opazität oder Fluoreszenz erfolgen. Geeignete Stoffe könnten kristallartige Substanzen, wie z. B. Leuzit oder auch Glimmer, Spinelle oder Aluminiumoxide und Zirkondioxide bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Außenschale AS optisch angepasst werden, indem der die Zwischenschicht ZS definierende Spalt SP mit unterschiedlichen Spaltbreiten ausgestaltet wird. Dies ist in 2 beispielhaft mit einer ersten Spaltbreite SB1 und einer zweiten Spaltbreite SB2 dargestellt, die aufgrund der unterschiedlichen Breiten eine andere optische Wirkung bezüglich der Außenschale AS aufweisen, so dass dadurch beispielsweise ein Farbverlauf oder eine lokale Farbkorrektur gebildet werden kann.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Außenschale AS über die Zwischenschicht ZS im Spalt SP alternativ oder zusätzlich auch mechanisch angepasst werden. Demnach werden Toleranzen in der Fertigung ausgeglichen, so dass die Außenschale zuverlässig auf dem Träger TR zu liegen kommt.
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In einem Rapid-Prototyping-Verfahren wurde daher die Außenschale AS typischerweise monochrom oder aber in zwei Grundfarben als helle oder dunkle Grundform bereitgestellt werden, wobei zur farblichen Anpassung bzw. Änderung anderer optischen Eigenschaften nun eine geeignete Zwischenschicht ausgewählt wird, die in den Spalt SP zwischen Träger TR und Außenschale AS gebracht wird. Die Farbwirkung der Restauration wird somit durch die Zwischenschicht ZS erzielt die von der Innenfläche IF der Außenschale AS in diese diffundiert und damit teil-infiltriert.
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In anderen Ausführungsformen kann die Außenschale AS auch mit planparallel geschichteten Farbverläufen hergestellt werden, die beispielsweise durch einen schichtartigen Aufbau erreicht werden können, wie die in 3 gezeigt ist. Man erkennt, dass die Außenschale AS aus einer Vielzahl von Schichten SC hergestellt wurde, die als horizontale Farbgebung im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt wurden. Beispielhaft sind hier vier unterschiedliche Schichten SC1, SC2, SC3 und SC4 dargestellt.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellte Außenschalen AS bezüglich ihrer optischen Eigenschaften individuell anzupassen, ohne dabei auf eine Vielzahl unterschiedlich gefärbter Außenschalen zurückgreifen zu müssen.
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In anderen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, mehrere Zwischenschichten ZS mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften, beispielsweise mittels eines Applikators an die Innenfläche IF der Außenschale AS anzubringen, so dass nach dem Zusammenfügen mit dem Träger TR ein Farbverlauf bezüglich der optischen Eigenschaften der Außenschale AS entsteht. Zwar wird durch das Zusammenfügen von Außenschale AS und Träger TR eine gewisse Durchmischung der in unterschiedlichen Bereichen aufgebrachten verschiedenartigen Zwischenschichten erfolgen, ein Übergang beispielsweise von Hell nach Dunkel kann dadurch jedoch erhalten bleiben.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1153002 A1 [0006]
- WO 2014/206439 A1 [0007]
- DE 202011109956 U1 [0008]
