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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, wobei der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen voneinander beabstandet sind, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine derartige Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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In der
DE 10 2016 216 802 A1 wird eine andere Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine beschrieben, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung, umfassend ein Wellgetriebe und ein Differentialgetriebe, wirkverbunden ist.
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Es ist grundsätzlich bekannt, bei derartigen Planetengetrieben für E-Achsen gestufte Umlaufräder zu verwenden, die Planetenräder mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Bei diesen Konzepten kämmen beispielsweise jeweils drei oder vier gestufte Umlaufräder mit einer Antriebssonne sowie einem gehäusefesten Hohlrad. Die gestuften Umlaufräder besitzen dabei eine im Durchmesser kleines Planetenrad mit einer kleinen Verzahnung die mit dem Hohlrad kämmt und auf einer zweiten, axial versetzten Ebene ein im Durchmesser größeres Planetenrad mit einer großen Verzahnung die mit der Antriebssonne kämmt. Die Planetenräder der gestuften Umlaufräder können beispielsweise verschweißt, verpresst und auch formschlüssige mit der Planetenwelle eines Planetenrads verbunden sein. Dies ist beispielsweise aus der
DE102016223098B4 oder
DE102011079695A1 bekannt.
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Insbesondere die in derartigen E-Achsen verbauten Planetengetriebe sind fertigungs- und montagetechnisch sehr anspruchsvoll und entsprechend kostspielig in der Herstellung und Assemblierung, so dass hier ein grundsätzlich anhaltendes Bedürfnis besteht, derartige Getriebeanordnungen bei einer hohen geforderten Betriebssicherheit fertigungstechnisch zu vereinfachen. Eine weitere Anforderung besteht darin, die Planetengetriebe besonders kompakt auszubilden, da der zur Verfügung stehende Bauraum in der Regel begrenzt ist.
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu reduzieren oder vollständig zu beseitigen und einen kostengünstig herstellbaren Planetenradträger bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein kompaktes wie auch kostengünstig herstellbares Planetengetriebe für elektrische Achsantriebsstränge bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, wobei der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen voneinander beabstandet sind, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind, wobei der Planetenradträger aus zwei im Wesentlichen gleichteiligen Blechschnitten, gebildet ist.
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Hierdurch kann ein besonders kostengünstig herstellbarer Planetenradträger bereitgestellt werden, welcher insbesondere ohne spanende Fertigungsverfahren geformt werden kann. Ein wesentlicher Aspekt der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, einen im Wesentlichen symmetrischen Blech-Planetenträger bereitzustellen, welcher durch gebogene Axialstege mit einfachen und fertigungstechnisch günstigen Schweißverbindung herstellbar ist.
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Der erfindungsgemäße Planetenträger aus Blech mit symmetrischer Form kann insbesondere als Teil einer Getriebekomponente verwendet werden, wenn beispielsweise ein einfaches und steifes Design mit einem Blechteil für beide Seiten des Planetenträgers mit symmetrischer Steifigkeit des Trägers verwendet werden soll, dass mittels fertigungstechnisch günstig ausgebildeter Schweißnähten gefügt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche eine im Wesentlichen dreiecksförmige Außenkontur aufweisen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die erste und die zweite Stirnfläche eine polygone Außenkontur aufweisen, wie beispielsweise viereckig, fünfeckig, sechseckig usw.. Besonders bevorzugt entspricht die Anzahl des Polygons der Anzahl der Planetenräder in dem Planetenradträger.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Axialstege aus einstückig mit einer Stirnfläche, ausgebildeten Laschen geformt sind, wobei jeweils zwei gegenüberliegend an den Stirnflächen, angeordnete Laschen in Umfangsrichtung aneinander anliegen.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die einstückig mit der ersten Stirnfläche ausgebildeten Laschen in radialer Richtung auf der zweiten Stirnfläche aufliegt und/oder die einstückig mit der zweiten Stirnfläche ausgebildeten Laschen in radialer Richtung auf der zweiten Stirnfläche aufliegen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die einstückig mit der ersten Stirnfläche ausgebildeten Laschen mit der zweiten Stirnfläche stoffschlüssig verbunden sind und/oder die einstückig mit der zweiten Stirnfläche ausgebildeten Laschen stoffschlüssig mit der zweiten Stirnfläche verbunden sind.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die einstückig mit der ersten Stirnfläche ausgebildeten Laschen jeweils mit einer einstückig mit der zweiten Stirnfläche ausgebildeten Lasche stoffschlüssig verbunden ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Planetenradträger Entlastungskerben zwischen den in Umfangsrichtung aneinander anliegenden Laschen aufweist und/oder abgerundeten Kanten an zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialstegen zum Ausgleich von Spannungen besitzt,
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Anzahl der an einer Stirnfläche, monolithisch ausgebildeten Axialstegen der Anzahl der in dem Planetenradträger aufgenommenen Planetenrädern entspricht.
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Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst sein durch ein Planetengetriebe, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-8.
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Die Aufgabe der Erfindung kann ferner auch gelöst sein durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe umfasst mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, wobei der Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-8 ausgebildet ist.
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Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
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Die Getriebeanordnung kann ein Planetengetriebe und/oder ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 einen Blechschnitt eines Planetenradträgers in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 zwei Blechschnitte eines Planetenradträgers in zwei verschiedenen Fertigungszuständen in jeweils perspektivischer Ansicht,
- 3 einien Planetenradträger in zwei verschiedenen perspektivischen Axialschnittansichten,
- 4 einen gefügten und verschweißten Planetenradträger in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 einen bestückten Planetenradträger in einer perspektivischen Ansicht,
- 6 ein Planetengetriebe in einem schematischen Schaltbild,
- 7 ein Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltansicht.
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Die 5 zeigt einen Planetenradträger 60 zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern 70 innerhalb eines Planetengetriebes 40, wobei die Planetenräder 70 sich innerhalb des Planetenradträgers 60 rotatorisch um ein erstes Sonnenrad 50 des Planetengetriebes 40 bewegen, so wie es auch exemplarisch in der 6 gezeigt ist.
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Der Planetenradträger 60 besitzt eine erste radial verlaufende Stirnfläche 61 und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche 61 verlaufende zweite Stirnfläche 62, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen 63 voneinander beabstandet sind. In den Stirnflächen 61,62 sind Lagerstellen 64 für die Planetenräder 70 ausgebildet.
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Wie aus einer Zusammenschau der 1-2 gut zu erkennen ist, ist der Planetenradträger 60 aus zwei im Wesentlichen gleichteiligen Blechschnitten 65,66 gebildet. Die erste Stirnfläche 61 und die zweite Stirnfläche 62 weisen eine im Wesentlichen dreiecksförmige Außenkontur auf.
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Die Axialstege 63 sind aus einstückig mit einer Stirnfläche 61,62 ausgebildeten Laschen 4 geformt, wobei jeweils zwei gegenüberliegend an den Stirnflächen 61,62 angeordnete Laschen 4 in Umfangsrichtung aneinander anliegen. Hierzu werden die Laschen 4 aus den ebenen Blechschnitten 65,66 um ca. 90° gebogen, so dass diese klauenartig aus den Stirnflüchen 61,62 herausstehen. Jeweils zwei dieser so umgeformten Blechschnitte 75,66 werden ineinandergesteckt, wie es der 2 zu entnehmen ist und welche dann den Planetenradträger 60 bilden, wie er beispielsweise in der 4 zu sehen ist.
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Die einstückig mit der ersten Stirnfläche 61 ausgebildeten Laschen 4 liegen in radialer Richtung auf der zweiten Stirnfläche 62 auf, während die einstückig mit der zweiten Stirnfläche 61 ausgebildeten Laschen 4 in radialer Richtung auf der zweiten Stirnfläche 62 aufliegen. Die einstückig mit der ersten Stirnfläche 61 ausgebildeten Laschen 4 sind mit der zweiten Stirnfläche 62 stoffschlüssig verbunden, insbesondere mittels der Schweißnaht 7. Auch die einstückig mit der zweiten Stirnfläche 61 ausgebildeten Laschen 4 sind mittels einer Schweißnaht 7 stoffschlüssig mit der zweiten Stirnfläche 62 verbunden, wodurch die beiden Stirnflächen 61,62 axial gegeneinander gesichert sind.
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Um die Stabilität auch in Umfangsrichtung zu verbessern, kann vorgesehen werden, dass die einstückig mit der ersten Stirnfläche 61 ausgebildeten Laschen 4 jeweils mit einer einstückig mit der zweiten Stirnfläche 62 ausgebildeten Lasche 4 entlang einer axial verlaufenden Schweißnaht 7 stoffschlüssig verbunden ist.
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Der Planetenradträger 60 weist Entlastungskerben 5 zwischen den in Umfangsrichtung aneinander anliegenden Laschen 4 auf und besitzt abgerundete Kanten 6 an zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialstegen 63 zum Ausgleich von Spannungen.
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Auch ist in der 5 gezeigt, dass die Anzahl der an einer Stirnfläche 61,62 monolithisch ausgebildeten Axialstegen 63 der Anzahl der in dem Planetenradträger 60 aufgenommenen Planetenrädern 70 entspricht.
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6 zeigt ein Planetengetriebe 40, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend einen Planetenradträger 60, wie er aus den 2-5 bekannt ist.
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Schließlich zeigt die 7 einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend eine elektrische Maschine 3 mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe 40 umfasst mit einem ersten Sonnenrad 50 und mehreren mit dem ersten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger 60 drehbar gelagerten Planetenrädern 70, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad 50 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 50 angeordnetes Hohlrad 80, wobei der Planetenradträger 60 ein Planetenträger 60 ist, wie er aus den 2-5 bekannt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Lasche
- 5
- Entlastungskerbe
- 6
- Kanten
- 7
- Schweißnaht
- 40
- Planetengetriebe
- 50
- Sonnenrad
- 60
- Planetenradträger
- 61
- Stirnfläche
- 62
- Stirnfläche
- 63
- Axialstegen
- 64
- Lagerstellen
- 65
- Blechschnitt
- 66
- Blechschnitt
- 70
- Planetenräder
- 80
- Hohlrad
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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 102010048837 A1 [0004]
- DE 102016216802 A1 [0005]
- DE 102016223098 B4 [0006]
- DE 102011079695 A1 [0006]
