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Die Erfindung betrifft ein System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von mindestens einer Energiequelle zu mindestens einem mobilen Verbraucher, welches eine Mehrzahl von Streckenabschnitten, entlang welcher der mobile Verbraucher bewegbar ist, und mindestens einen Kreuzungsbereich, an welchen die besagten Streckenabschnitte angrenzen, umfasst.
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Gattungsgemäße Systeme zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie kommen insbesondere in Industriebetrieben zum Einsatz. Dabei werden Linienleiter, die ein Magnetfeld erzeugen, vorzugsweise in einem Boden verlegt. Ein solches System weist eine Mehrzahl von Streckenabschnitten auf, entlang welcher ein mobiler Verbraucher bewegbar ist. Die einzelnen Streckenabschnitte weisen jeweils einen Hinleiter und einen Rückleiter auf, welche parallel versetzt zueinander angeordnet sind. Der mobile Verbraucher weist einen Übertragerkopf auf. Der Übertragerkopf weist eine Wicklung auf, die mit den Leitern induktiv gekoppelt ist. Durch diese induktive Kopplung ist Energie von den Leitern zu dem Übertragerkopf des Verbrauchers übertragbar.
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Problematisch sind Kreuzungen von Strecken. In Kreuzungsbereichen treffen mehre Hinleiter und Rückleiter zusammen, deren Magnetfelder sich überlagern. Daraus resultierende Magnetfelder sind dabei inhomogen, so dass die zu dem Übertragerkopf des Verbrauchers übertragene Energie ungleichmäßig und stark ortsabhängig ist.
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Aus der
DE 10 2006 013 004 A1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, das eine Einspeisung, die einen mittelfrequenten Wechselstrom in einen langgestreckten Primärleiter einspeist, umfasst.
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Aus der
DE 10 2006 025 458 A1 ist eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, die ein Primärleitersystem und eine daran entlang bewegliche Vorrichtung mit einem Übertragerkopf umfasst. Die Anlage weist dabei eine Kreuzung auf, an welcher vier Streckenabschnitte aufeinander treffen.
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Auch aus der
DE 10 2006 025 460 A1 ist eine Anlage bekannt, die ein Primärleitersystem und eine daran entlang bewegliche Vorrichtung mit einem Übertragerkopf umfasst. Die Anlage weist dabei eine Kreuzung von zwei Strecken des Primärleitersystems auf. Die Strecken umfassen jeweils Streckenabschnitte, welche jeweils einen Hinleiter und einen Rückleiter aufweisen.
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Aus der
DE 202 09 174 U1 ist eine Weichenanordnung für ein auf induktivem Wege mit elektrischer Energie versorgtes Bodentransportsystem bekannt. Äußere Leitungsstränge sind dabei in einem Teilbereich der Weiche in Form einer Schleife verlegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von mindestens einer Energiequelle zu mindestens einem mobilen Verbraucher, umfasst eine Mehrzahl von Streckenabschnitten, entlang welcher der mobile Verbraucher bewegbar ist, wobei jeder Streckenabschnitt jeweils einen Hinleiter und einen Rückleiter aufweist, welche parallel und in einem Leiterabstand versetzt zueinander angeordnet sind, und mindestens einen Kreuzungsbereich, an welchen die Streckenabschnitte angrenzen. Dabei ist innerhalb des Kreuzungsbereichs eine Leiterschleife gelegt, deren Ausdehnung geringer ist als der Leiterabstand.
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Ein durch die Leiterschleife fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld. Besagtes Magnetfeld ergänzt die Magnetfelder, die durch Ströme in den Hinleitern und in den Rückleitern der Streckenabschnitte erzeugt werden. Das resultierende Magnetfeld des Systems ist dadurch auch in dem Kreuzungsbereich annähernd homogen. Schwächungen sowie Überhöhungen des resultierenden Magnetfelds sind weitgehend vermieden. Die zu dem Übertragerkopf eines Verbrauchers übertragene Energie ist somit in dem Kreuzungsbereich und in den Streckenabschnitten annähernd gleichmäßig und nicht ortsabhängig.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterschleife annähernd kreisförmig ausgebildet. Dabei ist ein Durchmesser der Leiterschleife geringer ist als der Leiterabstand. Eine kreisförmige Leiterschleife ist mechanisch besonders einfach zu legen. Damit ist der Arbeitsaufwand gering.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterschleife annähernd quadratisch ausgebildet. Dabei ist eine Länge der Seiten der Leiterschleife geringer als der Leiterabstand. In der Leiterschleife mit einer quadratischen Form wird ein Magnetfeld erzeugt, welches die Magnetfelder, die durch Ströme in den Hinleitern und in den Rückleitern der Streckenabschnitte erzeugt werden, optimal ergänzt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterschleife annähernd hexagonal ausgebildet. Dabei ist eine Länge von jeder der Seiten der Leiterschleife geringer als der Leiterabstand. Eine hexagonale Form hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. Die Leiterschleife mit hexagonaler Form ist mechanisch verhältnismäßig einfach und mit geringem Arbeitsaufwand zu legen. Dabei wird ein Magnetfeld erzeugt, welches die Magnetfelder, die durch Ströme in den Hinleitern und in den Rückleitern der Streckenabschnitte erzeugt werden, verhältnismäßig gut ergänzt.
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Vorzugsweise sind bei einer hexagonal ausgebildeten Leiterschleife mindestens zwei gegenüberliegende Seiten der Leiterschleife parallel und in einem Schleifenabstand versetzt zueinander angeordnet. Dabei ist der Schleifenabstand geringer als der Leiterabstand. Durch diese Anordnung wird in der Leiterschleife ein Magnetfeld erzeugt, welches die Magnetfelder, die durch Ströme in den Hinleitern und in den Rückleitern der Streckenabschnitte erzeugt werden, besonders gut ergänzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterschleife mit mindestens zwei Streckenabschnitten elektrisch verbunden. Somit ist keine separate Zuleitung für die Leiterschleife erforderlich. Dabei sind die Streckenabschnitte und die Leiterschleife elektrisch seriell verschaltet. Somit fließt immer der gleiche Strom durch die Streckenabschnitte und durch die Leiterschleife.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Leiterschleife einen Kreuzungspunkt auf. Durch den Kreuzungspunkt ist es möglich, die Leiterschleife mit einem Hinleiter und einem Rückleiter der Streckenabschnitte derart zu verbinden, dass die Streckenabschnitte und die Leiterschleife elektrisch seriell verschaltet sind, und dass der Strom in der gleichen Richtung die Streckenabschnitte und die Leiterschleife durchfließt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Leiterschleife eine Hinleitung und eine Rückleitung auf, welche innerhalb eines der Streckenabschnitte parallel zu dem Hinleiter und dem Rückleiter angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist kein Kreuzungspunkt an der Leiterschleife erforderlich. Trotzdem ist sicherstellbar, dass der Strom in der gleichen Richtung die Streckenabschnitte und die Leiterschleife durchfließt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hinleiter mindestens eines Streckenabschnitts mit dem Rückleiter eines benachbarten Streckenabschnitts elektrisch verbunden. Somit sind die benachbarten Streckenabschnitte elektrisch seriell verschaltet. Damit fließt immer der gleiche Strom durch die benachbarten Streckenabschnitte in der gleichen Richtung.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2: eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3: eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 4: eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer vierten Ausführungsform und
- 5: eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer fünften Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer ersten Ausführungsform. Das System umfasst einen ersten Streckenabschnitt 11, einen zweiten Streckenabschnitt 12, einen dritten Streckenabschnitt 13 und einen vierten Streckenabschnitt 14. Das System umfasst ferner einen Kreuzungsbereich 15, an welchen die besagten vier Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 angrenzen.
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Jeder der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 weist jeweils einen Hinleiter 20 und einen Rückleiter 30 auf. Die Hinleiter 20 und die Rückleiter 30 der einzelnen Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 sind jeweils parallel und in einem Leiterabstand L versetzt zueinander angeordnet. Die Hinleiter 20 eines Streckenabschnitts 11, 12, 13, 14 sind jeweils mit dem Rückleiter 30 eines benachbarten Streckenabschnitts 11, 12, 13, 14 elektrisch verbunden.
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Der erste Streckenabschnitt 11 und der dritte Streckenabschnitt 13 erstrecken sich in eine Längsrichtung X. Der Leiterabstand L entspricht in dem ersten Streckenabschnitt 11 und in dem dritten Streckenabschnitt 13 einem Abstand zwischen dem Hinleiter 20 und dem Rückleiter 30 in einer Querrichtung Y. Der zweite Streckenabschnitt 12 und der vierte Streckenabschnitt 14 erstrecken sich in die Querrichtung X. Der Leiterabstand L entspricht in dem zweiten Streckenabschnitt 12 und in dem vierten Streckenabschnitt 14 einem Abstand zwischen dem Hinleiter 20 und dem Rückleiter 30 in der Längsrichtung X. Die Längsrichtung X und die Querrichtung X verlaufen rechtwinklig zueinander und parallel zu einem Boden, in dem die Leiter 20, 30 verlegt sind.
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Das System zur Übertragung von elektrischer Energie umfasst eine oder mehrere hier nicht dargestellte Energiequellen, welche mit den Hinleitern 20 und Rückleitern 30 der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 elektrisch verbunden sind. Eine solche Energiequelle weist jeweils eine Stromquelle auf, welche jeweils einen mittelfrequenten Wechselstrom mit einer Grundfrequenz von beispielweise 25 kHz oder 50 kHz liefert. Eine Stromstärke des besagten Wechselstroms beträgt beispielweise 60 A oder 90 A. Die Pfeile zeigen eine Richtung des besagten Wechselstroms zu einem definierten Zeitpunkt an. In den Hinleitern 20 und Rückleitern 30 der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 fließt der besagte Wechselstrom stets gegenphasig.
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Ein hier nicht dargestellter mobiler Verbraucher ist entlang der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14 sowie in dem Kreuzungsbereich 15 bewegbar. Der mobile Verbraucher weist einen Übertragerkopf mit einer Wicklung auf, die mit den Leitern 20, 30 induktiv koppelbar ist. Die von der Energiequelle gelieferte elektrische Energie ist somit induktiv und berührungslos zu dem mobilen Verbraucher übertragbar.
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Innerhalb des Kreuzungsbereichs 15 ist eine Leiterschleife 40 gelegt. Die Leiterschleife 40 ist annähernd quadratisch ausgebildet. Eine Länge der Seiten der Leiterschleife 40 ist dabei geringer als der Leiterabstand L zwischen den Hinleitern 20 und Rückleitern 30 der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14. Eine Ausdehnung der Leiterschleife 40 entspricht der Länge der Seiten und ist somit geringer als der Leiterabstand L.
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Die Leiterschleife 40 ist mittels jeweils eines Verbindungsleiters mit dem Hinleiter 20 des zweiten Streckenabschnitts 12 und mit dem Rückleiter 30 des ersten Streckenabschnitts 11 elektrisch verbunden. Somit ist die Leiterschleife 40 mit dem ersten Streckenabschnitt 11 und mit dem zweiten Streckenabschnitt 12 elektrisch verbunden. Die besagten Verbindungsleiter kreuzen sich dabei in einem Kreuzungspunkt P. Die Leiterschleife 40 weist somit einen Kreuzungspunkt P auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der zweiten Ausführungsform ist weitgehend gleich wie das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede eingegangen.
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Innerhalb des Kreuzungsbereichs 15 ist eine Leiterschleife 40 gelegt. Die Leiterschleife 40 ist annähernd hexagonal ausgebildet. Die Leiterschleife 40 weist somit sechs Seiten auf, wobei jeweils zwei Seiten einander gegenüber liegen. Zwei gegenüberliegende Seiten der Leiterschleife 40 verlaufen parallel zueinander in Querrichtung Y und sind in einem Schleifenabstand S in Längsrichtung X versetzt zueinander angeordnet. Der besagte Schleifenabstand S ist dabei geringer als der Leiterabstand L zwischen den Hinleitern 20 und Rückleitern 30 der Streckenabschnitte 11, 12, 13, 14. Eine Ausdehnung der Leiterschleife 40 entspricht dem Schleifenabstand S und ist somit geringer als der Leiterabstand L.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer dritten Ausführungsform. Das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der dritten Ausführungsform ist weitgehend gleich wie das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede eingegangen.
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Das System umfasst einen ersten Streckenabschnitt 11, einen zweiten Streckenabschnitt 12 und einen dritten Streckenabschnitt 13. Das System umfasst auch einen Kreuzungsbereich 15, an welchen die drei Streckenabschnitte 11, 12, 13 angrenzen. Der erste Streckenabschnitt 11 und der dritte Streckenabschnitt 13 erstrecken sich in die Längsrichtung X. Der zweite Streckenabschnitt 12 erstreckt sich in die Querrichtung Y.
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Die Hinleiter 20 eines Streckenabschnitts 11, 12, 13 sind jeweils mit dem Rückleiter 30 eines benachbarten Streckenabschnitts 11, 12, 13 elektrisch verbunden. Insbesondere ist der Hinleiter 20 des ersten Streckenabschnitts 11 mit dem Rückleiter 30 des dritten Streckenabschnitts 13 elektrisch verbunden. Die besagte Verbindung umfasst dabei eine U-förmige konvexe Ausbuchtung, die sich auf einer dem zweiten Streckenabschnitt 12 abgewandten Seite in Querrichtung Y erstreckt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer vierten Ausführungsform. Das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der vierten Ausführungsform ist weitgehend gleich wie das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede eingegangen.
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Der Hinleiter 20 des ersten Streckenabschnitts 11 ist mit dem Rückleiter 30 des ersten Streckenabschnitts 11 elektrisch verbunden. Der Hinleiter 20 des dritten Streckenabschnitts 13 ist mit dem Rückleiter 30 des dritten Streckenabschnitts 13 elektrisch verbunden. Der Hinleiter 20 des vierten Streckenabschnitts 14 ist mit dem Rückleiter 30 des vierten Streckenabschnitts 14 elektrisch verbunden. Der Hinleiter 20 des zweiten Streckenabschnitts 12 ist mit dem Rückleiter 30 des zweiten Streckenabschnitts 12 über die Leiterschleife 40 elektrisch verbunden.
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Die besagte Verbindung umfasst dabei mehrere U-förmige konvexe Ausbuchtungen. Eine Ausbuchtung erstreckt sich auf einer dem ersten Streckenabschnitt 11 zugewandten Seite in Längsrichtung X. Eine Ausbuchtung erstreckt sich auf einer dem vierten Streckenabschnitt 14 zugewandten Seite in Querrichtung Y. Eine Ausbuchtung erstreckt sich auf einer dem dritten Streckenabschnitt 13 zugewandten Seite in Längsrichtung X.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß einer fünften Ausführungsform. Das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der fünften Ausführungsform ist weitgehend gleich wie das System zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird insbesondere auf die Unterschiede eingegangen.
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Die Leiterschleife 40 weist eine Hinleitung 41 und eine Rückleitung 42 auf. Die Hinleitung 41 und die Rückleitung 42 sind dabei innerhalb des ersten Streckenabschnitts 11 parallel zu dem Hinleiter 20 und dem Rückleiter 30 des ersten Streckenabschnitts 11 angeordnet. Die Hinleitung 41 und die Rückleitung 42 sind eng nebeneinander mit minimalen Abstand zueinander innerhalb des ersten Streckenabschnitts 11 verlegt und erstrecken sich in Längsrichtung X. Die Leiterschleife 40 weist dabei keinen Kreuzungspunkt P auf.
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Es ist denkbar, dass die Hinleitung 41 außerhalb des hier gezeigten Ausschnitts des Systems mit dem Rückleiter 30 des ersten Streckenabschnitts 11 elektrisch verbunden ist. Ebenso ist es denkbar, dass die Rückleitung 42 außerhalb des hier gezeigten Ausschnitts des Systems mit dem Hinleiter 20 des ersten Streckenabschnitts 11 elektrisch verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erster Streckenabschnitt
- 12
- zweiter Streckenabschnitt
- 13
- dritter Streckenabschnitt
- 14
- vierter Streckenabschnitt
- 15
- Kreuzungsbereich
- 20
- Hinleiter
- 30
- Rückleiter
- 40
- Leiterschleife
- 41
- Hinleitung
- 42
- Rückleitung
- L
- Leiterabstand
- P
- Kreuzungspunkt
- S
- Schleifenabstand
- X
- Längsrichtung
- Y
- Querrichtung
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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 102006013004 A1 [0004]
- DE 102006025458 A1 [0005]
- DE 102006025460 A1 [0006]
- DE 20209174 U1 [0007]
