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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Drapieren flächiger Halbzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Formteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8, eine Fertigungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Das Drapieren von flächigen Halbzeugen spielt eine bedeutende Rolle bei der Herstellung von Formteilen, beispielsweis im Fahrzeugbereich.
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Aus der
DE 10 2012 003 094 A1 ist beispielsweise ein Greifer bekannt, der einen Kontaktierungsabschnitt umfasst, dessen Formsteifigkeit selektiv zwischen einem formsteifen Zustand und einem flexibel formbaren Zustand verstellbar ist und der einen Unterdruck als Greifkraft zu erzeugen vermag. Der Greifer kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt in eine Form einzudrücken oder eine Negativform der Form anzunehmen und ein biegeschlaffes Objekt anzusaugen, so dass es an der Negativform anhaftet.
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Die
DE 20 2014 103 132 U1 beschreibt ein Applikationswerkzeug, mit dem ein flexibles Werkstück aufgenommen und an einem externen Formgebungswerkzeug umgeformt werden kann.
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Aus der
DE 10 2012 018 231 A1 ist ein weiteres Umformwerkzeug bekannt, mit dem flächige Faseranordnungen zu dreidimensional geformten Faserpreforms umgeformt werden können.
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Die bekannten technischen Lösungen sind aber hinsichtlich ihrer Flexibilität beschränkt und stoßen beispielsweise bei der Verarbeitung eines Halbzeugs mit hoher Steifigkeit bei komplexen Formgebungsprozessen an ihre Grenzen. Auch ist eine Variantenfertigung nur mit hohem Aufwand möglich.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Drapieren von flächigen Halbzeugen zu schaffen, das deutlich flexibler ist, als die bekannten Lösungen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 8, 9 und 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drapieren flächiger Halbzeuge, in dem ein Greifer verwendet wird, der einen Kontaktierungsabschnitt umfasst, dessen Formsteifigkeit selektiv zwischen einem formsteifen Zustand und einem flexibel formbaren Zustand verstellbar ist und der einen Unterdruck als Greifkraft zu erzeugen vermag. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Greifer handeln, wie er aus der
DE 10 2012 003 094 A1 bekannt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer Drapierform;
- - Bereitstellen von Zuschnitten flächiger Halbzeuge, die mit Teilbereichen der Drapierform korrespondieren;
- - Ablegen der Zuschnitte auf den korrespondierenden Teilbereichen über den Greifer.
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Mit anderen Worten erfolgt hier also keine Umformung eines Halbzeugs über die Gesamtoberfläche der Drapierform, sondern eine Belegung über Teiloberflächen. Somit können auch sehr komplexe Oberflächen drapiert werden. Auf ein starkes Anpressen der Zuschnitte an die Teilbereiche kann dabei auch verzichtet werden. Beispielsweise können die Zuschnitte lediglich mit den Teilbereichen in Kontakt gebracht werden und optional lediglich in Kanten, Ecken oder Fugen angepresst werden. Die komplexen Oberflächen lassen sich somit auch besonders einfach und genau drapieren, so dass aus den Zuschnitten ein Formteil hoher Güte herstellbar ist.
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Die Zuschnitte können beispielsweise Seiten- oder Deckflächen der Drapierform darstellen und beispielsweise im Bereich von Kanten, Ecken oder Fugen Überstände aufweisen.
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Bei den flächigen Halbzeugen kann es sich beispielsweise um Halbzeuge aus Faserverbundkunststoff handeln. Vor dem Ablegen können diese auch erwärmt und beispielsweise plastifiziert werden. Nach dem Ablegen erfolgt vorzugsweise ein Konsolidieren zu einem Formteil, beispielsweise durch Abkühlen oder Aushärten, wenn beispielsweise vernetzende Kunststoffe verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt eine weitere Handhabung des fertigen Formteils mit dem Greifer, beispielsweise ein Ablegen des Formteils an einer Entnahmeposition.
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In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass Zuschnitte mit einer hohen Steifigkeit verwendet werden. Die Steifigkeit kann beispielsweise durch ein E-Modul im Bereich von 5000 N/mm2 bis 70000 N/mm2 geprägt sein. Ebenso kann die Steifigkeit durch eine geringe Größe der Zuschnitte geprägt sein, die beispielsweise im flächigen Zustand einen Bereich von 100 mm2 bis 1200 mm2 abdecken kann.
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Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren wie gesagt keine Umformung eines großflächigen Halbzeugs erfolgt, sondern Zuschnitte in Teilbereichen abgelegt werden, ist die Verarbeitung von Zuschnitten mit derart hoher Steifigkeit im Gegensatz zu großflächigen Halbzeugen mit derselben Steifigkeit überhaupt erst möglich. Die Zuschnitte mit hoher Steifigkeit müssen in dem erfindungsgemäßen Verfahren nur insoweit angepresst und verformt werden, dass sie die Teilbereiche kontaktieren.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Verfahren ein Maschinentisch, umfassend einen Portalroboter, der wiederum den Greifer umfasst, verwendet wird und dass auf dem Maschinentisch unterschiedliche Zuschnitte bereitgestellt werden, die mit unterschiedlichen Drapierformen korrespondieren und dass im Wechsel oder parallel das Ablegen der Zuschnitte auf den korrespondierenden Drapierformen über den Greifer erfolgt.
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Es können auch mehrere Greifer an einem Portalroboter vorgesehen sein. Das Verfahren ist somit sehr flexibel hinsichtlich der möglichen Variantenvielfalt und Taktzeiten, beispielsweise in einer Serienproduktion, diese können gering gehalten werden.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Maschinentisch wenigstens zwei Portalroboter umfasst und dass ein erster Portalroboter Zuschnitte für eine erste Drapierform an einer Übergabeposition auf dem Maschinentisch platziert, diese von einem zweiten Portalroboter aufgegriffen und auf der ersten Drapierform abgelegt werden und dass der erste Portalroboter während dessen Zuschnitte für eine zweite Drapierform platziert, die dann von dem zweiten Portalroboter aufgegriffen und auf der zweiten Drapierform abgelegt werden.
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Diese Form der Arbeitsteilung ermöglicht eine schnelle Herstellung unterschiedlicher Varianten von Formteilen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verkörperung der Drapierform verwendet wird und der Greifer die Zuschnitte auf der Verkörperung ablegt.
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Die Verkörperungen können beispielsweise 3D-gedruckt sein und dem herzustellenden Formteil entsprechen.
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In alternativ dazu bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verkörperung der Drapierform verwendet wird und der Greifer die Verkörperung in flexibel formbarem Zustand kontaktiert und anschließend in den formsteifen Zustand übergeht und somit ein Negativabbild der Verkörperung abformt und dass die Zuschnitte dann durch Kontaktierung der Zuschnitte mit dem Greifer auf dem Negativabbild abgelegt werden.
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Dies bietet den Vorteil, dass ein Transport der Zuschnitte zu einem Bereitstellungsort einer nicht von dem Greifer gebildeten Verkörperung der Drapierform überflüssig wird und das Ablegen der Zuschnitte auf der Verkörperung beispielsweise direkt an der Übergabeposition erfolgen kann. Auch ist ein Wechsel der Drapierform so besonders effizient möglich, da die Verkörperung der Drapierform zum Abformen mit dem Greifer nur einmal angefahren werden muss.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Maschinentisch einen formflexiblen Abschnitt umfasst, die Zuschnitte auf dem formflexiblen Abschnitt bereitgestellt werden und mit dem von dem Greifer verkörperten Negativabbild kontaktiert werden.
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Der formflexible Abschnitt kann beispielsweise ein Elastomerkissen oder auch einen von Wirkmedien, beispielsweise flüssige oder gasförmige Wirkmedien, gespeisten Bereich umfassen. Dadurch wird das Ablegen der Zuschnitte auf dem Greifer, der selbst das Negativabbild der Verkörperung der Drapierform bildet, wesentlich erleichtert. Der formflexible Abschnitt kann auch segmentiert sein, um das Ablegen unterschiedlicher Zuschnitte zu erleichtern. Der Greifer kann zu diesem Zweck auf schwenkbar sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Formteil, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung, ausgebildet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
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Die in Bezug auf das Verfahren der Erfindung offenbarte technische Lehre ist somit auf die Fertigungseinrichtung der Erfindung übertragbar, sowie umgekehrt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Formteil gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
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Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Verfahren, in dem Formteile herstellbar sind. Es ist vorgesehen, dass Zuschnitte von flächigen Halbzeugen auf Teilbereiche einer Verkörperung des Formteils abgelegt werden.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung in einer Ausführungsform;
- 2 Zuschnitte von Halbzeugen, wie sie in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können;
- 3 ein von einem Greifer gebildetes Negativabbild einer Drapierform in Bezug auf unterschiedliche Varianten von Drapierformen; und
- 4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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1 zeigt exemplarisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung 10.
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Die Fertigungseinrichtung 10 umfasst einen Maschinentisch 12 mit zwei Portalrobotern 14, 16. Die Portalroboter 14, 16 sind in Längsrichtung L, Querrichtung Q des Maschinentischs 12 sowie in Vertikalrichtung V zum Maschinentisch 12 verfahrbar.
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Konstruktiv sind die Portalroboter 14, 16 identisch ausgebildet, so dass das Weitere zur Vereinfachung exemplarisch an einem zweiten Portalroboter 16 beschrieben wird.
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Der zweite Portalroboter 16 ist mit einem Greifer 18 ausgestattet. Der Greifer 18 umfasst einen Kontaktierungsabschnitt 20, der als Granulatkissen ausgebildet ist. Die Formsteifigkeit des Granulatkissens ist selektiv zwischen einem formsteifen Zustand und einem flexibel formbaren Zustand nach dem Stand der Technik verstellbar. Über das Granulatkissen ist ebenso nach dem Stand der Technik ein Unterdruck als Greifkraft erzeugbar.
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Im Bereich eines ersten Portalroboters 14 werden Zuschnitte 22, 24 auf dem Maschinentisch 12 bereitgestellt. Bei den Zuschnitten 22, 24 handelt es sich um zugeschnittene flächige Halbzeuge aus faserverstärktem Kunststoff hoher Steifigkeit.
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Im Bereich des zweiten Portalroboters 16 werden Verkörperungen 26, 28 von Drapierformen 30, 32 auf dem Maschinentisch 12 bereitgestellt.
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Die Zuschnitte 22 korrespondieren mit einer ersten Drapierform 30 und die Zuschnitte 24 korrespondieren mit einer zweiten Drapierform 32, genauer gesagt jeweils mit Teilbereichen 34 der Drapierformen 30, 32 (dazu Näheres in 2).
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In dem Verfahren erfolgt dann ein Ablegen der Zuschnitte 22 auf den korrespondierenden Teilbereichen 34 der ersten Drapierform 30. Die Zuschnitte 24 werden auf den korrespondierenden Teilbereichen 34 der zweiten Drapierform 32 abgelegt. Das Ablegen erfolgt unter Verwendung des Greifers 18 des zweiten Portalroboters 16.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist dieser Vorgang näher beschrieben, exemplarisch anhand der zweiten Drapierform 32 und der korrespondierenden Zuschnitte 24. Die zweite Drapierform 32 umfasst rein exemplarisch eine Seitenfläche 36, eine Deckfläche 38 und eine Nut 40 in der Deckfläche 38, die Teilbereiche 34 der zweiten Drapierform 32 bilden.
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Die Zuschnitte 24 umfassen mit den Teilbereichen 34 korrespondierende Zuschnitte. So korrespondiert der Zuschnitt 36` mit der Seitenfläche 36 und der Zuschnitt 38` mit Bereich 40` korrespondiert mit der Deckfläche 38 und der Nut 40. Exemplarisch ist am Zuschnitt 36" gezeigt, dass die Zuschnitte 24 auch unterteilt sein können. Der Zuschnitt 36" korrespondiert ebenfalls mit der Seitenfläche 36.
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Wie im linken Teil der 2 gezeigt, werden die Zuschnitte 24 auf den korrespondierenden Teilbereichen 34 der zweiten Drapierform 32 abgelegt. Vorzugsweise weisen die Zuschnitte 24 Überstände 42 auf, insbesondere im Bereich von Ecken 44 und dergleichen.
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Wieder unter Bezugnahme auf 1, wird nun der Gesamtablauf des Verfahrens in dieser Ausführungsform beschrieben.
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So platziert der erster Portalroboter 14 Zuschnitte 22 für die erste Drapierform 30 an einer Übergabeposition 46 auf dem Maschinentisch 12. Dort werden die Zuschnitte 22 sukzessive von dem zweiten Portalroboter 16 aufgegriffen und auf der ersten Drapierform 30 abgelegt. Während dessen platziert der erste Portalroboter 14 bereits Zuschnitte 24 für die zweite Drapierform 32 an einer Übergabeposition 46'.
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Nachdem an der ersten Drapierform 30 alle Zuschnitte 22 abgelegt sind und zu einem Formteil 48 konsolidiert sind, wird das Formteil 48 durch den zweiten Portalroboter 16 an einer Entnahmeposition 50 platziert, was durch den gestrichelt dargestellten Portalroboter angedeutet ist.
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Danach kann der zweite Portalroboter 16 die Zuschnitte 24 an der Übergabeposition 46` aufgreifen und auf der zweiten Drapierform 32 ablegen. Auf diese Weise können im Wechsel oder, wenn der zweite Portalroboter 16 beispielsweise mehrere Greifer 18 umfasst auch parallel, Zuschnitte 22, 24 auf den jeweils korrespondierenden Drapierformen 30, 32 über den Greifer 18 abgelegt werden.
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Im rechten Teil der 1 ist schematisch eine alternative Ausführungsform des Verfahrens gezeigt.
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Hierbei ist vorgesehen, dass ebenfalls eine Verkörperung 52 einer Drapierform 54 verwendet wird, was zunächst anhand von 3 (linker Teil) beschrieben wird.
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Der Greifer 18 kontaktiert die Verkörperung 52 mit seinem Kontaktierungsabschnitt 20, wobei dieser sich in einem flexibel formbaren Zustand befindet. Ist die Kontaktierung erfolgt, geht der Kontaktierungsabschnitt 20 in einen formsteifen Zustand über. Somit entsteht ein Negativabbild 56 der Verkörperung 52 in dem Kontaktierungsabschnitt 20.
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Im rechten Teil der 2 ist gezeigt, dass dies einfach auch mit einer Verkörperung 58 einer anderen Drapierform 60 erfolgen kann, wobei derselbe Greifer 18 verwendbar ist.
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Die weitere Erläuterung erfolgt anhand von 1. Dort ist im rechten Teil in einer Schnittansicht schematisch gezeigt, dass der Greifer 18 mit dem abgeformten Negativabbild 56 im Kontaktierungsabschnitt 20 einen Zuschnitt 24 kontaktiert und so den Zuschnitt 24 auf der Negativform 56 ablegt.
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Um den Vorgang zu erleichtern umfasst der Maschinentisch 12 in dieser Variante einen formflexiblen Abschnitt 62. Der Zuschnitt 24 ist, wie in der der Schnittansicht zugrundeliegenden Abbildung gezeigt, auf dem formflexiblen Abschnitt 62 bereitgestellt. Auf diese Weise können nacheinander die Zuschnitte 24 auf dem formflexiblen Abschnitt 62 bereitgestellt werden und auf der Negativform 56 abgelegt werden. Auch kann der formflexible Abschnitt 62 segmentiert sein, so dass mehrere Zuschnitte 24 gleichzeitig auf Segmenten bereitgestellt werden können.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 64, vorliegend ein Kraftfahrzeug 66. Das Kraftfahrzeug 66 umfasst eines oder mehrere Formteile 48, hergestellt in dem zuvor beschriebenen Verfahren. Dabei kann es sich exemplarisch im ein Interieurteil 68 handeln.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fertigungsvorrichtung
- 12
- Maschinentisch
- 14
- erster Portalroboter
- 16
- zweiter Portalroboter
- 18
- Greifer
- 20
- Kontaktierungsabschnitt
- 22
- Zuschnitt
- 24
- Zuschnitt
- 26
- Verkörperung
- 28
- Verkörperung
- 30
- Drapierform
- 32
- Drapierform
- 34
- Teilbereichen
- 36
- Seitenfläche
- 36`
- Zuschnitt
- 36"
- Zuschnitt
- 38
- Deckfläche
- 38`
- Zuschnitt
- 40
- Nut
- 40`
- Bereich
- 42
- Überstand
- 44
- Ecke
- 46
- Übergabeposition
- 46`
- Übergabeposition
- 48
- Formteil
- 50
- Entnahmeposition
- 52
- Verkörperung
- 54
- Drapierform
- 56
- Negativabbild
- 58
- Verkörperung
- 60
- Drapierform
- 62
- formflexibler Abschnitt
- 64
- Fahrzeug
- 66
- Kraftfahrzeug
- 68
- Interieurteil
- L
- Längsrichtung
- Q
- Querrichtung
- V
- Vertikalrichtung
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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 102012003094 A1 [0003, 0009]
- DE 202014103132 U1 [0004]
- DE 102012018231 A1 [0005]
