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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Schweißspritzers auf einem Werkstück sowie ein Analysesystem zum Lokalisieren eines Schweißspritzers auf einem Werkstück und/oder zur Nacharbeit eines Werkstücks.
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Beim Schweißen von Werkstücken, insbesondere im Karosseriebau, wird neben Aluminium hauptsächlich Stahl genutzt. Gründe dafür sind die höhere Widerstandsfähigkeit, die höhere Tragfähigkeit und die geringeren Kosten. Beim Schweißen, insbesondere Widerstandspunktschweißen, können dabei abhängig von der Wahl der Schweißparameter Schweißspritzer entstehen. Trotz ständiger Überwachung und Optimierung der Schweißparameter können nach wie vor vereinzelt Schweißspritzer auftreten. Damit keine Korrosion wegen des Herausstehens der Schweißspritzer entsteht, Kabel, die verlegt werden, nicht eingeschnitten werden und sich Mitarbeiter nicht an hervorstehenden Spitzen der Schweißspritzer verletzen, werden Schweißspritzer nachgearbeitet, insbesondere abgeschliffen. Oftmals werden die Schweißspritzer manuell identifiziert und weggeschliffen. Nachteilig dabei ist, dass dabei entstehender Schleifstaub und ein Arbeitsbedarf der Nacharbeit eine hohe Anforderung an Arbeitsschutz und Arbeitsergonomie erfordern. Darüber hinaus sind die Bearbeitungsergebnisse durch den subjektiven Einfluss des Mitarbeiters nicht ohne Abweichungen reproduzierbar.
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Aus der
DE 10 2015 119 240 B3 ist ein Verfahren zum automatisierten Erkennen von Defekten in einer Werkstückoberfläche und Erzeugung eines Roboterprogramms zur Bearbeitung des Werkstücks bekannt. Das Verfahren umfasst das Lokalisieren von Defekten in einer Oberfläche eines Werkstücks sowie das Ermitteln einer dreidimensionalen Topographie der lokalisierten Defekte und das Kategorisieren von zumindest einem lokalisierten Defekt basierend auf dessen Topographie. Abhängig von der Defektkategorie des Defekts wird ein Bearbeitungsprozess ausgewählt, und gemäß dem ausgewählten Bearbeitungsprozess wird computergestützt ein Roboterprogramm zur robotergestützten Bearbeitung des Defekts erstellt.
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Aus der
DE 10 2017 208 102 A1 ist ein Verfahren zum vollautomatisierten Korrigieren von Beschichtungsfehlern einer verfestigten Beschichtung eines Substrats bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Defekt-Lokalisierungs- und/oder Klassifizierungs-Prozess und damit eine verbesserte Automatisierung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, dass bei Schweißprozessen, beispielsweise dem Punktschweißen, Daten des Schweißprozesses erfasst werden, wie beispielsweise Strom und/oder Spannung. Diese können mit Korrelation zu einem bestimmten Bauteil beziehungsweise Werkstück und den entsprechenden Koordinaten gespeichert werden. Mittels Analyse der aufgenommenen Daten kann dann eine Abweichung beispielsweise das Entstehen eines Schweißspritzers und damit der Bedarf an Nacharbeit ermittelt werden. Hierbei kann eine nachträgliche optische Prüfung, insbesondere durch Mitarbeiter, entfallen.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Lokalisieren eines Schweißspritzers auf einem Werkstück bereitgestellt. Das Verfahren kann beispielsweise durch ein Analysesystem beziehungsweise Schweißsystem mit einer Schweißvorrichtung durchgeführt werden und umfasst als Schritte ein Schweißen des Werkstücks mittels einer Schweißvorrichtung, welche Bearbeitungspositionen auf dem Werkstück automatisiert ansteuert und welche an jeweiligen Bearbeitungspositionen einen Schweißprozess gemäß vorgegebener elektrischer Schweißparameter durchführt, ein Bestimmen, ob während des Schweißprozesses eine Abweichung von den vorgegebenen elektrischen Schweißparameter festgestellt wird und falls eine Abweichung festgestellt wird, ein Ermitteln der Bearbeitungsposition an der die Abweichung des vorgegebenen elektrischen Schweißparameters festgestellt wird. Anschließend kann ein Festlegen eines Bereichs um die ermittelte Bearbeitungsposition auf dem Werkstück zur Lokalisation des Schweißspritzers durchgeführt werden.
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Mit anderen Worten kann durch eine Schweißvorrichtung zumindest ein Werkstück geschweißt werden, indem die Schweißvorrichtung automatisiert zu Bearbeitungspositionen gefahren wird und dort den Schweißprozess durchführt. Hierbei kann der Schweißprozess mittels vorgegebener elektrischer Schweißparameter durchgeführt werden. Mit dem elektrischen Schweißparameter kann eine Spannung und/oder ein Storm gemeint sein, mittels dem eine Elektrode der Schweißvorrichtung während des Schweißprozesses betrieben wird.
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Während des Schweißprozesses kann überprüft werden, ob eine Abweichung von dem vorgegebenen elektrischen Schweißparameter an der jeweiligen Bearbeitungsposition festgestellt wird. Insbesondere bei Entstehen eines Schweißspritzers kann ein Widerstandseinbruch auftreten, der als Abweichung festgestellt werden kann. Wird diese Abweichung festgestellt, kann die Bearbeitungsposition gespeichert werden, an dem diese Abweichung von dem vorgegebenen elektrischen Schweißparameter aufgetreten ist. Um diese Bearbeitungsposition kann dann ein Bereich festgelegt werden, der zur Lokalisation des Schweißspritzers dient. So kann beispielsweise aus Erfahrungswerten bekannt sein, dass bei Entstehung eines Schweißspritzers ein Bereich mit einem Radius von beispielsweise 10 cm um die Bearbeitungsposition auftritt. Der Ursprung des Schweißspritzers ist dabei bekannt, da die Koordinaten des Schweißpunktes vorliegen.
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Die Schweißvorrichtung kann vorzugsweise einen Roboter umfassen, der den Schweißprozess durchführt und der die Bearbeitungspositionen auf dem Werkstück ansteuert. Vorzugsweise kann ein jeweiliger elektrischer Schweißparameter für eine jeweilige Bearbeitungsposition für ein jeweiliges Werkstück vorgegeben sein. Der elektrische Schweißparameter kann beispielsweise aus vorangegangen Messungen mit gleichartigen Werkstücken vorbestimmt sein und die Abweichung kann ein Unterschied zu den Schweißparametern der vorangegangenen Messungen sein. Das heißt, es kann ein Sollwert, der aus mehreren Messungen vorangegangener Schweißprozesse für das Bauteil als Normalzustand ohne Schweißspritzer vorbestimmt ist, mit einem Istwert des aktuellen Schweißprozesses verglichen werden, um die Abweichung zu bestimmen. Schweißparameter können dabei einen oder mehrere explizite Werte umfassen oder auch einen Kurve über einen zeitlichen Verlauf.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine nachträgliche optische Erfassung entfallen kann und dadurch eine Taktzeit bei der Nacharbeit beispielsweise dem Schleifen optimiert werden kann. Darüber hinaus wird durch eine Automatisierung der bisher manuellen und/oder optischen Nachkontrolle und Nacharbeit das Fertigungspersonal entlastet. Des Weiteren führt eine objektive Erfassung und Nacharbeit von Abweichungen zu einer erhöhten Reproduzierbarkeit. Insgesamt kann somit ein Nacharbeitsprozess verbessert werden.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass zur Bestimmung, ob eine Abweichung festgestellt wird, als elektrischer Schweißparameter ein Stromsignal und/oder ein Spannungssignal der Schweißvorrichtung überwacht wird, wobei die Abweichung festgestellt wird, falls das Stromsignal und/oder das Spannungssignal sich um einen vorgegebenen Wert ändert. Das heißt, dass ein Stromsignal und/oder ein Spannungssignal überwacht werden kann, mittels dem die Schweißvorrichtung den Schweißprozess durchführt. Ändert sich das Stromsignal und/oder das Spannungssignal um einen vorgegebenen Wert, der beispielsweise für die Bearbeitungsposition und das Werkstück vorgegeben sein kann, kann dies als Abweichung festgestellt werden, wobei mittels der Abweichung die Entstehung eines Schweißspritzers angezeigt wird. Insbesondere kann bei der Entstehung eines Schweißspritzers ein Widerstandseinbruch der elektrischen Schweißparameter entstehen, was hierdurch gemessen werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche optische Überprüfung des Bauteils notwendig ist, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der elektrische Schweißparameter in Abhängigkeit des Werkstücks und/oder der jeweiligen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück vorgegeben wird. So kann beispielsweise für jedes Werkstück und/oder jede Bearbeitungsposition auf dem jeweiligen Werkstück ein vorgegebener elektrischer Schweißparameter, beispielsweise ein Strom und/oder eine Spannung, mit der der Schweißprozess durchgeführt werden soll, vorliegen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Unterscheidung, ob Schweißspritzer entstanden sind oder nicht, verbessert durchgeführt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Schweißspritzer in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung klassifiziert wird. Mit anderen Worten, kann eine Größe und/oder Dauer der Abweichung von dem vorgegebenen elektrischen Schweißparameter bestimmt werden, wodurch der Schweißspritzer klassifiziert werden kann. Auch ein Kurvenverlauf des Stromsignals und/oder Spannungssignals kann einen Aufschluss über die Art des Schweißspritzers liefern. So kann beispielsweise eine Größe des Schweißspritzers und/oder eine zu erwartende Entfernung des Schweißspritzers von der Bearbeitungsposition anhand der ermittelten Abweichung geschätzt beziehungsweise klassifiziert werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere eine Lokalisierung und/oder ein Grad der Nachbearbeitung verbessert abgeschätzt werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Abmessung des Bereichs um die ermittelte Bearbeitungsposition in Abhängigkeit der Klassifizierung des Schweißspritzers festgelegt wird. Das heißt, dass beispielsweise die Klassifizierung ergeben kann, dass der Schweißspritzer in einem großen Bereich um die Bearbeitungsposition aufgetreten sein kann. Anhand dieser Klassifizierung kann dann die Abmessung des Bereichs um die ermittelte Bearbeitungsposition angepasst werden. Beispielsweise kann die Abmessung vergrößert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass weniger Schweißspritzer übersehen werden, da ein größerer Bereich zur Nachbearbeitung überprüft werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der festgelegte Bereich mittels einer optischen Sensorvorrichtung überprüft wird und anhand der optischen Überprüfung die Lokalisierung des Schweißspritzers verbessert wird und/oder eine optische Klassifikation des Schweißspritzers durchgeführt wird. Mit anderen Worten kann eine optische Sensorvorrichtung bereitgestellt sein, die den zuvor festgelegten Bereich überprüft. Die optische Sensorvorrichtung kann beispielsweise eine Kamera und/oder ein Laser, insbesondere ein Lidar, sein, die/der die Oberfläche des Werkstücks im ermittelten Bereich aufnimmt. Hierdurch kann die genaue Position des Schweißspritzers bestimmt werden und/oder der Schweißspritzer kann optisch klassifiziert werden. Durch die optische Klassifikation, beispielsweise eine Größe des Schweißspritzers, kann eine Nachbearbeitungsstrategie individuell auf den Schweregrad angepasst werden.
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Besonders bevorzugt ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass für das Werkstück mit dem zumindest einen Schweißspritzer eine automatische Nachbearbeitung an dem festgelegten Bereich erfolgt. So können beispielsweise Werkstücke beziehungsweise Bauteile, an denen ein Schweißspritzer festgestellt wurde, ausgeschleust werden und zu einer Nachbearbeitungsstation, beispielsweise einer autonomen Schleifstation verfahren werden. So kann an der autonomen Schleifstation beispielsweise mittels eines Roboters eine Bearbeitungsstrategie zum Ausgleich der Fehlstelle erstellt werden. Insbesondere kann der zuvor festgestellte Bereich mit dem Schweißspritzer abgeschliffen werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass ein manuelles Nachbearbeiten entfällt und eine verbesserte Automatisierung des Prozesses erreicht werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Nachbearbeitungsparameter der Nachbearbeitung in Abhängigkeit des festgelegten Bereichs auf dem Werkstück eingestellt werden. So können als Nachbearbeitungsparameter beispielsweise Bahn- und Prozessparameter eingestellt werden, insbesondere ein Bahnverlauf, ein Anpressdruck, eine Vorschubgeschwindigkeit, ein Anstellwinkel und/oder eine Drehzahl. Vorzugsweise kann in Abhängigkeit des festgelegten Bereichs eine Erreichbarkeit berechnet werden, die zur Steuerung eins Roboters für den Nachbearbeitungsprozess genutzt werden kann.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass Nachbearbeitungsparameter in Abhängigkeit der Klassifizierung des Schweißspritzers und/oder der optischen Klassifikation des Schweißspritzers eingestellt werden. So können die oben genannten Nachbearbeitungsparameter beispielsweise anhand der Klassifizierung des Schweißspritzers, die über die ermittelte Abweichung vom elektrischen Schweißparameter und/oder von der optischen Klassifizierung durch die optische Sensorvorrichtung bestimmt wurde, angepasst werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine verbesserte Entfernung des Schweißspritzers durchgeführt werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Analysesystem beziehungsweise Schweißsystem zum Lokalisieren und/oder Nachbearbeiten eines Schweißspritzers auf einem Werkstück, insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau, wobei das Analysesystem dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen durchzuführen. Das Analysesystem kann insbesondere eine Schweißvorrichtung und/oder eine autonome Schleifstation zur Nachbearbeitung aufweisen. Besonders bevorzugt kann das Analysesystem eine Rechenvorrichtung umfassen, die Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens steuert. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Verfahren.
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Zu der Erfindung gehört auch die Rechenvorrichtung für das Analysesystem. Die Rechenvorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Analysesystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Analysesystems hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Analysesystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Analysesystems 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das Analysesystem 10 kann zumindest eine Schweißvorrichtung 12 aufweisen, wobei die Schweißvorrichtung 12 in diesem Beispiel als Schweißroboter 12 ausgebildet sein kann. Der Schweißroboter 12 kann dazu ausgebildet sein, einen Schweißprozess an einem Werkstück 14 durchzuführen, wobei in diesem Beispiel das Werkstück 14 eine Fahrzeugkarosserie 14 während eines Fertigungsprozesses eines Kraftfahrzeugs sein kann. Zur Steuerung der Schweißvorrichtung 12 kann in einer Rechenvorrichtung 16 des Analysesystems 10 ein Steuerprogramm ausgeführt werden, wobei die Rechenvorrichtung 16 beispielsweise einen Computer umfassen kann, der dazu ausgebildet ist, zumindest den Schweißroboter 12 zu steuern. Hierbei können jeweilige Bearbeitungspositionen für das Werkstück 14 vorgegeben sein, die gemäß vorgegebener elektrischer Schweißparameter geschweißt werden sollen. Beispielsweise können für ein Punktschweißen vorgegebene Ströme und Spannungen als elektrischer Schweißparameter hinterlegt sein, die für die jeweilige Bearbeitungsposition verwendet werden sollen.
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Zusätzlich dazu kann das Analysesystem 10 zur Nachbearbeitung der Fahrzeugkarosserie 14 eine Nachbearbeitungsvorrichtung 18 aufweisen, die in diesem Beispiel ein Schleifroboter 18 sein kann. Vorzugsweise kann auch der Schleifroboter 18 durch die Rechenvorrichtung 16 zum Ausbessern von Schweißdefekten, insbesondere Schweißspritzern, ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Lokalisieren und/oder Ausbessern von Schweißspritzern des Analysesystem 10 anhand der in 2 gezeigten Verfahrensschritte beschrieben, wobei die Verfahrensschritte beispielsweise von der Rechenvorrichtung 16 gesteuert werden können.
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In einem Schritt S10 kann die Schweißvorrichtung 12 an einer Bearbeitungsposition der Fahrzeugkarosserie 14 einen Schweißprozess gemäß vorgegebener elektrischer Schweißparameter durchführen. Hierbei können beispielsweise Strom und/oder Spannung vorgegeben sein, mittels der die Schweißvorrichtung 12 einen Schweißpunkt erzeugt.
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Während des Schweißprozesses kann in einem Schritt S12 bestimmt werden, ob eine Abweichung von dem vorgegebenen elektrischen Schweißparameter festgestellt wird. Hierbei kann zumindest ein Stromsignal und/oder ein Spannungssignal der Schweißvorrichtung 12 überwacht werden, wobei geprüft werden kann, ob das Stromsignal und/oder Spannungssignal sich während des Schweißprozesses um einen vorgegebenen Wert ändert. Insbesondere kann bei der Entstehung eines Schweißspritzers ein Widerstandseinbruch auftreten, der in dem jeweiligen Signal festgestellt werden kann, wobei bei einer Änderung über einer Schwelle ein Schweißspritzer angezeigt werden kann. Die Abweichung kann insbesondere abhängig von der jeweiligen Bearbeitungsposition an der Fahrzeugkarosserie 14 sein. Das heißt, dass der Wert, der die Abweichung des Strom- und/oder Spannungssignals zur Feststellung des Schweißspritzers anzeigt, je nach Bearbeitungsposition variieren kann. Wird eine solche Abweichung festgestellt, kann in diesem Schritt zusätzlich die Bearbeitungsposition gespeichert werden, an der diese Abweichung und damit der Schweißspritzer aufgetreten ist.
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Danach kann in einem Schritt S14 ein Bereich 20 um die ermittelte Bearbeitungsposition auf der Fahrzeugkarosserie 14 festgelegt werden, um den Schweißspritzer zu lokalisieren. Dieser Bereich 20 kann eine Fläche um die Bearbeitungsposition darstellen, an der der Schweißspritzer festgestellt wurde. Vorzugsweise kann anhand der zuvor ermittelten Abweichung auch eine Klassifizierung des Schweißspritzers vorgenommen werden, wobei der Bereich 20 in Abhängigkeit dieser Klassifizierung angepasst werden kann. Das heißt, eine Größe des Bereichs 20 kann in Abhängigkeit der Klassifizierung festgelegt werden. Das hat den Vorteil, dass eine Position des Schweißspritzers auf diesem Bereich 20 eingeschränkt werden kann. Die Position des Schweißpunktes und damit der Ursprung des Schweißspritzers ist dabei bekannt.
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Optional kann in einem weiteren Schritt S16 durch eine optische Sensorvorrichtung 22 der Bereich 20 aufgenommen werden, wobei hierdurch eine weitere Verbesserung der Lokalisation des Schweißspritzers und/oder eine optische Klassifikation, beispielsweise eine Größe und Ausdehnung des Schweißspritzers, durchgeführt werden kann.
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Schließlich kann in einem Schritt S18 eine automatische Nachbearbeitung durch die Nachbearbeitungsvorrichtung 18, das heißt den Schleifroboter 18, in dem festgelegten Bereich 20 durchgeführt werden. Hierbei kann insbesondere in Abhängigkeit des festgelegten Bereichs 20 und alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit der zuvor durchgeführten Klassifizierung des Schweißspritzers ein oder mehrere Nachbearbeitungsparameter des Schleifroboters 18 eingestellt werden. Insbesondere können ein Bahnverlauf, ein Anpressdruck, eine Vorschubgeschwindigkeit, eine Drehzahl und ein Anstellwinkel geändert werden. Dazu kann die Rechenvorrichtung 16 beispielsweise ein Roboterprogramm erstellen, dass aus aneinander geknüpften statisch programmierten Roboterprogrammen zusammengesetzt werden kann. Somit können dann eventuell auftretende Schweißspritzer durch den Schleifroboter 18 entfernt werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Methode zur autonomen Aktorik-Kopplung durch ein automatisiertes Erkennen von Abweichungen mittels Aufnahme und Analyse von Daten von wertschöpfenden Prozessen während der Wertschöpfung und eine bedarfsgerechte autonome Bearbeitung bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015119240 B3 [0003]
- DE 102017208102 A1 [0004]