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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Entstörfilter insbesondere für den Antriebsstrang von Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik sind bereits Entstörfilter bekannt, die im Bereich der Fahrzeugtechnik und dort vor allem für Stromkreise in der elektrischen Anlage von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Bei den bekannten Entstörfiltern werden als kapazitiver Teil meistens sogenannte Durchführungskondensatoren verwendet. Derartige Durchführungskondensatoren sind relativ teuer und benötigen viel Platz im häufig sehr beschränkten Raumangebot im Einbauraum von Kraftfahrzeugen. Darüber hinaus haben die bekannten Entstörfilter den wesentlichen Nachteil, dass die Eigenverlustleistung durch Erwärmung der als induktiver Teil wirkenden Spule sehr hoch ist.
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Es sind auch bereits Entstörfilter mit preiswerteren Folienwickelkondensatoren bekannt. Als Induktivität wird bei derartigen Entstörfiltern keine Spule, sondern die Eigeninduktivität eines Leiters genutzt, der in Reihe in die zu entstörende Leitung geschaltet wird.
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DE 36 25 368 A1 offenbart beispielsweise einen derartigen Entstörfilter für Stromkreise einer elektrischen Anlage von Kraftfahrzeugen. Der Entstörfilter umfasst einen in die zu entstörende Leitung geschalteten induktivitätsarmen Leiter und eine Kapazität, die breitflächig mit dem Leiter und einem zugleich als Abschirmmantel dienenden Metallgehäuse verbunden ist. Mit einem derartigen Entstörfilter wird bei einer Dauerbelastung bis 200 A eine hohe Dämpfung über einen relativ breiten Frequenzbereich erreicht, ohne den Entstörfilter zu überhitzen.
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Nachteilhaft hieran ist, dass der Entstörfilter aufgrund des mechanischen bzw. konstruktiven Aufbaus durch äußerliche Krafteinwirkung wie z.B. Erschütterungen über Schiene und Gehäuse gefährdet sind. Gleichzeitig besteht die Gefahr, dass Kurzschlüsse auftreten und eine zu hohe thermische Belastung hervorgerufen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Entstörfilter für den Antriebsstrang von Fahrzeugen bereitzustellen, der die Nachteile im Stand der Technik überwindet. Der Entstörfilter soll insbesondere eine relativ hohe mechanische Festigkeit und eine gute mechanische Entkopplung aufweisen. Gleichzeitig soll der Montageaufwand reduziert werden. Die Dämpfungseigenschaften und Belastungskennzahlen sollen mit diesem neuen Entstörfilter ebenfalls verbessert werden.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15.
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Bei einem Entstörfilter mit einem Gehäuse, durch das eine Stromschiene geführt ist, auf der eine Leiterplatte mit mindestens einem Kondensator angeordnet ist, wobei die Stromschiene eine Eigeninduktivität aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf einer von der Stromschiene abgewandten Seite der Leiterplatte mindestens zwei Kondensatoren nebeneinander angeordnet sind.
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Durch die Verwendung zweier Kondensatoren können diese relativ flach ausgebildet sein. Dadurch und weil die zwei Kondensatoren auf derselben Seite der Stromschiene angeordnet sind, ergibt sich eine geringe Bauhöhe. Dabei können beide Kondensatoren auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein, was die Montage vereinfacht, wobei durch die Leiterplatte auch eine einfache Isolierung zwischen den Kondensatoren und der Stromschiene erreicht wird. Gleichzeitig werden durch den Einsatz zweier Kondensatoren gute Dämpfungseigenschaften des Entstörfilters erhalten.
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Durch die Nutzung der Eigeninduktivität des Leiters entsteht keine zusätzliche Eigenverlustleistung durch Erwärmung einer induktiven Spule. Somit ist die Verlustleistung insgesamt relativ gering. Dabei wird insbesondere der hochfrequente Dämpfungsbereich von 10 kHz bis 100 MHz abgedeckt, wobei der Entstörfilter bis zu einer Dauerbelastung von 300 A, bei einer Nennspannung von 30 V (DC), eingesetzt werden kann.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Stromschiene in Längsrichtung und weist an ihren Stirnseiten Endbereiche sowie einen mittleren Bereich auf. Die Endbereiche weisen in Querrichtung eine geringere Breite auf als der mittlere Bereich. Die Stromschiene ist dabei insbesondere symmetrisch ausgebildet und kann so einfach und unabhängig von ihrer Orientierung in das Gehäuse eingelegt werden. Die Leiterplatte mit den elektronischen Komponenten wie den Kondensatoren wird dabei im mittleren Bereich angeordnet, während die Endbereiche aus dem Gehäuse herausragen und zur elektrischen Einbindung in den elektrischen Stromkreis beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dienen.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Stromschiene einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei sie eine Stärke von 4 bis 7 mm, insbesondere 5 oder 6 mm aufweist. Eine Breite der Stromschiene beträgt dabei insbesondere zwischen 15 und 25 mm, wobei in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die Breite der Endbereiche 15 bis 17 mm, insbesondere 16 mm und die Breite des mittleren Bereichs 19 bis 21 mm, insbesondere 20 mm beträgt. Dieser Aufbau erweist sich als besonders vorteilhaft im häufig sehr beschränkten Einbauraum von Kraftfahrzeugen bei geringen elektrischen Verlustleistungen. Dabei können die Endbereiche durch die relativ geringe Breite einfach in die zu entstörende Leitung eingebunden werden.
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Die Stromschiene ist vorzugsweise aus sauerstofffreien, verzinnten Kupfer hergestellt. Dieses Material stellt eine bevorzugte Eigeninduktivität bereit und weist einen geringen elektrischen Widerstand auf, ermöglicht also einen eine gute Dämpfungswirkung bei einer geringen Verlustleistung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Endbereiche der Stromschiene durch Isolierdeckel geführt, die die stirnseitigen Öffnungen des Gehäuses verschließen. Die Isolierdeckel sind dabei aus einem elektrisch isolierenden Material, wie einem Kunststoffmaterial, hergestellt, wobei ein Polyamid, insbesondere PA12, bevorzugt ist. Ein derartiges Material weist eine gute Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und hohe Festigkeit auf. Die Isolierdeckel weisen dabei insbesondere einen Rand mit einer umlaufenden Klebenut auf, wobei der Rand an einer Innenseite des Gehäuses anliegt. Der eingesetzte Klebstoff kann dabei die Schutzklasse IP65 aufweisen. Die Klebstoff-Schutzklasse IP65 weist eine sehr hohe chemische Beständigkeit sowie Zug- und Scherfestigkeit auf. Das Gehäuse ist so mit den Isolierdeckeln und die Isolierdeckel mit der Stromschiene fluiddicht verbunden. Die Isolierdeckel schützen die Leiterplatte mit den Kondensatoren im Gehäuse vor Verschmutzungen und Feuchtigkeit und unterbinden somit die Gefahr von Kurzschlüssen. Gleichzeitig kann so eine lange Betriebsdauer des Entstörfilters sichergestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Stromschiene zwischen den Isolierdecken formschlüssig gehalten. Dafür kann die Stromschiene an Übergängen des mittleren Bereichs in die Endbereiche Anlegeflächen aufweisen, die sich in Querrichtung erstrecken. Diese vorgesehenen Anlegeflächen liegen dann an den korrespondierenden Flächen an der Innenseite der Isolierdeckel an. Damit ist die Position der Stromschiene innerhalb des Gehäuses eindeutig definiert und verändert sich auch durch äußere Krafteinwirkungen, wie Erschütterungen, nicht. Dabei kann die Montage durch den konstruktiven Aufbau schnell und einfach erfolgen und es sind keine zusätzlichen Verbindungsmittel zwischen Stromschiene und Gehäuse erforderlich.
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Vorzugsweise sind an den Endbereichen gefaste Ecken sowie Öffnungen für Fixiermittel ausgebildet. Die Stromschiene kann dadurch über die Fixiermittel wie beispielsweise Schrauben ohne großen Aufwand und mit geringem Bauraumbedarf in die zu entstörenden Leitung eingebunden werden.
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Die Leiterplatte ist bevorzugt im mittleren Bereich der Stromschiene angeordnet und insbesondere in Querrichtung breiter ausgebildet als der mittlere Bereich. Die zwei Kondensatoren sind auf der von der Stromschiene abgewandten Seite der Leiterplatte in Querrichtung nebeneinander angeordnet und parallelgeschaltet. Die Anordnung von zwei nebeneinander positionierten parallelgeschalteten Kondensatoren führt zu einem optimalen Dämpfungsverhalten des Filters. Insbesondere auf die Reduzierung parasitärer Hochfrequenzeffekte wie beispielsweise auftretender Induktivitäten, hat die Konstellation mit zwei Kondensatoren vorteilhafte Auswirkung. Die Kondensatoren erreichen in Summe eine Kapazität von 8 bis 12 mF, insbesondere von 9 bis 10 mF. Dabei haben vorzugsweise beide Kondensatoren die gleiche Kapazität.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf der von der Stromschiene abgewandten Seite der Leiterplatte mindestens ein Masseblech angeordnet ist, wobei das Masseblech insbesondere ein U-förmiges Profil aufweist und beabstandet zu den Kondensatoren angeordnet ist. Der Abstand des Masseblechs zu den Kondensatoren hat den Vorteil, dass die thermische Belastung der Kondensatoren bei Lötvorgängen nicht so hoch ist. Der Abstand des Masseblechs zu den Kondensatoren hat auch positive Auswirkungen auf die hochfrequente Dämpfung und ist hinsichtlich im Betrieb eines Kraftfahrzeuges auftretender Vibrationen bzw. Erschütterungen vorteilhaft, da eine mechanische Entkopplung stattfindet. Durch das U-förmige Profil werden relativ große Kontaktflächen zum einen zur Leiterbahn der Leiterplatte und zum anderen zu einem Massepunkt, wie dem Gehäuse, bereitgestellt. Dadurch ist eine dauerhafte Lötverbindung ohne großen Aufwand herstellbar.
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Das U-Profil hat bevorzugterweise einen oberen und einen unteren Schenkel, wobei es mit dem unteren Schenkel an der Leiterplatte befestigt ist und sich der obere Schenkel in Längsrichtung weiter in Richtung zu den Kondensatoren erstreckt, als der untere Schenkel. Durch die kürzere Ausgestaltung des unteren Schenkels wird der Bauraumbedarf auf der Leiterplatte geringgehalten, wobei der längere obere Schenkel eine entsprechend größere Kontaktfläche beispielsweise zum Gehäuse bereitstellt.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich das Masseblech über eine Höhe der Kondensatoren hinaus, wobei das Gehäuse elektrisch, beispielsweise durch Verschweißung, mit dem Masseblech verbunden ist. Die Höhe des Masseblechs und damit die Position des oberen Schenkels ist dabei auf das Gehäuse derart abgestimmt, dass der obere Schenkel an eine Innenseite des Gehäuses zu liegen kommt und so direkt mit dem Gehäuse verbunden werden kann. Damit wird eine zuverlässige und verlustarme elektrische Verbindung hergestellt. Das Gehäuse ist dann über eine Gehäuseverschraubung mit einem entsprechenden Fahrzeugbauteil, beispielsweise einem Fahrzeugrahmen, verbunden und liegt damit auf Massepotential. Indem das Masseblech eine größere Höhe als die Kondensatoren aufweist, wird ein Kontakt zwischen dem Gehäuse und einer Oberseite der Kondensatoren zuverlässig verhindert.
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Vorteilhafterweise ist das Gehäuse derart dimensioniert, dass es den mittleren Bereich der Stromschiene abschirmend umgibt, wobei in Querrichtung zwischen der Stromschiene und dem Gehäuse Luftspalte ausgebildet sind. Die Luftspalte verlaufen dabei insbesondere auf beiden Seiten der Stromschiene und ermöglichen eine freie Luftzirkulation und verhindern einen Kontakt zwischen Gehäuse und Stromschiene, der zu einem Kurzschluss führen würde.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Isolierdeckel sich in Längsrichtung erstreckende Auslassstutzen auf und sind insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Polyamid gefertigt. Die elektrische Isolierung hat den Vorteil, dass die Auslassstutzen der Isolierdeckel formschlüssig an der Stromschiene anliegen können und für die gewünschte Abdichtung sorgen. Auf den Auslassstutzen können abschirmende Schutzkappen aus einem elastischem Isolierstoff angeordnet werden, die die Endbereiche abdecken und elektrisch isolieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als Metallgehäuse aus einem bandförmigen Material durch Biegeverformung hergestellt und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Enden des bandförmigen Materials werden nach dem Biegen insbesondere über eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Hierdurch ist die Fertigung des Entstörfilters besonders kostengünstig und mit geringen Aufwand möglich.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 einen Entstörfilter mit Gehäuse und Anschlusselement in Draufsicht,
- 2 den Entstörfilter mit Gehäuse und Anschlusselement in Seitenansicht,
- 3 den Entstörfilter ohne Gehäuse und Anschlusselement in Draufsicht und
- 4 den Entstörfilter ohne Gehäuse und Anschlusselement in Seitenansicht
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1 zeigt in Draufsicht einen Entstörfilter 1 mit einem Gehäuse 50 und einem Anschlusselement 40 zur Verschraubung mit einem Fahrzeugbauteil wie einem Fahrzeugrahmen oder einer Spritzwand. Die Stromschiene 10 erstreckt sich in einer Längsrichtung L und ragt mit ihren beiden Endbereiche 12 stirnseitig aus dem Gehäuse 50 heraus. In den Endbereichen 12 ist jeweils eine Öffnung 31 ausgebildet, durch die ein Fixiermittel 30 in Form einer Schraube geführt ist. Die Endbereiche 12 weisen gefaste Ecken 16 auf, um zum einen scharfe Kanten und eine damit einhergehende Verletzungsgefahr zu vermeiden und um zum anderen insbesondere bei verwinkelten Anschlüssen mehr Raum zu geben.
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Stirnseitige Öffnungen 52 des Gehäuses 50 sind durch Isolierdeckel 51 fluiddicht verschlossen, die sich in Längsrichtung erstreckende Auslassstutzen 53 aufweisen, durch die die Stromschiene 10 geführt ist. Dabei sind die Isolierdeckel mit dem Gehäuse 50 verkleb und zwischen den Auslassstutzen 53 und den Endbereichen 12 der Stromschiene 10 ist eine fluiddichte Verbindung ausgebildet. Nicht dargestellt sind Schutzkappen, die auf die Auslassstutzen aufgeschoben werden können und die Auslassstutzen 53 sowie die Endbereich 12 umgeben und so elektrisch isolieren und vor äußeren Einwirkungen schützen.
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An einer Gehäuseoberseite ist schematisch ein Massepunkt 54 dargestellt, der zum Verschwei-ßen mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Masseblech dient.
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In 2 ist der Entstörfilter 1 in Seitenansicht dargestellt. Dabei sind die aus 1 bekannten Element mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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3 zeigt den Entstörfilter 1 ohne Gehäuse 50. In einem mittleren Bereich 13 der Stromschiene 10 ist eine Leiterplatte 20 angeordnet. Auf der Leiterplatte verlaufende, nicht dargestellte Leiterbahnen sind über eine Anschlussplatine 21 durch die Leiterplatte hindurch mit der Stromschiene verlötet. Auf einer von der Stromschiene abgewandten Seit der Leiterplatte 20 sind nebeneinander zwei parallel geschaltete Kondensatoren 22, 23 und ein Masseblech 24 angeordnet. Dabei ist das Masseblech 24 beabstandet zu den Kondensatoren 22, 23 auf der Leiterplatte 20 positioniert Die Leiterplatte 20 ist in Querrichtung Q breiter ausgebildet als der mittlere Bereich 13.
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Die Endbereiche 12 weisen in Querrichtung Q eine geringere Breite als der mittlere Bereich 13 auf und sind mit Fixiermittel 30, beispielsweise Befestigungsschrauben, versehen. Über die Fixiermittel 30 wird die Stromschiene 10 in die zu entstörenden Leitung eingebunden und mechanisch fixiert.
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An Übergängen des mittleren Bereichs 13 in die Endbereiche 12 sind Anlegeflächen 14 ausgebildet, die sich in Querrichtung Q erstrecken, aufweisen. Die Anlegeflächen 14 liegen später innerhalb des Gehäuses formschlüssig an Innenseiten der Isolierdeckel an und sorgen für eine formschlüssige Befestigung der Stromschiene innerhalb des Gehäuses.
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4 zeigt die Seitenansicht des Entstörfilters 1 ohne Gehäuse 50. Das Masseblech 24 weist ein U-förmiges Profil mit einem oberen Schenkel 25 und einem unteren Schenkel 26 auf. Das Masseblech 24 wird mit dem unteren Schenkel 26 an der Leiterplatte 20 verlötet, während der obere Schenkel 25 mit einer Innenseite des Gehäuses 50 verschweißt wird, womit eine Masseverbindung hergestellt wird. Dabei erstreckt sich der obere Schenkel 25 in Längsrichtung L weiter in Richtung der Kondensatoren 22, 23 als der untere Schenkel 26.
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Das Masseblech 24 erstreckt sich über eine Höhe der Kondensatoren 22, 23 hinaus, so dass immer ein ausreichender Abstand zwischen den Kondensatoren 22, 23 und dem Gehäuse eingehalten wird.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Die Stromschiene kann eine Stärke von beispielsweise 4, 5, 6, 7 oder 8 mm oder auch Werte dazwischen aufweisen, wobei die gewählte Stärke von der gewünschten elektrischen Leistung abhängig ist. Dabei ist sie vorzugsweise aus sauerstofffreiem, verzinntem Kupfer gefertigt. Das Gehäuse ist bevorzugt aus Stahl oder einem anderen Metall gefertigt. Dabei werden bevorzugt zwei parallel zueinander geschaltete Kondensatoren verwendet, eine abweichende Anzahl ist aber, wenn auch unter Performanceeinbußen, ebenfalls möglich. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet des Entstörfilter ist die Verwendung als Motor-Entstörfilter, also ein Einsatz beispielsweise neben der Lichtmaschine. Aber auch andere Einsatzgebiete, beispielsweise für An- und Aufbauten, sind gewünscht.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- L
- Längsrichtung
- Q
- Querrichtung
- 1
- Entstörfilter
- 10
- Stromschiene
- 12
- Endbereiche
- 13
- mittlerer Bereich
- 14
- Anlegeflächen
- 15
- Luftspalt
- 16
- gefaste Ecke
- 20
- Leiterplatte
- 21
- Anschlussplatine
- 22
- Kondensator
- 23
- Kondensator
- 24
- Masseblech
- 25
- oberer Schenkel
- 26
- unterer Schenkel
- 30
- Fixiermittel
- 31
- Öffnungen
- 40
- Anschlusselement
- 50
- Gehäuse
- 51
- Isolierdeckel
- 52
- Öffnungen
- 53
- Auslassstutzen
- 54
- Schweißpunkt
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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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