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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelleneinheit zur Abstrahlung eines Lichtes und mit einer derselben zugeordneten Optikeinheit enthaltend eine der Lichtquelleneinheit zugewandte Eintrittsfläche und eine der Lichtquelleneinheit abgewandten Austrittsfläche, wobei der Austrittsfläche eine Mikrostruktur aufweist zur Veränderung einer durch die Optikeinheit projizierten Lichtverteilung.
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Aus der
DE 10 2010 051 597 B4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelleneinheit und einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt. Die Optikeinheit umfasst eine Linse, die auf einer Eintrittsfläche mit einer Mikrostruktur versehen ist, damit eine Farbkorrektur vorgenommen werden kann.
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Aus der
DE 10 2015 122 670 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelleneinheit und einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt. Die Optikeinheit weist eine Linse auf, die auf einer Eintrittsfläche eine Mikrostruktur aufweist, damit eine Hell-/Dunkelgrenze der Lichtverteilung aufgeweicht werden kann. Die Mikrostruktur kann auf einem gesonderten Bauträger angeordnet sein, der flächig an einer Eintrittsfläche der Linse anliegt.
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Aus der
EP 3 499 114 B1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelleneinheit und einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt. Die Optikeinheit umfasst einen Optikkörper, der an einer Austrittsfläche eine Mikrostruktur aufweist zur Veränderung der durch die Optikeinheit projizierten Lichtverteilung. Die Mikrostruktur soll die Lichtabstrahlung homogenisieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass bei Einsatz von Mikrostrukturen in einer Optikeinheit der Beleuchtungsvorrichtung auf einfache Weise die Variabilität hinsichtlich der Bereitstellung von Parametern der Lichtverteilung verbessert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit eine Linsenanordnung und eine in Hauptabstrahlrichtung derselben vorgelagertes Vorsatzoptikelement umfasst, wobei eine Austrittsfläche des Vorsatzoptikelementes die Mikrostruktur aufweist.
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Nach der Erfindung ist eine Mikrostruktur in einem Vorsatzoptikelement integriert angeordnet, das ein anderes Bauelement darstellt als eine hinter dem Vorsatzoptikelement angeordnete Linsenanordnung, mittels derer das von der Lichtquelleneinheit abgestrahlte Licht projiziert wird zu einer vorgegebenen Lichtverteilung. Das Vorsatzoptikelement mit der Mikrostruktur kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn beispielswiese Inhomogenitäten der durch die Linsenanordnung projizierten Lichtverteilung kaschiert werden sollen. Wird beispielsweise keine Streuwirkung gewünscht, kann auf das Vorsatzoptikelement verzichtet werden. Die Herstellungskosten können verringert werden, da stets die gleiche Linsenanordnung bereitgestellt wird und in Abhängigkeit von bestimmten Anforderungen hinsichtlich der Lichtverteilung lediglich das Vorsatzoptikelement zusätzlich wahlweise mit einer entsprechenden Mikrostruktur montiert wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsvorrichtung Kompensationsmittel auf, so dass eine an einer Austrittsfläche der Linsenanordnung und/oder an einer Eintrittsfläche des Vorsatzoptikelementes erfolgte Brechung des Lichtes kompensiert wird. Wenn beispielsweise bei einer mittels des Vorsatzoptikelementes bewirkten veränderbaren Form des projizierten Lichtpixels, beispielsweise Abbildung bzw. Änderung einer quadratischen Form der Lichtquellen in eine rechteckige Form der Lichtpixel in der Lichtverteilung, der Kontrast an den Rändern der Lichtpixel infolge der erfolgten Brechung des Lichtes an der Austrittsfläche der Linsenanordnung und/oder an der Eintrittsfläche des Vorsatzoptikelementes verringert wird, ermöglicht das Kompensationsmittel eine Kompensation. Die projizierten Lichtpixel weisen somit den Sollkontrast an den Rändern auf bzw. weisen die Sollhelligkeit auf. Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung eine kostengünstige Variierung von Lichtverteilungen, wobei mittels der Linsenanordnung eine grundlegende Lichtverteilung erzeugt wird. Das Vorsatzoptikelement ermöglicht eine Anpassung oder Optimierung der durch die Linsenanordnung erzeugten Lichtverteilung, wobei das Kompensationsmittel die durch die Brechung des Lichtes erfolgten optischen Fehler ausgleicht.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sind die Kompensationsmittel derart ausgebildet, dass die durch die Mikrostruktur des Vorsatzoptikelementes gewünschte Änderung der Lichtpixel entsprechend einer Sollform und/oder einer Sollhelligkeit und/oder einem Sollkontrast bzw. Änderung der Lichtverteilung erzielt wird, als ob die Mikrostruktur in der Linsenanordnung integriert wäre und damit die infolge eines Materialunterschiedes und/oder eines Abstandes des Vorsatzoptikelementes zu der Linsenanordnung erzeugte „optischen Störung“ nicht auftreten würde.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Mikrostruktur derart ausgebildet, dass die projizierten Lichtpixel von einer Ausgangsform in eine Sollform verändert werden. Beispielsweise kann die quadratische Ausgangsform der Lichtquellen in eine rechteckige Sollform der Lichtpixel umgewandelt werden. Vorteilhaft kann hierdurch auf einfache Weise eine veränderte Zusammensetzung der Lichtverteilung bzw. ein anwenderspezifisches Lichtbild, insbesondere bei einer adaptiven Lichtverteilung, bereitgestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kompensationsmittel durch Formgebung der Eintrittsfläche des Vorsatzoptikelementes und/oder der Austrittsfläche der Linsenanordnung gebildet. Der Wölbungsgrad der Eintrittsfläche des Vorsatzoptikelementes ist vorzugsweise unterschiedlich zu dem Wölbungsgrad der Austrittsfläche der Linsenanordnung. Durch Einstellung einer definierten Wölbung des Vorsatzoptikelementes zu der Linsenanordnung kann die Sollhelligkeit und der Sollkontrast erfüllt werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kompensationsmittel durch eine Defokussiereinstellung der Lichtquelleneinheit relativ zu der Linsenanordnung gebildet sein. Hierbei wird die Lichtquelleneinheit so weit von einer Fokussierstellung, in der die Lichtquellen ausschließlich durch die Linsenanordnung scharf abgebildet werden, entfernt, dass auch unter Hinzuziehung des Vorsatzoptikelementes eine entsprechende scharfe Abbildung der Lichtquellen erfolgt (Lichtpixel weisen die Sollhelligkeit und den Sollkontrast auf). Auf einfache Weise kann somit eine Unschärfekompensation durch die Defokussierstellung erfolgen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Vorsatzoptikelement in einem Abstand zu der Linsenanordnung angeordnet. Vorteilhaft kann durch eine vorgegebene Formgebung der Eintrittsfläche des Vorsatzoptikelementes eine Unschärfekompensation erfolgen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Vorsatzoptikelement ein anderes Material auf als die Linsenanordnung bzw. ein die Austrittsfläche der Linsenanordnung aufweisendes Linsenelement. Vorteilhaft kann das Vorsatzoptikelement aus einem einfach herzustellenden transparenten Werkstoff bestehen, beispielsweise PMMA oder PC, wobei die Unschärfekompensation durch Formgebung des Vorsatzoptikelementes und/oder der durch Defokussierstellung erfolgen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Lichtquelleneinheit eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen auf, die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind. Vorteilhaft kann hierdurch eine adaptive Lichtverteilung erfolgen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Vorsatzoptikelement über Befestigungsmittel lösbar an einem Tragrahmen befestigt, der vorzugsweise auch zur Halterung der Linsenanordnung dient. Beispielsweise kann das Vorsatzoptikelement klemmend durch eine Clipsverbindung an dem Träger befestigt sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform ohne Kompensation,
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung mit einer durch Defokussierung erzeugten Kompensation und
- 3 eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung mit Kompensation durch unterschiedliche Formgebung der zueinander gekehrten Flächen des Vorsatzoptikelementes und der Linsenanordnung.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge ist vorzugsweise in einem Bugbereich eines Fahrzeugs angeordnet. Sie dient zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, beispielsweise Abblendlichtverteilung, blendfreie Fernlichtverteilung.
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Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelleneinheit 1 mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen 2 sowie eine Optikeinheit 3 enthaltend eine Linsenanordnung 4, mittels derer das von der Lichtquelleneinheit 1 abgestrahlte Licht 5 zu der vorgegebenen Lichtverteilung L abgebildet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lichtverteilung L als eine Abblendlichtverteilung ausgebildet. Die Linsenanordnung 4 kann eine Mehrzahl von Linsenelementen umfassen, die in einer Hauptabstrahlrichtung H hintereinander angeordnet sind. Alternativ kann die Linsenanordnung 4 lediglich ein einziges Linsenelement 4' aufweisen, wovon in den vorliegenden Ausführungsbeispielen ausgegangen wird.
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Die Linsenanordnung 4 ist an einem nicht dargestellten Träger, vorzugsweise einem rahmenförmigen Träger, befestigt. Der Träger ist an einem nicht dargestellten Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung befestigt.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 ist in Hauptabstrahlrichtung H vor der Linsenanordnung 4 bzw. dem Linsenelement 4' ein Vorsatzoptikelement 7 angeordnet, das Bestandteil der Optikeinheit 3 ist. Das Vorsatzoptikelement 7 weist auf einer der Linsenanordnung 4 bzw. dem Linsenelement 4' abgewandten Seite eine Mikrostruktur 9 auf. Das Vorsatzoptikelement 7 kann beispielsweise aus einem Polymethylmethacrylat-Material (PMMA) oder aus Polycarbonat-Material (PC) bestehen.
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Eine der Linsenanordnung 4 zugewandte Eintrittsfläche 10 des Vorsatzoptikelementes 7 ist eben ausgebildet. Die Mikrostruktur 9 ist auf einer der Linsenanordnung 4 abgewandten Seite angeordnet und bildet eine Austrittsfläche 11 des Vorsatzoptikelementes 7. Eine Wölbung der Eintrittsfläche 10 des Vorsatzoptikelementes 7 stimmt mit einer Wölbung einer Austrittsfläche 12 der Linsenanordnung 4 bzw. Linsenelementes 4' überein, so dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorsatzoptikelement 7 unmittelbar und flächig an der Linsenanordnung 4 anliegt. Die Eintrittsfläche 10 des Vorsatzoptikelementes 7 liegt flächig an der Austrittsfläche 12 der Linsenanordnung 4 an. Da die Linsenanordnung 4 bzw. das Linsenelement 4' aus einem anderem Material besteht als das Vorsatzoptikelement 7, erfolgt an der Grenzfläche zwischen der Linsenanordnung 4 und dem Vorsatzoptikelement 7 eine Brechung, die zu einer Aufweichung der als Lichtpixel 13 in der Lichtverteilung L abgebildeten Lichtquellen 2 führt.
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Wenn die Mikrostruktur 9 durch eine Mehrzahl von in Hochrichtung (z-Richtung), also in vertikaler Richtung, verlaufender Zylinderformelementen 14 gebildet ist, die in einer Querrichtung (y-Richtung) alternierend nach außen und nach innen gewölbt ausgebildet sind, weisen die quadratisch ausgebildeten Lichtquellen 2 als Lichtpixel 13 in Form von liegenden Rechtecken mit einer größeren Erstreckung po in Quererstreckung (y-Richtung) als eine Erstreckung pH in Hochrichtung (z-Richtung) auf.
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Da eine Brechung der Lichtstrahlen 5 an der Grenzfläche zwischen der Linsenanordnung 4 und dem Vorsatzoptikelement 7 erfolgt, sind Ränder 15 der Lichtpixel 13 aufgeweicht, d. h. sie weisen an dem Rand 15 eine im Vergleich zum Weglassen des Vorsatzoptikelementes 7 geringeren Helligkeitsgradienten auf. Dies wird in der vorliegenden Ausführungsform zur Streuung des Lichtes 5 in Querrichtung (y-Richtung) zunutze gemacht.
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Es sei angenommen, dass die in 1 dargestellte x-Richtung mit der Hauptabstrahlrichtung H der Beleuchtungsvorrichtung übereinstimmt. Die dargestellte z-Richtung verläuft in vertikaler Richtung, während die x-Richtung und die y-Richtung jeweils in horizontaler Richtung verlaufen.
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Das Vorsatzoptikelement 7 ist als ein Konkav-Konvex-Linsenelement ausgebildet.
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Das Vorsatzoptikelement 7 weist eine Dicke d im Bereich von 1,0 mm bis 10 mm, beispielsweise 2 mm, auf. Die Mikrostruktur 9 weist eine Überhöhung dM im Bereich von 1 µm bis 10 µm, beispielsweise 1 µm, auf. Die Mikrostruktur 9 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Teilung tM im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm auf. Die Teilung tM ist kleiner als ein Durchmesser der Zylinderformelemente 14 der Mikrostruktur 9, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Zylinderformelemente 14 einen einen stumpfen Winkel überstreichenden Ausschnitt eines Zylinders mit einen Umfangswinkel zwischen 90° und180° bilden. Die Zylinderformelemente 14 sind somit als Zylinderkappen ausgebildet.
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Das Vorsatzoptikelement 7 ist über nicht dargestellte Befestigungsmittel lösbar mit dem Träger 6 der Linsenanordnung 4 verbunden, vorzugsweise mittels einer Clipsverbindung.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann das Vorsatzoptikelement 7 auch in einem Abstand zu der Linsenanordnung 4 angeordnet sein. Hierdurch lässt sich der Gradientenverlauf der projizierten Lichtpixel 13, insbesondere am Rand 15 derselben, verändern.
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Die Lichtquelleneinheit 1 befindet sich in einer Fokussierstellung zu der Linsenanordnung 4, wobei die Lichtquelleneinheit 1 in einem Abstand a zu der Linsenanordnung 4 bzw. zu einer Eintrittsfläche 6 der Linsenanordnung 4 angeordnet ist.
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Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 unterscheidet sich die Beleuchtungsvorrichtung von der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1 dadurch, dass das Vorsatzoptikelement 7 in einem Abstand b zu der Linsenanordnung 4 angeordnet ist. Damit Lichtpixel 17 der Lichtverteilung L nicht „aufgeweicht“ ausgebildet sind mit einem unscharfen Rand 15, ist als Kompensationsmittel die Lichtquelleneinheit 1 in einer Defokussierstellung zu der Linsenanordnung 4 angeordnet, in der die Lichtquelleneinheit 1 um einen geringen Abstand aus der Fokussierstellung von der Linsenanordnung 4 weg bewegt ist, so dass sie einen Abstand a1 einnimmt, der größer als der Abstand a der Lichtquelleneinheit 2 zu der Linsenanordnung in der Fokussierstellung. In der Defokussierstellung werden somit Lichtpixel 17 mit der rechteckigen Sollform sowie einer Sollhelligkeit abgebildet, wobei darüber hinaus die Lichtpixel 17 an ihren Rändern 15 einen Sollkontrast aufweisen, der auch vorliegen würde, wenn sich die Lichtquelleneinheit 1 in der Fokussierstellung zur der Linsenanordnung 4 befinden würde und die Abbildung ausschließlich durch die Linsenanordnung 4, also unter Weglassung des Vorsatzoptikelementes 7 erfolgte.
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Allein durch die Defokussierstellung der Lichtquelleneinheit 1 können die Lichtquellen 2 relativ scharf zu den Lichtpixeln 17 abgebildet werden. Die mittels der Mikrostruktur 9 bewirkte Veränderung der quadratischen Ausgangsform der Lichtquellen 2 in die rechteckige Sollform kann mit der vorgegebenen Sollhelligkeit und dem Sollkontrast erfolgen.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 unterscheidet sich die Beleuchtungsvorrichtung zu derjenigen nach 2 dadurch, dass zum einen die Lichtquelleneinheit 1 sich in der Fokussierstellung gemäß der Ausführungsform nach 1 befindet und zum anderen ein anders geformtes Vorsatzoptikelement 7' vorgesehen ist. Das Vorsatzoptikelement 7' weist die gleiche Mikrostruktur 9 auf wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Jedoch weist das Vorsatzoptikelement 7' eine Tragschicht 8' auf, die eine andere Wölbung aufweist als die Wölbung der Austrittsfläche 12 der Linsenanordnung 4. Eine Eintrittsfläche 10' des Vorsatzoptikelementes 7' weist eine größere Wölbung auf als die Austrittsfläche 12 der Linsenanordnung 4. Durch die im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen konkavere Ausgestaltung der Eintrittsfläche 10' des Vorsatzoptikelementes 7' kann der gleiche Effekt erzielt werden wie durch die Defokussierung gemäß der Ausführungsform nach 2. Es sei angenommen, dass das Vorsatzoptikelement 7' den gleichen Abstand b zu der Linsenanordnung 4 aufweist wie das Vorsatzoptikelement 7 gemäß der Ausführungsform nach 2.
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Nach einer weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Kompensation auch durch die veränderte Formgebung des Vorsatzoptikelementes 7' und der Defokussierstellung der Lichtquelleneinheit 1 erfolgen, also eine Kompensation aus den Ausführungsbeispielen nach 2 und 3. In diesem Fall kann die Abweichung von der Fokussierstellung und/oder die veränderte Formgebung des Vorsatzoptikelementes 7' vergleichsweise kleiner ausfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelleneinheit
- 2
- Lichtquellen
- 3
- Optikeinheit
- 4,4'
- Linsenanordnung/Linsenelement
- 5
- Licht
- 6
- Eintrittsfläche
- 7,7'
- Vorsatzoptikelement
- 8,8'
- Tragschicht
- 9
- Mikrostruktur
- 10,10'
- Eintrittsfläche
- 11
- Austrittsfläche
- 12
- Austrittsfläche
- 13
- Lichtpixel
- 14
- Zylinderformelement
- 15
- Rand
- 17
- Lichtpixel
- H
- Hauptabstrahlrichtung
- L
- Lichtverteilung
- a,a1,b
- Abstand
- z
- Hochrichtung
- pQ,pH
- Erstreckung
- dT
- Dicke
- dM
- Dicke
- tM
- Teilung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010051597 B4 [0002]
- DE 102015122670 A1 [0003]
- EP 3499114 B1 [0004]
