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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Einbauinstrument für Telematikanwendungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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In der
EP 1 622 094 A2 wird eine Telematikanwendung zur elektronischen Flugdatenerfassung eines Luftfahrzeuges beschrieben. Dafür benötigt man im Cockpit ein entsprechendes Einbauinstrument, das Telemetriedaten aufzeichnet und per Datenfunk nach dem Ausschalten der Bordspannung an eine Serverapplikation sendet. Das Einbauinstrument wird in die Instrumententafel des Flugzeugs eingebaut.
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In der Zeitschrift „Flügel" Heft 1/2006 ist auf Seite 50 ff. ein Einbauinstrument zum Empfang eines GPS-Signals und zum Übertragen von Datenfunk mit je einer entsprechenden Antenne beschrieben. Die beiden Antennen sitzen in Buchsen in der Frontplatte des Einbauinstrumentes und ragen nach vorne in die Kanzel. Dieses Einbauinstrument hat einen Einbaudurchmesser von 80 mm. Dieses Maß ist meist den Hauptinstrumenten eines Flugzeugs vorbehalten. Zusatzinstrumente werden üblicherweise mit einem Einbaumaß von 57 mm (2,25 Zoll) angeboten.
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Darstellung der Erfindung
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Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung zur Anordnung von GPS bzw. Datenfunkantennen diese in die Kanzel hineinragen und dadurch die Sicht des Piloten auf ein Display des Einbauinstruments oder der benachbarten Instrumente behindern. Zudem sind die Antennen möglichen Beschädigungen durch Insassen, wie beispielsweise Pilot, Copilot oder Passagieren ausgesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rundinstrument zu schaffen, das unter Einhaltung der gegebenen Einbaumaße von typischerweise 57 mm eine Beschädigung der Antennen durch Insassen verhindert und auch die Sicht des Piloten auf ein Display oder benachbarte Instrumente nicht behindert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das Einbauinstrument für Telematikanwendungen hat ein Gehäuse zum Einbau in eine Instrumententafel. Das Gehäuse weist ein Frontabdeckung auf, die das Gehäuse nach vorne abschließt. „Vorne” bezeichnet hier die Richtung, die in Richtung des Piloten bzw. Copiloten weist. Das Einbauinstrument hat mindestens einen Träger, der hinter der Frontabdeckung in dem Gehäuse angeordnet ist, mindestens ein durch die Frontabdeckung ablesbares Display, mindestens eine erste Antenne für ein Positionsbestimmungssystem, und mindestens eine zweiten Antenne für ein Datenfunksystem. Weil die erste Antenne und/oder die zweite Antenne derart an dem Träger und/oder der Frontabdeckung befestigt sind, dass sie vollständig hinter der Vorderseite der Frontabdeckung angeordnet sind, ragen sie nicht in den Insassenbereich hinein und können nicht durch die Insassen beschädigt werden. Das Einbauinstrument kann natürlich als Rundinstrument ausgebildet sein.
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Ein typisches Beispiel für ein Positionsbestimmungssystem ist das sogenannte „Global Positioning System”, kurz GPS oder das Galileo-System der EU. Zur Bestimmung der Position werden durch eine Satellitenantenne Signale empfangen und ausgewertet. Deshalb ist die erste Antenne typischerweise eine Satellitenantenne. Solche Antennen werden meist als Patchantennen ausgeführt und können Teil eines Empfangsmoduls sein. Eine solche Patchantenne mit verschiedenen Konfigurationen von Empfangsmodulen ist in der
WO 2007/136182 A1 beschrieben.
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Bevorzugt sind die orthogonalen Projektionen von Display, erster Antenne und zweiter Antenne auf einer Ebene nebeneinander angeordnet. Dies ermöglicht eine störungsfreie Übertragung bzw. einen störungsfreien Empfang durch die Antennen und eine gute Ablesbarkeit des Displays. Der auf der Frontabdeckung und/oder dem Träger zur Verfügung stehende, wegen der genormten Baugröße, geringe vorhandene Platz wird effizient genutzt.
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Bevorzugt haben die erste Antenne und das Display eine gemeinsame Zentralebene. Auch dies ermöglicht eine effiziente Platznutzung. Display und erste Antenne, insbesondere wenn sie als Patchantenne ausgebildet sind, haben den größten Flächenbedarf der Bauteile und sind in der Regel rechteckig. Durch die Anordnung mit einer gemeinsamen Zentralebene bleibt beidseits neben (also seitlich mit Bezug auf die Zentralebene) der Antenne und dem Display je ein möglichst großer zusammenhängender freier Raum bzw. je eine möglichst große zusammenhängende freie Fläche auf dem Träger bzw. der Frontabdeckung. Insgesamt bleiben also zwei große freie Räume bzw. Flächen auf dem Träger bzw. der Frontabdeckung. Dieser Platz kann zur Anordnung weiterer zusammenhängender Schaltungsteile verwendet werden.
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Bevorzugt kann in einem ersten der beiden zusammenhängenden freien Räume bzw. Flächen die zweite Antenne angeordnet werden. Die Geometrie der zweiten Antenne hängt von der bzw. den zu übertragenden Frequenzen ab. Bevorzugt wird die zweite Antenne auf dem Träger als Leiterbahnstruktur realisiert. Andere Möglichkeiten sind ein Draht der in das Material der Frontabdeckung eingebracht wird oder eine Folie welche auf den Träger oder die Frontabdeckung geklebt wird. Die Drahtform und Drahtlänge sind der bzw. den zu übertragenden Frequenz bzw. Frequenzen angepasst.
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Bevorzugt ist eine mit der ersten Antenne verbundene Signalverarbeitungsschaltung auf der der ersten Seite der Zentralebene gegenüberliegenden Seite, d. h. der zweiten der beiden zusammenhängenden freien Räume oder Flächen des Trägers angeordnet. Dadurch sind diese Bauteile der Signalverarbeitungsschaltung möglichst weit entfernt von der zweiten Antenne angeordnet und Störungen des Datenfunks und Beeinflussungen durch den Datenfunk sind minimiert.
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Je nach Ausführung der ersten Antenne können zusätzliche Schaltungselemente notwendig sein, um die Empfangsfunktion zu realisieren. Diese Schaltungselemente bilden die Signalverarbeitungsschaltung. Bei Patchantennen ist beispielsweise meist eine Verstärkerschaltung (Low Noise Amplifier, LNA) nötig. Zur Dekodierung der Satellitensignale kann auf dem Träger eine Empfangsschaltung angeordnet sein, insbesondere als Teil der Signalverarbeitungsschaltung. Verwendet man ein Empfangsmodul bei dem sowohl die Patchantenne als auch die Empfangsschaltung zur Dekodierung der Satellitensignale auf einem Modul integriert sind so kann die Signalverarbeitungsschaltung eine Pegelanpassung an die Elektronik des Einbauinstruments aufweisen. All diese Schaltungselemente werden bevorzugt möglichst nah bei der ersten Antenne und möglichst weit entfernt von der zweiten Antenne angeordnet, um eine geringe gegenseitige Beeinflussung sicherzustellen. Dies wird erreicht, indem man die Schaltungselemente beispielsweise auf der zweiten der beiden zusammenhängenden freien Räume oder Flächen, also der ersten Seite der Zentralebene gegenüberliegenden Seite des Trägers anordnet. Entsprechendes gilt für Eingabemittel wie z. B. Taster, Schalter, Potentiometer etc. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass diese Eingabemittel neben dem Display angeordnet werden können, so dass eine sich evtl. bei der Bedienung verändernde Funktion der Eingabeelemente mittels des Displays angezeigt werden kann.
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Bevorzugt ist eine dritte Antenne insbesondere für ein Nahfeldidentifikationssystem zwischen dem Träger und der Frontabdeckung angeordnet. Dies kann beispielsweise eine Spule für einen RFID-Empfänger sein. Jeder Nutzer des Einbauinstruments kann sich dann über einen dem Benutzer zugeordneten RFID-Transponder an dem Einbauinstrument identifizieren. Als besonders vorteilhaft hat sich die Platzierung der dritten Antenne auf einem Bereich des Displays erwiesen, der außerhalb des sichtbaren Bereichs des Displays liegt. Die dritte Antenne kann beispielsweise spulenförmig sein. Durch die Anordnung der dritten Antenne auf dem nicht sichtbaren Bereich des Displays kann die Antenne in einer besonders kleinen Bauform ausgeführt werden, weil sie so sehr nah an der Frontabdeckung angeordnet werden kann. Zudem ist der nicht sichtbare Bereich des Displays meist nicht geerdet, wodurch die Abstrahleigenschaft der Antenne, wenn überhaupt, nur gering beeinträchtigt wird. Alternativ kann die dritte Antenne auch auf dem zweiten der beiden zusammenhängenden freien Räume oder Flächen, z. B. zwischen Frontabdeckung und Träger, angeordnet sein.
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Displays können wie Patchantennen im Handel erworben werden. Diese Displays weisen üblicherweise zwei Bereiche auf, nämlich einen im eingebauten Zustand sichtbaren Bereich zur Darstellung von Informationen und einen im eingebauten Zustand in der Regel nicht sichtbaren Bereich. Der nicht sichtbare Bereich hat mechanische Funktionen und nimmt zumindest zum Teil die zur Ansteuerung der eigentlichen Anzeigemittel notwendigen Bauteile auf, insbesondere weist er üblicherweise Mittel zum Verbinden mit einer meist als flexible gedruckte Leitung ausgebildeten Anschlussleitung auf. Der nicht sichtbare Bereich wird so bezeichnet, weil er in der Regel von einer Frontblende, einer Frontabdeckung oder dgl. abgedeckt. Der sichtbare Bereich weist die eigentlichen Anzeigemittel wie z. B. Flüssigkristalle oder LEDs auf.
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Bevorzugt hat der Träger mindestens eine Bohrung als Justageloch für ein Werkzeug zum Fixieren eines Anschlusskabels des Displays während das Anschlusskabel des Displays mit Leiterbahnstrukturen auf dem Träger verlötet wird. Nach dem Verlöten werden diese Justagelöcher nicht mehr benötigt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen wenn zumindest eine Anschlussleitung der dritten Antenne durch mindestens eines der Justagelöcher geführt wird, um auf der der Frontabdeckung abgewandten Seite auf dem Träger kontaktiert zu werden.
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Bevorzugt wird mindestens ein durch mindestens ein Justageloch geführter Draht in dem Justageloch verklebt. Dadurch werden die Kontaktierungen der Drähte, z. B. Lötstellen, mit denen die Enden der Drähte an dem Träger kontaktiert sind, unempfindlicher gegen mechanische Einflüsse wie Vibrationen.
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Bevorzugt hat der Träger mindestens eine Ausnehmung, in der zumindest ein Teil eines vorgefertigten Empfangsmoduls mit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Antenne sitzt. Solche Empfangsmodule beinhalten mindestens eine Antenne und eine Empfangsschaltung, die meist über ein digitales Interface verfügt, über die das Empfangsmodul in die Schaltung eingebunden wird. Diese Bauteile des Empfangsmoduls sind in der Regel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und in diesem Sinne gekapselt.
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Wird ein solches Empfangsmodul eingesetzt, welches z. B. die erste Antenne beinhaltet, so kann dieses Empfangsmodul auf den Träger montiert werden und mittels Steckkontakten oder Stiftleisten mechanisch und elektrisch verbunden werden. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Abstand zwischen Träger und Frontplatte sehr groß wird. Darum hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Träger mindestens eine Ausnehmung für mindestens eine der Antennen (erste, zweite und/oder dritte) aufweist. Das ermöglicht es das Empfangsmodul zumindest zum Teil in den Träger einzuschieben, und es sozusagen innerhalb des Trägers unterzubringen. Dadurch verringert sich die Tiefe bzw. „Dicke” der Schaltung.
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Bevorzugt sitzt hinter dem Träger eine Leiterplatte mit mindestens einem Steckkontakt für mindestens eine Steckverbindung und der Träger weist mindestens eine Ausnehmung zur Durchführung des Steckverbinders auf. Dies ermöglicht es den Steckverbinder in einer Ausnehmung der Frontplatte anzuordnen ohne zusätzliche Anschlusskabel zu verlöten. Die Leiterplatte kann zumindest Teile der Schaltung des Einbauinstruments aufnehmen.
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In manchen Anwendungen ist es vorteilhaft, externe Speichermedien wie beispielsweise USB-Speichersticks einstecken zu können. Diese werden bevorzugt von vorne durch die Frontabdeckung gesteckt. Um dies zu ermöglichen, können Steckkontakte für eine Steckverbindung mit dem Speichermedium auf einer Leiterplatte des Einbauinstruments derart untergebracht werden, dass die Steckkontakte durch den Träger in den Bereich der Frontabdeckung ragen. Sie können dort bündig mit der Frontabdeckung abschließen oder zwischen Träger und Frontabdeckung enden oder über die Frontabdeckung hinausragen. Es ist auch möglich, die Steckkontakte für die Steckverbindung auf dem Träger unterzubringen.
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Bevorzugt ist die zweite Antenne eine Leiterbahnstruktur auf dem Träger oder der Frontabdeckung. Dadurch lässt sie sich mit hoher Genauigkeit an die entsprechende Wellenlänge anpassen und günstig fertigen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
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1 zeigt: eine Explosionszeichnung eines Einbaugerätes.
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2 zeigt: eine Explosionszeichnung einer Frontabdeckung und eines Trägers.
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3 zeigt: Einbaulagen eines GPS-Empfangsmoduls relativ zu einem Träger.
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1 zeigt ein als Rundinstrument ausgeführtes Einbauinstrument. Es hat ein Gehäuse 72 mit einem Frontrahmen 70. Der Frontrahmen 70 hat Löcher 76 für Schrauben mit denen das Einbauinstrument in einer Instrumententafel (nicht dargestellt) fixiert wird. Der Frontrahmen 70 hat einen ringförmigen Kragen 78, der bei der Montage in eine komplementäre Ausnehmung der Instrumententafel eingesetzt wird und dazu verwendet werden kann das Einbauinstrument in der Ausnehmung zu zentrieren. Der Außendurchmesser des Kragens 78 entspricht einer Normgröße von 57 mm. Innerhalb des Gehäuses sitzen Leiterplatten wie 74 mit der Elektronik des Einbauinstruments. Auf dem Kragen 78 sitzt eine abnehmbare Frontabdeckung 60 (hier nach vorne versetzt dargestellt). Die Frontabdeckung 60 besteht bevorzugt aus nicht-metallischen Werkstoffen wie Kunststoff. Die Frontabdeckung 60 hat Öffnungen 62 wodurch der Nutzer zumindest auf einen sichtbaren Bereich 42 eines Displays 40 sehen kann. Weitere Öffnungen können zur Durchführung von Bedienelementen wie Tastern 24, Schaltern, Potentiometer etc. dienen. Ebenso können Öffnungen zum Einstecken eines USB-Speichersticks in der Frontabdeckung angebracht sein. An der Rückseite der Frontabdeckung sitzt ein Träger 10, der Antennen haltert (vgl. 2).
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2 zeigt beispielhaft die Frontabdeckung 60 und den Träger 10. Auf dem Träger 10 ist ein Empfangsmodul 30 mit der ersten Antenne 32 angeordnet. An diese schließt sich das Display 40 mit einem sichtbaren Bereich 42 an. Im sichtbaren Bereich 42 können einem Benutzer Informationen dargestellt werden, was hier beispielhaft durch die Wörter „Example” und „Beispiel” angedeutet wird. Das Display 40 ist auf den Träger 10 aufgeklebt. Eine Anschlussleitung (nicht dargestellt) für das Display wird durch einen Ausschnitt 14 in dem Träger 10 auf dessen Rückseite geführt und dort verlötet.
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Neben dem Empfangsmodul 30 und dem Display 40 ist auf dem Träger 10 eine Antenne für ein Datenfunksystem, kurz eine Datenfunkantenne als Beispiel für eine zweite Antenne 20 angeordnet. Die zweite Antenne 20 ist eine Leiterbahnstruktur auf dem Träger 10, der dem entsprechend als Leiterplatte ausgeführt ist. Die zweite Antenne 20 ist mit einer Buchse 22 verbunden über welche mittels eines Verbindungskabels die Verbindung zwischen der zweiten Antenne 20 und einem Funkmodul als Teil der Elektronik auf der Leiterplatte 74 hergestellt wird.
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Eine dritte Antenne 50 für ein Nahfeldidentifikationssystem, hier beispielhaft eine RFID-Antenne ist außerhalb des sichtbaren Bereichs 42 des Displays 40 angeordnet. Anschlussdrähte (nicht dargestellt) für die dritte Antenne 50 werden durch Justagelöcher 12, 16 auf die Rückseite des Trägers 10 geführt und dort verlötet. Sowohl die erste Antenne 32 des Empfangsmoduls 30, das Display 40 als auch die dritte Antenne 50 sind jeweils zumindest in etwa symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die folglich eine Zentralebene 100 ist.
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Auf der der zweiten Antenne 20 abgewandten Seite der Zentralebene 100 sind Elemente einer Signalverarbeitungsschaltung 26 angeordnet. Diese können auf der Vor- und/oder der Rückseite des Trägers 10 angeordnet sein. Ebenso ist an dem Träger 10 ein Taster 24 als Eingabemittel neben dem Display 40 angeordnet, so dass dessen ggf. wechselnde Funktion durch das Display 40 angezeigt werden kann.
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Über dem Träger 10 ist eine Frontabdeckung 60 schwebend dargestellt. Im montierten Zustand sitzt die Frontabdeckung 60 auf dem Träger 10. Die Frontabdeckung hat dementsprechend mindestens eine Ausnehmung für die auf dem Träger 10 angeordneten Bauteile, wie z. B. Taster 24, Empfangsmodul 30, etc. Zudem hat die Frontabdeckung mindestens eine Ausnehmung 62 um den Blick auf den sichtbaren Bereich 42 des Displays 40 zu ermöglichen.
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3 zeigt verschiedene Montagevarianten des Empfangsmoduls 30 und des Trägers 10. Üblicherweise verfügt ein Empfangsmodul 30 über eine erste Antenne 32, eine Platine 36 und eine Empfängerschaltung, die mit einem Schirmblech 34 abgedeckt ist. Mittels Stiftleisten 38 wird das Empfangsmodul 30 mit dem Träger 10 mechanisch und elektrisch verbunden. Üblicherweise liegt das Empfangsmodul auf dem Träger 10 auf wie in 3a gezeigt. In 3b ist eine alternative Einbaumöglichkeit gezeigt. In dem Träger 10 ist ein Ausschnitt in dem die Empfängerschaltung mit Schirmblech 34 eingesetzt wird und zwar derart, dass die Platine des Empfangsmoduls 30 auf dem Träger 10 aufliegt. In 3c ist eine weitere alternative Einbaumöglichkeit gezeigt. Bei dieser ist nur ein Teil der Empfängerschaltung mit Schirmblech 34 in den Ausschnitt eingesetzt so dass zwischen der Platine 36 des Empfangsmoduls 30 und dem Träger 10 ein Abstand bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Träger
- 12, 16
- Justageloch
- 14
- Ausschnitt zur Kabeldurchführung
- 20
- Zweite Antenne
- 22
- Buchse für zweite Antenne
- 24
- Taster
- 26
- Elemente der Signalverarbeitungsschaltung
- 30
- Empfangsmodul mit erster Antenne
- 32
- Erste Antenne
- 34
- Empfängerschaltung mit Schirmblech
- 36
- Platine des Empfangsmoduls
- 38
- Stiftleiste
- 40
- Display
- 42
- Sichtbarer Bereich des Display
- 50
- Dritte Antenne
- 60
- Frontabdeckung
- 62
- Ausschnitt zur Betrachtung des sichtbaren Bereichs des Display
- 64
- Ausschnitt zur Durchführung des Betätigungsknopfes des Tasters
- 70
- Rahmen des Gehäuses
- 72
- Gehäuse des Einbauinstruments
- 74
- Leiterplatte mit Elektronik des Einbauinstruments
- 76
- Montagelöcher zur Montage des Gehäuses
- 78
- Kragen
- 100
- Zentralebene
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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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- EP 1622094 A2 [0002]
- WO 2007/136182 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Flügel” Heft 1/2006 ist auf Seite 50 ff. [0003]
