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Die vorliegende Neuerung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruches.
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Laststufenschalter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großen Zahlen weltweit im Einsatz. Sogenannte Reaktorschalter, die besonders in Nord-Amerika verbreitet sind, besitzen eine Umschaltreaktanz, die eine langsame, kontinuierliche Umschaltung ermöglicht. Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschalt-Prinzip bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der bisherigen auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Der Lastumschalter weist dazu üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Die Entwicklungen der letzten Jahre führten jedoch weg von Lastumschaltern mit mechanischen Schaltkontakten im Isolieröl. Stattdessen werden vermehrt Vakuumschaltzellen als Schaltelemente eingesetzt.
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Ein derartiger Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 043 171 A1 offenbart. Hier trägt ein Lastumschalter eine von einem Kraftspeicher antreibbare Antriebswelle mit mindestens einer Kurvenscheibe. Die Kurvenscheibe weist mehrere Steuerkurven auf, wobei zwei an der Kurvenscheibe stirnseitig angeordnete Steuerkurven eine von einer Kreisform abweichende Kontur nach Art von Nocken aufweisen, an der kontaktschlüssig jeweils eine über einen Kipphebel mit einer Vakuumschaltröhre verbundene Rolle geführt wird, die die profilierte Kontur der jeweiligen Steuerkurve abgreift.
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Bei einer besonderen Gattung von Laststufenschaltern, den so genannten Lastwählern, sind die beschriebenen Mittel zur Anwahl einer neuen Wicklungsanzapfung und die Mittel zur eigentlichen Lastumschaltung baulich vereinigt und werden gemeinsam betätigt. Üblicherweise sind Stufenschalter nach dem Prinzip der Widerstandsschnellschaltung zur unterbrechungslosen Umschaltung von einer Anzapfung eines Stufentransformators zu einer anderen so aufgebaut, dass die jeweils mit den Ausleitungen der Stufenwicklungen elektrisch in Verbindung stehenden festen Stufenkontakte in einer oder mehreren horizontalen Ebene bzw. Ebenen kreisförmig an einem Isolierstoffgerüst oder -zylinder angeordnet sind und durch von konzentrischen Antriebswellen betätigte drehbare Kontaktbrücken beschaltbar sind. Bei Lastwählern, bei denen die Stufenwahl und die eigentliche Lastumschaltung kombiniert sind, erfolgt die Betätigung der Kontaktbrücken dabei sprungartig nach Auslösung eines von der Antriebswelle des Schalters aufgezogenen Energiespeichers, meist Federkraftspeichers. In der
DE 42 37 165 C1 ist, abweichend von diesen üblichen Konstruktionen, ein Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung beschrieben, wobei die festen Stufenkontakte längs einer Bahn sich in das Innere des Schalters erstrecken und von einem verschiebbaren Schaltmechanismus beschaltbar sind, der wiederum von der Antriebswelle angetrieben wird. Der vertikal verschiebbare Schaltmechanismus besteht dabei aus einem kontinuierlich von der Antriebswelle antreibbaren Aufzugsschlitten, der den neuen festen Stufenkontakt vorwählt, und einem durch den Aufzugsschlitten mittels eines Energiespeichers aufziehbarem Abtriebsteil, das nach Auslösung sprungartig dem Aufzugsschlitten nachläuft und dabei die eigentliche Lastumschaltung von der bisherigen Anzapfung der Stufenwicklung auf die vorgewählte neue Anzapfung vollzieht. Die dazu erforderlichen Schaltelemente sind Bestandteil des Abtriebsteiles.
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Aus der
DE 198 47 745 C1 ist ein weiterer, auf die Anmelderin zurückgehender, Laststufenschalter mit linear angeordneten Wählerkontakten bekannt geworden. Oberhalb der Wählerkontakte, also örtlich getrennt, befinden sich die den jeweiligen Wählerkontakten einer jeden Phase zugeordneten feststehenden Vakuumschaltröhren zur eigentlichen, sprungartigen Lastumschaltung. Zur Betätigung dieses Laststufenschalters ist ein Federenergiespeicher notwendig, der während seiner Aufzugsbewegung die Wählerkontakte betätigt, als auch die Vakuumschaltelemente durch seine sprungartige Abtriebsbewegung antreibt.
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Unabhängig vom konstruktiven Aufbau des Laststufenschalters, also mit rotierendem oder linear bewegbarem Kontaktsystem, bedarf es bei aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschaltern eines Federenergiespeichers zum sprungartigen Umschalten mittels des Kontaktsystems. Aus dem Stand der Technik bekannte Kraftspeicher werden zu Beginn jeder Betätigung des Laststufenschalters von einer Antriebswelle aufgezogen, d. h. gespannt. Die bekannten Kraftspeicher bestehen im Wesentlichen aus einem Aufzugsschlitten und einem Sprungschlitten, zwischen denen Kraftspeicherfedern als Energiespeicher angeordnet sind. Derartige Kraftspeicher sind beispielsweise der
DE 198 55 860 C1 sowie der
DE 28 06 282 B1 entnehmbar.
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Es wird eine anfängliche langsame Drehbewegung der Antriebswelle genutzt, um einen Aufzugsschlitten translatorisch aufzuziehen, um nachfolgend die wiederum translatorische Bewegung des Sprungschlittens in eine rotatorische Hauptbewegung der Abtriebswelle und in eine damit verbundene eigentliche Kontaktbetätigung zu überführen. Diese aufwändige Wandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung und wieder zurück in eine Drehbewegung erfordert einen hohen Platzbedarf der Kraftspeicherkonstruktion innerhalb des Laststufenschalters und zudem eine Vielzahl komplexer einzelner Baugruppen.
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Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es daher, einen Laststufenschalter anzugeben, der auf die aufwändige Konstruktion eines Kraftspeichers verzichtet und damit einen deutlich vereinfachten konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit bietet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung.
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Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, sowohl die Wählerkontakteinheit, als auch die Schaltmittel zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels eines gemeinsamen Motorantriebes ohne Zwischenschaltung eines Energiespeichers zu betätigen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vakuumschaltröhren direkt an einem Gleitschlitten der jeweiligen Wählerkontakteinheit angeordnet und der Motorantrieb treibt mittels eines Winkelgetriebes eine zentrale Gewindespindel an, die mit mehreren Gleitschlitten in Wirkverbindung steht, wobei jeder Gleitschlitten eine Spindelmutter aufweist und die Gewindespindel mit der Spindelmutter eines jeden Gleitschlittens zusammenwirkt und die Drehbewegung in eine synchrone Längsverschiebung der mehreren Gleitschlitten umwandelt, derart, dass dadurch sowohl die beweglichen Wählerkontakte als auch die Vakuumschaltröhren betätigbar sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Neuerung weist der Laststufenschalter ein an der Unterseite des Transformatordeckels befestigtes Getriebemodul auf, das mit dem an der gegenüberliegenden Außenseite des Transformatordeckels angeordneten Motorantrieb zusammenwirkt. Das Getriebemodul weist hierfür ein flanschartiges Dichtmodul auf, das direkt an der Unterseite des Transformatordeckels angeordnet ist und mit dem Motorantrieb lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, ist. An dem Getriebemodul ist zudem der gesamte Lastumschalter befestigt. Damit hat das Getriebemodul sowohl die Aufgabe, den Laststufenschalter zu halten, als auch mittels des Dichtmoduls gegenüber der Außenseite des Transformators abzudichten. Verwindungen des Transformatordeckels beim Transport des Trafos werden somit nicht an den Laststufenschalter übertragen. Zudem kann damit ein Anschlussflansch mit überfräster Dichtfläche am Transformatordeckel entfallen. Darüber hinaus bietet diese Art der vorgeschlagenen Befestigung eine für den Transformatorbauer einfache Montage des Laststufenschalters innerhalb des Transformatorkeckels.
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Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Neuerung werden die beweglichen Wählerkontakte jeweils in einem Kontaktträger aufgenommen und wirken mit an einer Trägerplatte angeordneten festen Wählerkontakten zusammen, derart, dass die einzelnen festen Wählerkontakte durch eine Längsverschiebung der beweglichen Wählerkontakte samt Gleitschlitten, also der Wählerkontakteinheit, entlang der Führungsstange beschaltbar sind. Durch die Hin- und/oder Herbewegung der Wählerkontakteinheit werden die einzelnen festen Wählerkontakte beschaltet und damit der Regelbereich des Laststufenschalters durchlaufen.
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Nachfolgend sind die Neuerung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine seitliche Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines neuerungsgemäßen Laststufenschalters
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2 eine Detailansicht der seitlichen Perspektivansicht nach 6a
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In 1 ist ein neuerungsgemäßer Laststufenschalter 1 in einer Perspektivansicht gezeigt, der direkt unterhalb eines nicht gezeigten Transformatordeckels eines ebenfalls nicht näher dargestellten Stufentransformators angeordnet ist. Eine genauere Beschreibung der Bauteile des Laststufenschalters 1 und deren Funktion ist der unten stehenden Beschreibung entnehmbar. Ein derartiger Stufentransformator, der aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, umfasst einen mit Isolieröl befüllten Transformatorkessel, in dem an einem Eisenjoch wenigstens eine Wicklung angeordnet ist. Diese Wicklung unterteilt sich in eine Stamm- und eine Regelwicklung, an der mehrere Wicklungsanzapfungen vorgesehen sind, die den Regelbereich bilden. Zudem weist der Laststufenschalter 1 ein an der Unterseite des Transformatordeckels befestigtes Getriebemodul 2 auf, das mit einem an der gegenüberliegenden Außenseite des Transformatordeckels angeordneten Motorantrieb 3 zusammenwirkt. Der Motorantrieb 3 kann dabei beispielsweise als handelsüblicher Schrittmotor ausgebildet sein. Das Getriebemodul 2 umfasst ein flanschartiges Dichtmodul 4, das direkt an der Unterseite des Transformatordeckels angeordnet ist und mit dem Motorantrieb 3 lösbar verbunden, insbesondere verschraubt, ist. An dem Getriebemodul 2 ist damit der gesamte Laststufenschalter 1 gefestigt. Das Getriebemodul 2 erfüllt sowohl die Aufgabe, den Laststufenschalter 1 zu halten, als auch mittels des Dichtmoduls 4 gegenüber der Außenseite des Transformators hermetisch abzudichten. Verwindungen des Transformatordeckels beim Transport des Transformators werden dadurch nicht an den Laststufenschalter 1 übertragen.
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Mit dem Getriebemodul 2 mechanisch verbunden ist eine Trägerplatte 5 aus dielektrischem Material, an der die einzelnen Baugruppen des Laststufenschalter 1 befestigbar sind. Die Trägerplatte 5 ist dabei aus elektrisch isolierendem Material gefertigt und dazu ausgebildet, alle wesentlichen Bauteile des Laststufenschalters 1 aufzunehmen. Als Schaltmitteln zur unterbrechungslosen Umschaltung sieht der neuerungsgemäße Laststufenschalter 1 Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6 vor, wobei jeweils zwei Vakuumschaltröhren 6.1 und 6.2, bzw. 6.3 und 6.4, bzw. 6.5 und 6.6 jeweils einer Phase des Laststufenschalters 1 zugeordnet sind und mit einer entsprechenden Wählerkontakteinheit 7.1 ... 7.3 zusammenwirken. Bei den Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6 handelt es sich um aus dem Stand der Technik bekannte Schaltmittel mit einem beweglichen Schaltkontakt 8.1 ... 8.6 sowie einem nicht näher dargestellten Festkontakt 9.1 ... 9.6. Eine jede Wählerkontakteinheit 7.1 ... 7.3 umfasst jeweils mehrere beschaltbare feste Wählerkontakte 10.1 ... 10.5, die elektrisch mit den Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des Stufentransformators verbunden sind, einen Kontaktträger 11.1 ... 11.3 mit jeweils zwei federnd gelagerten, beweglichen Wählerkontakten 12.1 und 12.2 sowie jeweils zwei Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6, die direkt an einem entsprechenden Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 der jeweiligen Wählerkontakteinheit 7.1 ... 7.3 angeordnet sind. Abhängig vom Umschaltprinzip, also nach dem Reaktor- oder Widerstandsschnellschalt-Prinzip, sind dabei Mittelstellungen, in denen der eine bewegliche Wählerkontakt, beispielsweise der bewegliche Wählerkontakt 12.1, den ersten festen Wählerkontakt, beispielweise den festen Wählerkontakt 10.1, und der andere bewegliche Wählerkontakt, beispielsweise der bewegliche Wählerkontakt 12.2, den zum ersten festen Wählerkontakt benachbarten zweiten festen Wählerkontakt, beispielsweise den festen Wählerkontakt 10.2, beschaltet, als stationäre Betriebsstellung des Laststufenschalters 1 zulässig. Damit sind nach dem Rekatorschaltprinzip bei hier 5 dargestellten festen Wählerkontakten 8.1 ... 8.5 neun stationäre Betriebsstellungen möglich, während es bei einem Laststufenschalter 1 nach dem Widerstandschnellschalt-Prinzip, bei dem keine Mittelstellungen zulässig sind, nur 5 stationäre Betriebsstellungen gibt.
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In der Abbildung der 1 gibt es beispielhaft drei Wählerkontakteinheiten 7.1, 7.2 und 7.3; eine jede Wählerkontakteinheit 7.1, 7.2 und 7.3 ist dabei mit einer separaten Phase, also Wicklung, des Stufentransformators verbunden. Der Kontaktträger 11.1 ... 11.3 einer jeden Phase ist dabei an einem Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 mechanisch fixiert und bildet zusammen mit diesem eine bauliche Einheit. Aufgenommen wird der Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 an einer Schiene 14 sowie an einer, zu der Schiene 14 parallel angeordneten, Gewindespindel 15, derart, dass die einzelnen festen Wählerkontakte 10.1 ... 10.5 durch eine Längsverschiebung der beweglichen Kontakte 12.1 ... 12.3 samt Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 entlang der Schiene 14 beschaltbar sind.
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Bei dieser Ausführungsform des neuerungsgemäßen Laststufenschalters 1 sind die Schaltmittel zur unterbrechungslosen Umschaltung, also die Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6, direkt an dem entsprechenden Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 der jeweiligen Wählerkontakteinheit 7.1 ... 7.3 angeordnet und samt diesem entlang der Gewindespindel 15 verfahrbar ausgebildet. Eine jede Wählerkontakteinheit 7.1 ... 7.3 hat bei dieser Ausführungsform ihre eigene, in dieser Darstellung nicht sichtbare, Spindelmutter 16.1 ... 16.3 in dem entsprechenden Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 angeordnet, so dass die Wählerkontakteinheiten 7.1 ... 7.3 damit entlang der Gewindespindel 15 synchron verschiebbar ausgebildet sind. Die Gewindespindel 15 ist aus mehreren Teilstücken zusammengebaut und weist zwischen den entsprechenden Teilstücken jeweils ein aus elektrisch isolierendem Material geformtes Kupplungsrohr 17.1 ... 17.2 auf. Zudem ist ein Winkelgetriebe 18 vorgesehen, um die Drehbewegung des Motorantriebs 3 auf die Gewindespindel 15 weiterzugeben. Zwischen dem Motorantrieb 3 und dem Winkelgetriebe 18 ist eine Isolierwelle 19 aus dielektrischem Material angeordnet, die die Drehbewegung des Motorantriebs 3 in das Winkelgetriebe 18 einleitet. Die Festkontakte 9.1 ... 9.6 der an dem entsprechenden Gleitschlitten 13.1 ... 13.3 angeordneten Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6 sind jeweils mittels Litzen 20.1 ... 20.6 an der Trägerplatte 5 verschraubt und mit nicht dargestellten Überschaltdrosseln bzw. Überschaltwiderständen elektrisch verbunden. Überschaltdrosseln sind nach dem Reaktorschaltprinzip und Überschaltwiderständen nach Widerstandsschnellschaltprinzip vorgesehen. Die beweglichen Schaltkontakte 8.1 ... 8.6 der Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6 stehen mit einer Kipphebelanordnung 21.1 ... 21.6 in mechanischer Wirkverbindung, die jeweils eine Rolle 22.1 ... 22.6 aufweisen. In eingebauten Zustand der Laststufenschalters 1 sind die beweglichen Schaltkontakte 8.1 ... 8.6 der Vakuumschaltröhren 6.1 ... 6.6 mit den beweglichen Wählerkontakten 12.1 ... 12.2 der zugehörigen Phase elektrisch verbunden. Die entsprechenden Rollen 22.1 ... 22.6 wälzen sich bei einer Längsverschiebung des Gleitschlittens 13.1 ... 13.3 an der Profilierung einer Kulissenschiene 23.1 ... 23.3. entlang, so dass damit die jeweilige Kipphebelanordnung 21.1 ... 21.6 den entsprechenden beweglichen Schaltkontakt 8.1 ... 8.6 der dazugehörigen Vakuumschaltröhre 6.1 ... 6.6 abhängig von der Profilierung der Kulissenschiene 23.1 ... 23.3 beschaltet, d. h. öffnet oder schließet. Die festen Wählerkontakte 10.1 ... 10.5, von denen man in dieser Darstellung nur die festen Wählerkontakte 10.3 ... 10.5 sieht, sind hier direkt an der Trägerplatte 5 angeordnet und auf der hier nicht dargestellten, gegenüberliegenden Seite, der Trägerplatte 5 elektrisch mit den entsprechenden Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des Stufentransformators verbunden.
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der neuerungssgemäße Laststufenschalter 1 damit sowohl nach dem Reaktorschaltprinzip, als auch nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip einsetzbar ist. Abhängig vom zu Grunde liegenden Umschaltprinzip sind bei hier 5 dargestellten festen Wählerkontakten 10.1 ... 10.5 nach dem Reaktorschaltprinzip 9 stationäre Betriebsstellungen zulässig, während bei einem nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip aufgebauten neuerungsgemäßen Laststufenschalter 1 lediglich 5 stationäre Betriebsstellungen zulässig sind.
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Der erfindungsgemäße Laststufenschalter kann besonders vorteilhaft an Verteiltransformatoren zur Spannungsregelung von Ortsnetzen verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter
- 2
- Getriebemodul
- 3
- Motorantrieb
- 4
- Dichtmodul
- 5
- Trägerplatte
- 6.1 ... 6.6
- Vakuumschaltröhre
- 7.1 ... 7.3
- Wählerkontakteinheit
- 8.1 ... 8.6
- bewegliche Schaltkontakte
- 9.1 ... 9.6
- Festkontakte
- 10.1 ... 10.5
- feste Wählerkontakte
- 11.1 ... 11.3
- Kontaktträger
- 12.1, 12.2
- bewegliche Wählerkontakte
- 13.1 ... 13.3
- Gleitschlitten
- 14
- Schiene
- 15
- Gewindespindel
- 16.1 ... 16.3
- Spindelmutter
- 17.1 ... 17.2
- Kupplungsrohr
- 18
- Winkelgetriebe
- 19
- Isolierwelle
- 20.1 ... 20.6
- Litze
- 21.1 ... 21.6
- Kipphebelanordnung
- 22.1 ... 22.6
- Rollen
- 23.1 ... 23.3
- Kulissenschiene
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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 102009043171 A1 [0003]
- DE 4237165 C1 [0004]
- DE 19847745 C1 [0005]
- DE 19855860 C1 [0006]
- DE 2806282 B1 [0006]
