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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfhaube oder ein Haubenmodul zum Abdecken eines Zylinderkopfes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer solchen Zylinderkopfhaube oder einem solchem Haubenmodul.
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Aus der
DE 103 34 274 B3 ist ein schallisolierendes Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Schwerschicht und einer damit verbundenen Schalldämpfungsschicht aus porösem und/oder textilem Material. Die Schwerschicht ist dabei durch Fließpressen einer im Strangablegeverfahren zugeführten, plastifizierten Kunststoffmatte als Formteil ausgebildet und nur stellenweise mit der Schalldämpfungsschicht verschweißt, die eine durch thermisches Umformen gebildete Profilstruktur aufweist. Hierdurch sollen schalldämpfende Verbundbauteile in insbesondere relativ großen Abmessungen, beispielsweise als Stirnwandverkleidungen für ein Kraftfahrzeug, vergleichsweise kostengünstig herstellbar sein.
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Aus der
DE 10 2012 005 090 B3 ist eine Vorrichtung zum Ausschäumen eines Hohlprofils mit einem Metallschaum bekannt. Um eine zielgerichtete Erwärmung eines innerhalb eines U-Profils angeordneten, aufschäumbaren Vormaterial zu ermöglichen, ohne dass durch diese Erwärmung die Eigenschaft, wie beispielsweise eine Maßhaltigkeit oder eine Festigkeit, des umgebenden Hohlprofilsmaterials negativ beeinflusst wird, erfolgt ein kontinuierliches Aufschäumen des Vormaterials durch induktive Erwärmung von innen nach außen und nicht wie herkömmlich durch eine Wärmeleitung von außen nach innen über die Wände des auszuschäumenden Hohlprofils.
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Aus der
DE 100 34 301 A1 ist ein Gehäuse für geräuscherzeugende Maschinen mit einer Metallkomponente und einer Kunststoffkomponente bekannt, wobei die Metallkomponente ein geschäumtes Leichtmetall, beispielsweise einen Aluminiumschaumkörper, aufweist und die Kunststoffkomponente eine Beschichtung der Metallkomponente bildet, sodass die Wand des Gehäuses eine Sandwichstruktur aus Leichtmetallschaum und Kunststoff darstellt. Hierdurch soll insbesondere ein Körperschall reduziert werden können.
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Um in modernen Kraftfahrzeugen einen möglichst hohen Fahrkomfort für Insassen des Kraftfahrzeugs schaffen zu können, sind mannigfaltige Maßnahmen bekannt, um beispielsweise in einem in Fahrtrichtung vor einem Fahrgastraum gelegenen Motorraum entstehende Geräusche zu absorbieren bzw. zu dämmen. Bekannt hierbei sind beispielsweise schalldämmende Matten, die an eine Unterseite bzw. Innenseite einer Motorhaube angeordnet werden und dadurch eine membranartige Wirkung der Motorhaube zumindest minimieren sollen.
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Weiter bekannt sind auch Stirnwandisolierungen, welche im Bereich eines Motorraums an einer den Motorraum von einem Fahrgastinnenraum trennenden Stirnwand angeordnet werden und eine Schallübertragung vom Motorraum über die Stirnwand in den Fahrgastinnenraum zumindest reduzieren sollen.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Schallisolierung bzw. Schalldämmung eines Motorraums ist jedoch, dass die hierfür ergriffenen Maßnahmen oftmals die Verwendung von schalldämmenden Matten mit hohem Gewicht bedeuten, wodurch das Gewicht des Kraftfahrzeugs und dadurch auch dessen Kraftstoffverbrauch erhöht werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Zylinderkopfhaube oder ein Haubenmodul der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Erhöhung eines Fahrkomforts von Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs nicht mehr einzelne Komponenten eines Motorraums, wie beispielsweise eine Motorhaube, zu dämmen und dadurch hinsichtlich einer Schallübertragung zu isolieren, sondern bereits einen Schritt vorher anzusetzen, indem eine schallemittierende Komponente, konkret eine Brennkraftmaschine, zumindest lokal an schallemittierenden Stellen gedämmt wird. Hierdurch kann bereits eine Schallabstrahlung von der Brennkraftmaschine deutlich reduziert werden, wodurch nachfolgend deutlich weniger aufwendige schalldämmende Maßnahmen im Motorraum ergriffen werden müssen. Die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube bzw. das erfindungsgemäße Haubenmodul zum Abdecken eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine weist erfindungsgemäß an zumindest einer Stelle ein schalldämmendes Verbundbauteil auf, das außen an der Zylinderkopfhaube oder dem Haubenmodul angeordnet ist. Die zumindest eine Stelle ist dabei eine vorzugsweise besonders stark schallemittierende Stelle, welche beispielsweise durch eine Berechnung oder Messung mit einem Richtmikrofon zuvor identifiziert werden kann, so dass eine lokale und bedarfsgerechte Schalldämmung der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Dabei ist selbstverständlich klar, dass die Zylinderkopfhaube oder das Haubenmodul an einer Außenseite lediglich partiell ein schalldämmendes Verbundbauteil aufweist, oder großflächig mit einem derartigen schalldämmenden bzw. schallabsorbierenden Verbundbauteil belegt ist. Da das schalldämmende Verbundbauteil in direktem Kontakt mit der Zylinderkopfhaube oder dem Haubenmodul steht, ist es selbstverständlich derart ausgebildet, dass die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen von dem schalldämmenden Verbundbauteil problemlos aufgenommen werden können. Mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube bzw. dem erfindungsgemäßen Haubenmodul ist es somit möglich, eine von der Brennkraftmaschine erzeugte Geräuschemission noch vor dem Austritt in einen Motorraum zu absorbieren, wodurch mittels der im Motorraum bereits bislang vorhandenen Schallisolierung bzw. Schalldämmung eine deutliche Reduzierung der Geräuschemissionen aus dem Motorraum erreicht werden kann. Hierdurch lässt sich ein deutlich höherer Fahrkomfort durch eine deutlich geringere Geräuschkulisse im Fahrgastinnenraum erreichen. Durch die zumindest lokale Schalldämmung der Zylinderkopfhaube bzw. des Haubenmoduls kann rein theoretisch sogar auf bislang im Motorraum angeordnete Schalldämmelemente, wie beispielsweise Matten verzichtet oder diese dünner ausgebildet werden, wodurch bei gleicher Schallkulisse im Fahrgastinnenraum ein Gewicht des Kraftfahrzeugs und damit auch ein Kraftstoffverbrauch desselben reduziert werden können.
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Zweckmäßig ist das Verbundbauteil mit der Zylinderkopfhaube oder dem Haubenmodul verschweißt, verklebt, verschraubt, verclipst, verpresst und/oder darauf aufgedampft. Besonders eine Verschraubung oder eine Verclipsung ermöglicht sowohl eine schnelle Montage als auch im Wartungsfall eine vergleichsweise einfache Demontage des schalldämmenden Verbundbauteils, wobei ein derartiges mit der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul verschraubtes bzw. verclipstes Verbundbauteil rein theoretisch sogar recycelt und beim Austausch beispielsweise der Zylinderkopfhaube an einer neuen Zylinderkopfhaube nochmals eingesetzt werden kann. Hierdurch ist eine deutlich erhöhte Nachhaltigkeit zu erreichen. Durch ein Verschweißen, Verkleben, Verpressen oder Aufdampfen kann eine unlösbare Verbindung zwischen dem schalldämmenden Verbundbauteil und der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul geschaffen werden, wobei insbesondere ein Verkleben eine großflächige Anlage des schalldämmenden Verbundbauteils an der Zylinderkopfhaube oder an dem Haubenmodul ermöglicht. Ein Verkleben kann dabei insbesondere auch durch ein selbstklebendes Verbundbauteil geschaffen werden, wobei eine Klebeschicht des selbstklebenden Verbundbauteils im Nichtgebrauchszustand beispielsweise von einer Abziehfolie bedeckt ist und erst beim Anbringen des Verbundbauteils an der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul entfernt wird.
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Zweckmäßig weist das schalldämmende Verbundbauteile eine Folie auf. Eine derartige Folie kann beispielsweise als Trägerfolie für eine weitere Schicht des schalldämmenden Verbundbauteils dienen oder auch mehrere einzelne schalldämmende Verbundbauteile aneinander fixieren, damit diese einfacher auf der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul aufbringbar sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube oder des erfindungsgemäßen Haubenmoduls weist das schalldämmende Verbundbauteil einen Schaum, insbesondere einen Keramikschaum oder einen Metallschaum auf. Derartige Schäume sind bekannt für ihre schalldämmende Wirkung, wobei sowohl ein Metallschaum als auch ein Keramikschaum die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen problemlos ertragen kann. Rein theoretisch kommen auch weitere Schäume, wie beispielsweise ein Aluminiumschaum oder Kunststoffschäume in Frage. In Frage kommen kann hierbei ein offenporiger oder geschlossenporiger Metallschaum. Es können dabei unterschiedliche Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Keramik- und Sinterschäumen ist auch möglich.
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Zweckmäßig weist das schalldämmende Verbundbauteil eine unterschiedliche Dicke auf, wobei die jeweilige Dicke anhand von vorab durchgeführten Messungen an eine Stärke einer Schallemission an der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul adaptiert ist. Hierdurch ist es möglich, stärker schallabstrahlende Bereiche mit einem dickeren schalldämmenden Verbundbauteil zu belegen, als weniger stark schallabstrahlende Bereiche. Hierdurch lässt sich eine besonders lokal bedarfsgerechte Schalldämmung der Zylinderkopfhaube und darüber auch der Brennkraftmaschine erreichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube bzw. des erfindungsgemäßen Haubenmoduls weist das schalldämmende Verbundbauteil eine Bitumenschicht auf. Eine derartige Bitumenschicht ermöglicht ebenfalls eine hohe schalldämmende Wirkung und kann beispielsweise sogar zusätzlich als Haftschicht bzw. Klebeschicht zur Verbindung des schalldämmenden Verbundbauteils an der Zylinderkopfhaube bzw. dem Haubenmodul dienen.
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Zweckmäßig ist das schalldämmende Verbundbauteil als faserverstärktes und/oder mattenverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet. Durch ein derartiges faserverstärktes bzw. mattenverstärktes Kunststoffteil lässt sich nicht nur eine Schalldämmung erreichen, sondern zugleich auch ein Aussteifen der Zylinderkopfhaube bzw. des Haubenmoduls.
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Zweckmäßig weisen die Fasern des faserverstärkten Kunststoffbauteils Kunststofffasern, Kohlefasern, Metallfasern, Glasfasern oder Aramidfasern auf. Besonders Kohle- und Aramidfasern besitzen dabei ein vergleichsweise geringes Gewicht und eine sehr hohe Festigkeit, wodurch mit marginal höherem Gewicht eine deutliche Aussteifung erreichbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann das schalldämmenden Verbundbauteil ein Gewebe aus Kunststofffäden, Kohlefäden, Metalldrähten und/oder Aramidfäden aufweisen. Hier können beispielsweise sogenannte Rowings eingesetzt werden, die anschließend in einem Kunststoffspritzgießwerkzeug mit einem entsprechenden Kunststoff, beispielsweise einem Duroplast oder einem Thermoplast, umspritzt werden. Ein derartiges schalldämmendes Verbundbauteil besitzt dabei eine vergleichsweise hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und kann dadurch neben schalldämmenden Funktionen auch aussteifende Funktionen übernehmen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube bzw. des erfindungsgemäßen Haubenmoduls ist das schalldämmende Verbundbauteil an einer Anschrauböffnung, an einer Einfüllöffnung für Öl, an einer Montageöffnung für eine Zündspule oder an einer Öffnung für einen Geberradsensor angeordnet. Diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Anordnungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße schalldämmende Verbundbauteil vorsehbar sind, wobei eine Anordnung desselben an den zuvor beschriebenen Punkten über vorab durchgeführte Messungen bzw. Versuche festgelegt wird. Beispielsweise kann auch an einer Öffnung für eine Hochdruckpumpe ein derartiges schalldämmendes Verbundbauteil angeordnet werden, da derartige Hochdruckpumpen üblicherweise hohe Vibrationen erzeugen, die über entsprechende Resonanzflächen im Motorraum bzw. in der Zylinderkopfhaube zu einer nicht unerheblichen Geräuschentwicklung führen können.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einer Zylinderkopfhaube oder einem Haubenmodul entsprechend den vorherigen Absätzen auszustatten und dadurch eine derartige Brennkraftmaschine bzw. ein mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug hinsichtlich einer im Motorraum auftretenden Geräuschemission deutlich zu verbessern, wodurch ein Fahrkomfort für Fahrzeuginsassen deutlich angehoben werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube oder ein erfindungsgemäßes Haubenmodul von oben mit lokal daran angeordneten, schalldämmenden Verbundbauteilen,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem großflächigen schalldämmenden Verbundbauteil.
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Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 1 oder ein erfindungsgemäßes Haubenmodul 2 mehrere Anschrauböffnungen 3 zum Durchführen einer nicht gezeigten Schraube und zum Verbinden mit einem ebenfalls nicht gezeigten Motorblock auf. Ein Haubenmodul 2 umfasst mindestens eine in die Zylinderkopfhaube 1 integrierte Nockenwelle, welche direkt gefügt oder mit Hilfe von Lagerkappen in die Zylinderkopfhaube 1 montiert wird.
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Favorisiert ist dabei insbesondere eine Zylinderkopfhaube 1 oder ein Haubenmodul 2, welche(s) die Nockenwelle trägt, sei es als zusammengesetztes Bauteil, in das fertige Nockenwellen eingebaut werden oder sei es eine einstückige Haube, in der die Nockenwellen (zusammen-)gebaut werden. Darüber hinaus weist die gezeigte Zylinderkopfhaube 1 bzw. das gezeigte Haubenmodul 2 eine Einfüllöffnung 4 für beispielsweise Motoröl, eine Montageöffnung 5 für eine nicht gezeigte Zündspule sowie Öffnungen 6 für jeweils einen Geberradsensor einer zugehörigen und nicht gezeigten Nockenwelle auf. Darüber hinaus können an der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 1 bzw. in einem erfindungsgemäßen Haubenmodul 2 noch Anschraubpunkte 7 mit einem entsprechenden Insert, beispielsweise einem metallischen Innengewinde, vorgesehen sein, über welche weitere Bauteile, wie beispielsweise eine Zündspule oder eine Hochdruckpumpe, anschraubbar sind.
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Erfindungsgemäß ist nun außen an der Zylinderkopfhaube 1 oder an dem Haubenmodul 2 an zumindest einer Stelle, gemäß der 1 an zwei Stellen, ein schalldämmendes Verbundbauteil 8 angeordnet. Gemäß der 1 ist dabei rechts neben der Einfüllöffnung 4 und unten links ein solches schalldämmendes Verbundbauteil 8 vorgesehen, während gemäß der 2 das schalldämmende Verbundbauteil 8 großflächig ausgeführt ist und nahezu die gesamte Zylinderkopfhaube 1 bzw. das gesamte Haubenmodul 2 abdeckt.
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Mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem erfindungsgemäßen Haubenmodul 2 ist es möglich, den von einer Brennkraftmaschine 9, die eine solche Zylinderkopfhaube 1 bzw. ein solches Haubenmodul 2 trägt, emittierten Schall bzw. die von einer solchen Brennkraftmaschine 9 emittierten Geräusche deutlich zu reduzieren und zwar bereits bevor diese in einen Motorraum eines mit einer solchen Brennkraftmaschine 9 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 10 emittiert werden. Das zumindest eine schalldämmende Verbundbauteil 8 kann dabei lokal an besonders schallemittierenden Stellen der Zylinderkopfhaube 1 bzw. des Haubenmoduls 2 angeordnet sein, oder wie dies gemäß der 2 gezeigt ist, die Zylinderkopfhaube 1 bzw. das Haubenmodul 2 großflächig belegen.
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Insbesondere die lediglich lokale Anordnung des erfindungsgemäßen schalldämmenden Verbundbauteils 8 an besonders stark schallemittierenden Stellen der Zylinderkopfhaube 1 bzw. des Haubenmoduls 2 ermöglicht dabei eine „sparsame“ und damit gewichtsoptimierte sowie ressourcenschonende Anordnung des Verbundbauteils 8.
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Das schalldämmende Verbundbauteil 8 kann mit der Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem Haubenmodul 2 verschweißt, verklebt, verschraubt, verclipst, verpresst und/oder darauf aufgedampft sein. Besonders eine Verschraubung und eine Verclipsung ermöglicht dabei auch eine Demontage des bzw. der schalldämmenden Verbundbauteile 8 von der Zylinderkopfhaube 1 bzw. von dem Haubenmodul 2, so dass diese gegebenenfalls recycelt und weiterverwendet werden können. Eine Verklebung bzw. Verschweißung wiederum ermöglicht eine sehr einfache Verbindung und eine dauerhafte Fixierung der schalldämmenden Verbundbauteile 8 an der Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem Haubenmodul 2.
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Das Verbundbauteil 8 kann darüber hinaus eine Folie aufweisen, die beispielsweise als Trägerfolie für weitere Schichten des Verbundbauteils 1 dient, so dass auf einer derartigen Folie beispielsweise Schäume, insbesondere ein metallischer oder nichtmetallischer Schaum, beispielsweise ein Keramikschaum oder ein Aluminiumschaum, angeordnet sein können. Die Folie kann dabei auch dazu dienen, unterschiedliche schalldämmende Verbundbauteile 8 miteinander zu verbinden, wodurch eine einfachere Fixierung mehrerer solcher schalldämmender Verbundbauteile 8 über eine gemeinsame Folie an der Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem Haubenmodul 2 möglich ist.
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Das schalldämmende Verbundbauteil kann darüber hinaus eine Bitumenschicht aufweisen, welche ebenfalls eine hohe schallabsorbierende bzw. schalldämmende Wirkung besitzt.
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Um dem schalldämmenden Verbundbauteil 8 nicht nur eine schalldämmende bzw. schallabsorbierende Wirkung zuschreiben zu können, sondern von diesen auch weiteren Funktionen, wie beispielsweise eine Aussteifungsfunktion, übernehmen lassen zu können, kann vorgesehen sein, dass das Verbundbauteil 8 als faserverstärktes und/oder mattenverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet ist. Als Fasern kommen hierbei insbesondere Kunststofffasern, Kohlefasern, Metallfasern, Glasfasern oder Aramidfasern in Frage, während als Matten des Verbundbauteils 8 beispielsweise ein Gewebe aus Kunststofffäden, Kohlenfäden oder Aramidfäden aber auch Metalldrähten vorstellbar ist. Derartige Fasern bzw. Matten werden dann in einem anschließenden Kunststoffspritzgussprozess mit Kunststoff, beispielsweise einem Thermoplast oder einem Duroplast, umspritzt und bilden dadurch zusammen mit der dabei hergestellten Kunststoffmatrix ein formstabiles schalldämmendes Verbundbauteil 8.
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Rein theoretisch ist sogar denkbar, dass das schalldämmende Verbundbauteil 8 bei einer aus Kunststoff hergestellten Zylinderkopfhaube 1 bzw. bei einem aus Kunststoff hergestellten Haubenmodul 2 in ein Kunststoffspritzgusswerkzeug zur Herstellung der Zylinderkopfhaube 1 bzw. zur Herstellung des Haubenmoduls 2 eingelegt und zumindest teilweise mit dem Kunststoff der Zylinderkopfhaube 1 bzw. des Haubenmoduls 2 umspritzt wird. Hierdurch ist insbesondere eine separate Montage des zumindest einen schalldämmenden Verbundbauteils 8 auf bzw. an der Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem Haubenmodul 2 entbehrlich.
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Um unterschiedliche schalldämmende bzw. schallabsorbierende Wirkungen entfalten zu können, kann auch vorgesehen sein, dass das schalldämmende Verbundbauteil 8 unterschiedliche Dicken aufweist, so dass beispielsweise in weniger schallabstrahlenden Bereichen ein schalldämmendes Verbundbauteil 8 mit einer geringeren Dicke und an stärke schallemittierenden Bereichen ein schalldämmendes Verbundbauteil 8 mit einer größeren Dicke eingesetzt bzw. auf die Zylinderkopfhaube 1 bzw. das Haubenmodul 2 aufgebracht wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann sogar vorgesehen sein, dass das schalldämmende Verbundbauteil 8 einen Teil der Zylinderkopfhaube 1 bzw. einen Teil des Haubenmoduls 2 ersetzt, wodurch eine besonders gewichtsoptimierte Ausführungsform geschaffen werden kann, die nicht nur einen hohen Fahrkomfort für Fahrzeuginsassen des mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 1 bzw. dem erfindungsgemäßen Haubenmodul 2 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 10 ermöglicht, sondern zugleich auch eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10334274 B3 [0002]
- DE 102012005090 B3 [0003]
- DE 10034301 A1 [0004]