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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Desinfektion von Luftströmungen in Filtern, insbesondere in Filtern von Atemschutzmasken für Personen, die längere Zeit arbeitsbedingt in Krankenhäusern, Pflegeeinrichtungen, im Lebensmittelbereich oder anderen Bereichen arbeiten, oder für Risikopatienten, die ständig eine Atemschutzmaske tragen müssen.
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Gerade in jüngster Zeit hat es sich gezeigt, dass aus Hygienegründen und um Ansteckungen, wie z.B. mit dem Corona-Virus, zu vermeiden, Atemschutzmasken getragen werden müssen. Für viele Personen wird das Tragen der Atemschutzmasken für längere Zeit, manchmal bis zu 8 Stunden und länger in einer Arbeitsschicht, beispielsweise im Lebensmittelverkauf, in Krankenhäusern und Pflegeheimen vorgeschrieben. Dies ist für diese Personen ebenso belastend, wie für Risikopatienten, die ständig eine Atemschutzmaske tragen müssen. Bei herkömmlichen Atemschutzmasken FFP, FFP2 usw. muss die Atemluft durch ein einfaches Gewebe, Mehrfachgewebe mit Filtereinlage oder durch einen Gewebefilter eingeatmet und wieder ausgeatmet werden. Da die ausgeatmete Atemluft feucht ist und nahezu Körpertemperatur besitzt, wird der Luftwiderstand beim Ein- und Ausatmen ständig höher. Die ausgeatmete Luft kann dabei mit allen Arten von Viren, Bakterien und Keimen behaftet sein und diese werden in der Atemschutzmaske zurückgehalten und wieder eingeatmet und finden in dem feuchtwarmen Atemschutzmaskenmaterial bzw. Filtermaterial hervorragende Bedingungen, um sich zu vermehren und auszubreiten.
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Zusammen mit den Viren, Bakterien und Keimen aus der angesaugten Außenluft kann zumindest die Belastung mit Viren, Bakterien und Keimen unter der Atemschutzmaske und im Mund und Nasenraum erheblich größer werden, was zu Entzündungen des Zahnfleisches und der Gesichtsflächen unter der Atemschutzmaske führen kann. Darüber hinaus wird die eigene Atemluft durch das feuchte Maskengewebe gebremst, der Luftwiderstand dieser Atemmasken erhöht sich und damit wird der Atemrhythmus beeinflusst. Es wird weniger tief eingeatmet, was zu einer Minderversorgung durch frische sauerstoffhaltige Außenluft führt. Probleme, wie Unwohlsein und Schwindelgefühl, sind bekannt. Das regelmäßige Wechseln der Atemschutzmasken wird ebenfalls oft vergessen und kann zu zusätzlichen Problemen führen. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Atemschutzmasken bekannt, die beispielweise bei der Feuerwehr oder im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen. So ist in der
DE10 2007 009 441 B4 eine Atemschutzmaske für Feuerwehrleute beschrieben, mit einer in den Maskenkörper integrierten Schutzscheibe und mit einem einen Sensor aufweisenden Temperaturwächter zur Erzeugung optischer Warnsignale bei Überschreitung einer bestimmten Außentemperatur. Die
DE 2011 121 347 A1 beschreibt einen elektronischen Rettungshelfer mit Sprachausgabe als Teil eines Atemluftfilters zur Unterstützung von Personen bei der selbsttätigen Rettung bei Bränden oder anderen Katastrophenfällen, indem der Benutzer mittels einer Vorrichtung zur Sprachausgabe und mittels im System gespeicherter Daten über Gefahrensituationen informiert wird. In der
DE 10 2015 003 385 B4 wird ein Gebläsefilteratemsystem beschrieben, dass mit einem Filterelement zu einer Reinigung von Umgebungsluft ausgestaltet ist und einer Gebläseeinheit zur Ansaugung der Umgebungsluft durch das Filterelement und zur Erzeugung einer Atemluftmenge an einer Auslassseite. Die
DE 20 2020 001 277 U1 beschreibt eine Atemschutzmaske, die über eine Luftansaugeinrichtung verfügt, die beim Einatmen wirksam ist, wobei die Luftansaugeinrichtung einen Raum oder Abschnitt enthält, der von der gesamten Einatemluft durchströmt und mit UV-Licht ausgestrahlt wird. In der
DE 10 2007 034 879 A1 und der
WO 2009/012742 A1 wird ein Filterelement mit einer Durchströmungszone für ein Fluid angegeben, wobei das Filterelement ein Filtermaterial aufweist, das für eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 450nm oder weniger durchlässig und/oder leitfähig ist, wobei auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Filterelementes eine Filtereinrichtung, eine Atemschutzmaske sowie ein Atemschutzset vorgeschlagen werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Desinfektion von Luftströmungen in Filtern, insbesondere in Filtern von Atemschutzmasken für Personen mittels UV-Strahlung zu schaffen, die insbesondere längere Zeit arbeitsbedingt, z.B. in Krankenhäusern, Pflegeeinrichtungen und im Lebensmittelbereich arbeiten oder für Risikopatienten, die ständig eine Atemschutzmaske tragen müssen, wobei die Einrichtung zur Desinfektion einfach aufgebaut und zu handhaben ist, den Atemrhythmus positiv beeinflusst und die elektrische Energieversorgung im mobilen Betrieb einfach realisierbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Eirichtung zur Desinfektion von Luftströmungen in Filtern von Atemschutzmasken vor, wobei ein Gehäuse des Atemschutzfilters in einer Filterinnenfläche einen umlaufend ausgebildeten Strömungskanal aufweist, der komplett mit einer UV-LED-Schicht oder mit einer Vielzahl von einzelnen UV-LEDs zur Aussendung einer UV-Desinfektionsstrahlung belegt ist, um die in der von einer Person eingeatmeten Außenluft enthaltenen Viren, Bakterien und Keime beim Durchströmen der Luftpartikel durch den Strömungskanal des Atemschutzfilters zu zerstören, wobei die Außenluft nach ihrem Eintritt durch eine im Atemschutzfilter vorgesehene Lufteinlassöffnung an der UV-LED-Schicht oder der Vielzahl einzelner UV-LEDs im Strömungskanal zur Erfassung sämtlicher Luftpartikel durch die ausgesendete UV-Desinfektionsstrahlung vorbeiführbar ist und gereinigt an einer im Atemschutzfilter vorgesehenen Luftauslassöffnung austritt und wobei an dem Gehäuse des Atemschutzfilters eine Elektronikeinheit zur Stromversorgung und Steuerung des Desinfektionsvorgangs vorgesehen ist. Dadurch, dass die Atemschutzmaske eine Einrichtung zur Desinfektion von Luftströmungen in Filtern mittels UV-Strahlung aufweist, wird die eingeatmete und auch die ausgeatmete Luft einer Person komplett desinfiziert, so dass es beim Tragen der Atemschutzmaske für einen gesunden Träger unmöglich wird, sich anzustecken und für eine infizierte Person durch die ausgeatmete Luft andere Personen anzustecken.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Strömungskanal des Atemschutzfilters derart ausgebildet ist, dass bei jedem Atemvorgang einer Person eine laminare Luftströmung und eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit entsteht, wobei der Strömungskanal von der Lufteinlassöffnung bis zur Luftauslassöffnung des Atemschutzfilters hin verjüngt ausgebildet ist und wobei der letzte durchströmte Querschnitt des Strömungskanals die gewünschte Blendenfunktion erzeugt, so dass der Ansaugwiderstand für den Benutzer der Atemschutzmaske immer entsprechend dem Ausgangswiderstand konstant bleibt und dadurch beim Einatmen und beim Ausatmen kein zusätzlicher oder unterschiedlicher Widerstand entsteht. Der Vorteil dieser Ausbildung des Strömungskanals im Atemschutzfilter besteht darin, dass der Strömungskanal für unterschiedliche Personengruppen anpassbar ist, da der Durchflussquerschnitt für die Atemluft für verschiedene Luftmengen ebenso wie die Länge des Strömungskanals z.B. für Kinder, Sportler oder Menschen mit Atembeschwerden unterschiedlich ist und dadurch angepasst werden kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Strömungskanal des Atemschutzfilters derart ausgebildet ist, dass die Luftpartikel der ein- oder ausgeatmeten Luft der Person sehr nahe an der UV-LED-Schicht oder den UV-LEDs zur Desinfektion vorbeiströmen. Der Strömungskanal des Atemschutzfilters ist dazu vorteilhaft entweder durch eine im Gehäuse angeordnete wellenförmige Ausnehmung und durch in einer Abschlusskappe angeordnete und in die wellenförmige Ausnehmung hineinragende Strömungsführungselemente ausgebildet oder der Strömungskanal des Atemschutzfilters ist durch eine im Gehäuse angeordnete wellenförmig parabolische Ausnehmung ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die im Strömungskanal des Atemschutzfilters angeordnete UV-LED-Schicht oder die einzelnen UV-LEDs mit einer Abdeck- oder Schutzschicht aus einem strahlendurchlässigen Material und einer Nano-Beschichtung zur Verhinderung einer Benetzung der UV-LED-Schicht oder der einzelnen UV-LEDs durch die feuchte Atemluft ausgebildet sind. Der Vorteil der Abdeck- oder Schutzschicht als Nanobeschichtung besteht in einer gleichmäßigen Oberflächenströmung und gleichzeitig verhindert sie, dass sich Viren, Bakterien und Keime oder Wasser auf der Oberfläche absetzen können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Elektronikeinheit zur Steuerung des Desinfektionsvorgangs formschlüssig an dem Atemschutzfilter befestigbar ist und dass über elektrische Kontakte, die im Gehäuse und in der Abschlusskappe des Atemschutzfilters angeordnet sind, die UV-LED-Schicht und die einzelnen UV-LEDs ansteuerbar vorgesehen sind. Die Elektronikeinheit weist dazu einen Energiespeicher auf, der mittels einer Heimladestation über ein in der Elektronikeinheit angeordnetes Ladeteil mittels eines induktiven Netzteils aufladbar vorgesehen ist.
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Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Elektronikeinheit der Atemschutzmaske über Blue-tooth auch mit allen signalverarbeitenden Einheiten, wie PC, Handy, Messgeräte oder Kontrolleinheiten, verbindbar ist und dass die Elektronikeinheit eine Anzeige des Endes der Desinfektionswirkung durch ein Signal, z.B. einen Signalton oder eine blinkende oder erlöschende LED, aufweist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass der Atemschutzfilter an der Atemschutzmaske formschlüssig, beispielswese mittels einer Bajonettverbindung oder dergleichen Verbindung befestigbar ist und dass die Luftauslassöffnung des Atemschutzfilters zur Aufnahme eines Schlauches mit Mundstück oder derartiger Elemente für bettlägerige Personen vorgesehen ist.
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Zusätzlich ist die Abschlusskappe des Atemschutzfilters noch individuell gestaltbar vorgesehen, beispielsweise durch den Namen des Besitzers oder durch Bilder.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Atemschutzmaske mit erfindungsgemäßem Atemschutzfilter;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Atemschutzfilters für eine Atemschutzmaske in Draufsicht im Schnitt;
- 3 den Atemschutzfilter der Atemschutzmaske in Seitenansicht im Schnitt;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Atemschutzfilters;
- 5 ein Detail eines Strömungskanals des Atemschutzfilters.
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1 zeigt eine Atemschutzmaske 1 für Personen zur Desinfektion von Luftströmungen in Filtern mit einem an einer Atemschutzmaske 1 angeordneten Atemschutzfilter 2.
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In den 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Atemschutzfilters 2 dargestellt. Der Atemschutzfilter 2 weist in einer Filterinnenfläche 3 einen umlaufend ausgebildeten Strömungskanal 7 auf, der komplett mit einer UV-LED-Schicht 4 oder mit einer ausreichenden Anzahl einzelner UV-LEDs zur Aussendung einer UV-Desinfektionsstrahlung belegt ist, die alle Viren, Bakterien und Keime beim Durchströmen der Filterinnenfläche 3 des Atemschutzfilters 2 zerstören. Dazu ist es notwendig, dass die eingeatmete Außenluft, die an einer Lufteinlassöffnung 5 eintritt, sehr nahe an einer großen, mit einer UV-LED-Schicht 4 oder einer Vielzahl von einzelnen UV-LEDs belegten Filterinnenfläche 3 des Atemschutzfilters 2 vorbeigeführt wird, damit sämtliche Luftpartikel 6 der eingeatmeten Außenluft durch die Desinfektionsstrahlung der UV-LED-Schicht 4 oder der UV-LEDs erfasst und desinfiziert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luftpartikel 6 der eingeatmeten Luft über der UV-abstrahlenden UV-LED-Schicht 4 oder den UV-LEDs und die Verweilzeit der Luftpartikel 6 im gesamten Desinfektionsbereich ist dabei maßgebend für die Desinfektion der Luftströmung im Atemschutzfilter 2. Die Filterinnenfläche 3 des Atemschutzfilters 2 ist deshalb durch ihre Geometrie für eine große und lange Desinfektionsstrecke so ausgebildet, dass bei jedem Atemvorgang durch eine Person überwiegend eine laminare Luftströmung und eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit entsteht, d.h. es sind keine Strömungskanten vorhanden und die Umlenkungen des Luftstromes ist immer kleiner als 90°. Durch eine entsprechende Auslegung des Strömungskanals 7 des Atemschutzfilters 2 werden die Luftpartikel 6 dazu gezwungen, sehr nahe an der UV-LED-Schicht 4 oder den UV-LEDs vorbeizuströmen. Das ist bei den niederenergetischen UV-LED-Schichten 4 oder UV-LEDs notwendig. Die Filterinnenfläche 3 des Atemschutzfilters 2 mit der UV-LED-Schicht 4 oder den UV-LEDs ist so dimensioniert, dass die eingeatmete Luft als auch die ausgeatmete Luft der maskentragenden Person komplett desinfiziert wird, so dass es beim Tragen der Atemschutzmaske 1 für einen gesunden Träger nahezu unmöglich wird, sich anzustecken, bzw. dass es für eine infizierte Person unmöglich ist, andere durch die ausgeatmete Luft anzustecken. Die auf der Filterinnenfläche 3 des Atemschutzfilters 2 angeordnete UV-LED-Schicht 4 oder die Vielzahl von UV-LEDs sind mit einer Abdeck- oder Schutzschicht 8 abgedeckt, die aus einem strahlendurchlässigen Material und einer Nano-Beschichtung besteht. Die Abdeck- oder Schutzschicht 8 verhindert durch ihren sogenannten „Lotus-Effekt“ die Ansammlung von Viren, Bakterien und Keimen, so dass dadurch die feuchte Atemluft ebenfalls zu keiner Benetzung der UV-LED-Schicht 4 oder der einzelnen UV-LEDs führt und somit die Desinfektionswirkung beeinflussen könnte. Der Atemschutzfilter 2 nutzt den biologischen Lotus-Effekt dazu, um die Besiedlung der UV-LED-Schicht 4 oder der einzelnen UV-LEDs durch Viren, Bakterien und Keime zu verhindern. Eine weitere positive Wirkung dieses Lotos-Effektes der Selbstreinigung ist das Verhindern von Verschmutzungen des Strömungskanals 7 des Atemschutzfilters 2, der sich dadurch verkleinern und sogar verschließen kann. Die Ursache der Selbstreinigung beim Lotus-Effekt liegt in einer hydrophoben (wasserabweisenden) Doppelstruktur der Oberfläche. Der Strömungskanal 7 im Atemschutzfilter 2 ist so ausgebildet, dass bei jedem Atemvorgang einer Person eine laminare Luftströmung und eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit entsteht, indem sich der Strömungskanal 7 vom einer Lufteinlassöffnung 5 bis zu einer Luftauslassöffnung 9 hin permanent verjüngt und der letzte durchströmte Querschnitt die gewünschte Blendenfunktion erzeugt, d.h. die Summe der durchströmten Querschnitte des Atemschutzfilter 2 ermöglicht beim Aus- und Einatmen den gleichen Luftwiderstand, da sich die Querschnitte von der Eintrittsfläche (Ansaugfläche) bis zur Austrittsfläche permanent verkleinern, die Strömungsgeschwindigkeit aber durch die Blende, d.h. durch den letzten Querschnitt vor der Austrittsöffnung bestimmt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der Ansaugwiderstand für den Benutzer der Atemschutzmaske 1 immer gleich bleibt und ebenfalls gleich dem Ausgangswiderstand ist, also beim Einatmen und beim Ausatmen kein zusätzlicher oder unterschiedlicher Widerstand entsteht. Der Strömungskanal 7 wird durch eine im Gehäuse 10 des Atemschutzfilters 2 vorgesehene wellenförmige Ausnehmungen 11 und eine Abschlusskappe 12 mit Strömungsführungselementen 13, die in die wellenförmige Ausnehmung 11 hineinragen, gebildet. Der Durchflussquerschnitt für die Atemluft einer Person ist für unterschiedliche Luftmengen anpassbar vorgesehen, sowie die Länge des Strömungskanals 7, z.B. für Kinder, Sportler oder Menschen mit Atembeschwerden. An dem Gehäuse10 des Atemschutzfilters 2 ist eine Elektronikeinheit 14 angeordnet und beispielsweise mittels Bajonettverschluss oder dergleichen Verbindungen am Atemschutzfilter 2 befestigt. Die für die Elektronikeinheit 14 benötigte elektrische Energie für die Ansteuerung der UV-LED-Schicht 4 oder der einzelnen UV-LEDs erfolgt durch einen Energiespeicher 15 (Batterie oder Accu). Über elektrische Kontakte 16, die im Gehäuse 10 und in der Abschlusskappe 12 des Atemschutzfilters 2 angeordnet sind, wird die UV-LED-Schicht 4 oder die einzelnen UV-LEDs angesteuert. Der erfindungsgemäße Atemschutzfilter 2 mit der Elektronikeinheit 14 ist durch eine Steckverbindung mit der Atemschutzmaske 1 formschlüssig verbunden. Da die UV-LED-Schicht 4 oder die einzelnen UV-LEDs sehr wenig Energie verbrauchen, ist die elektrische Energieversorgung im mobilen Betrieb dazu geeignet, bis zu 10 Stunden autark genutzt zu werden. Das Ende der Desinfektionswirkung wird, z.B. 1 Stunde vorher, durch ein Signal angezeigt. Ein eingesetzter Akku kann mittels einer Heimladestation über ein in der Elektronikeinheit 14 angeordnetes Ladeteil 17 aufgeladen werden. Die Elektronikeinheit 14 der Atemschutzmaske 1 ist auch über Bluetooth mit allen signalverarbeitenden Einheiten (PC, Handy, Messgeräte oder Kontrolleinheiten) verbindbar vorgesehen. Die Atemschutzmaske 1 kann durch Einstecken eines Schlauches in den Luftauslass 9 auch stationär betrieben werden. Das hat den Vorteil, dass bettlägerige Patienten die Atemschutzmaske 1 zeitunabhängig nutzen können. Der Deckel 12 des Atemschutzfilters 2 kann individuell gestaltet und als Funktionsanzeige (z.B. leuchtender Name des Besitzers) ohne Zusatzaufwand von innen durch die UV-LED-Schicht 4 oder die UV-LEDs beleuchtet werden.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Atemschutzfilters 2, bei welchem der Strömungskanal 7 wellenförmig in das Gehäuse 10 des Atemschutzfilters 2 eingearbeitet ist. Die Auskleidung des Strömungskanals 7 mit der UV-LED-Schicht 4 und der Abdeck- oder Schutzschicht 8 mit dem Lotos-Effekt zeigt die Detailansicht in 5.
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Durch diese Ausbildung des Strömungskanals ist für den Atemschutzfilter 2 gewährleistet, dass der Ansaugwiderstand für die benutzende Person gleichbleibt und ebenfalls der Auslasswiderstand.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern ist in der Ausgestaltung des Atemschutzfilters variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind. Zur Abschirmung von Schmutzpartikeln und Ruß kann eine zusätzliche Filterschicht z.B. Aktivkohlefilter vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Atemschutzmaske
- 2
- Atemschutzfilter
- 3
- Filterinnenfläche des Atemschutzfilters
- 4
- UV-LED-Schicht
- 5
- Lufteinlassöffnung
- 6
- Luftpartikel der Atemluft
- 7
- Strömungskanal
- 8
- Abdeck- oder Schutzschicht
- 9
- Luftauslassöffnung
- 10
- Gehäuse des Atemschutzfilters
- 11
- Ausnehmung Filterelement) im Gehäuse
- 12
- Abschlusskappe des Atemschutzfilters
- 13
- Strömungsführungselemente
- 14
- Elektronikeinheit
- 15
- Energiespeicher
- 16
- elektrische Kontakte
- 17
- Ladeteil
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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 102007009441 B4 [0003]
- DE 2011121347 A1 [0003]
- DE 102015003385 B4 [0003]
- DE 202020001277 U1 [0003]
- DE 102007034879 A1 [0003]
- WO 2009/012742 A1 [0003]
