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Die Erfindung betrifft eine Sanitäreinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Reinigung einer solchen Sanitäreinrichtung nach dem Patentanspruch 16.
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Bei der Ultraschallreinigung von Gegenständen wird die vom Ultraschall-Generator erzeugte Energie in einem Ultraschallwandler (zum Beispiel ein PZT-Schwinger) in mechanische Schwingungsenergie umgewandelt, die in einem Frequenzbereich zwischen 20 kHz bis 40 kHz liegt. Durch die entstehenden Schalldruckamplituden wird der molekulare Zusammenhang der Reinigungsflüssigkeit an vorhandenen Inhomogenitäten (das heißt Verunreinigungen am Reinigungsgut) zerrissen, wodurch sich aufgrund von Kavitation kleinste Bläschen in der Reinigungsflüssigkeit bilden, die sehr instabil sind. Bei der Implosion dieser Bläschen werden hohe Druckimpulse erzeugt.
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Aus der
DE 29 715 574 A1 ist eine gattungsgemäße Sanitäreinrichtung mit einem Sanitärbecken bekannt, bei dem eine solche Ultraschallreinigung angewendet wird. Das Sanitärbecken ist über ein Beckensiphon mit einem Abflussrohr verbunden. Zudem ist das Beckensiphon mit Sperrwasser gefüllt, das als eine Geruchssperre wirkt. Im Reinigungsbetrieb wird das Sperrwasser im Beckensiphon vom Ultraschallwandler mit Druckimpulse beaufschlagt, um Verunreinigungen von der mit dem Sperrwasser in Kontakt befindlichen Becken-Innenseite abzulösen. Hierzu kann der Ultraschallwandler im Reinigungsbetrieb von einer elektronischen Steuereinheit mit einer oder mit unterschiedlichen Reinigungsfrequenzen angesteuert. Darüber hinaus erfolgt jedoch keine automatische Anpassung der Reinigungsfrequenz an die Innengeometrie und des Wasserstandes sowie an den Verunreinigungsgrad im Sanitärbecken oder an andere Prozessparameter, die die Reinigungswirkung beeinflussen können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sanitäreinrichtung mit einer Ultraschall-Reinigungseinrichtung oder ein Reinigungsverfahren bereitzustellen, bei dem das Reinigungsergebnis im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert werden kann.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 16 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass durch eine automatische oder selbsttätige Anpassung der Reinigungsfrequenz des Ultraschallwandlers an die aktuellen Prozessbedingungen das Reinigungsergebnis beträchtlich steigerbar ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die Ultraschallreinigungseinrichtung eine Auswerteinheit auf, mittels der im Hinblick auf die aktuellen Prozessparameter optimale Reinigungsfrequenzen bestimmbar sind. Erfindungsgemäß erfolgt vor dem eigentlichen Reinigungsbetrieb ein Suchlaufbetrieb, in dem der Ultraschallwandler mit unterschiedlichen Frequenzen angesteuert wird. Die Auswerteeinheit erfasst die dazu korrespondierende elektrische Leistungsaufnahme des Ultraschallwandlers oder einen damit korrelierenden Wert, das heißt bevorzugt die Ist-Stromaufnahme des Ultraschallwandlers. Auf der Grundlage der erfassten elektrischen Leistungsaufnahme ermittelt die Auswerteeinheit zumindest eine Reinigungsfrequenz, die optimal an die Becken-Innengeometrie oder an weitere Prozessparameter angepasst ist, die das Reinigungsergebnis beeinflussen können.
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Aus sämtlichen erfassten Wertepaaren, bestehend aus Frequenz mit dazu korrespondierenden Leistungsaufnahme, werden von der Auswerteeinheit die Frequenzen mit der höchsten Leistungsaufnahme als Reinigungsfrequenzen festgelegt. Die Auswerteeinheit ist in Signalverbindung mit der Steuereinheit, so dass die ermittelten Reinigungsfrequenzen als Sollvorgabe signaltechnisch zur Steuereinheit übermittelbar werden.
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Die elektrische Leistungsaufnahme ist insbesondere abhängig von der Resonanz im Sperrwasser sowie abhängig von der Innengeometrie des Sanitärbeckens. Erfindungsgemäß wird daher mittels integrierter Messung der Leistungsaufnahme bei unterschiedlichen Frequenzen die optimale Reinigungsfrequenz ermittelt und über Software eingestellt.
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Eine Reinigungswirkung an der Innenseite des Sanitärbeckens erfolgt, wenn die Ultraschallfrequenz der Resonanzfrequenz des mit dem Sperrwasser gefüllten Beckensiphons entspricht. Für die Reinigung ist ein radialer Schwingungsmodus von Vorteil, damit die gesamte Becken-Innenfläche gereinigt wird. Anhand von Berechnungsformeln tritt ein Radialmodus exemplarisch bei 40 kHz auf, wenn der Radius zum Beispiel 22,9 mm/40,09 mm/60,7 mm/79,7 mm oder 98,4 mm beträgt.
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In einer bevorzugten technischen Umsetzung kann im Suchlaufbetrieb die Steuereinheit den Ultraschallwandler mit einer kontinuierlichen Frequenzveränderung ansteuern. In diesem Fall kann besonders bevorzugt die Steuereinheit die Ultraschallfrequenz von einer unteren Grenzfrequenz bis zu einer oberen Grenzfrequenz insbesondere linear erhöhen. Gleichzeitig erfasst die Auswerteeinheit den sich ergebenden zeitlichen Leistungsaufnahme-Verlauf. Die Auswerteeinheit ist bevorzugt so ausgelegt, dass eine Frequenz an einem Scheitelpunkt im zeitlichen Leistungsaufnahme-Verlauf als Reinigungsfrequenz festlegbar ist. Ein solcher Scheitelpunkt ist ein „Peak” im Leistungsaufnahme-Verlauf, bei dem die Leistungsaufnahme vor und nach dem Scheitelpunkt an Seitenflanken nach unten abfällt.
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Wie oben erwähnt, erfolgt die Ultraschallreinigung zweistufig, und zwar mit einem Suchlaufbetrieb und einem zeitlich daran anschließenden Reinigungsbetrieb. Um die Gesamtdauer der Ultraschallreinigung zu reduzieren, ist es bevorzugt, wenn die Ermittlung der optimalen Reinigungsfrequenz im Suchlaufbetrieb zeitlich verkürzt stattfindet oder gegebenenfalls nur nach einer bestimmten Anzahl von Ultraschall-Reinigungsvorgängen erfolgt. Vor diesem Hintergrund kann die Auswerteeinheit eine Datenbank aufweisen, in der die ermittelte Reinigungsfrequenz hinterlegbar ist und für einen zukünftigen Reinigungsbetrieb vorgehalten werden kann.
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Wie oben erwähnt, korreliert die elektrische Leistungsaufnahme mit der Ist-Stromaufnahme des Ultraschallwandlers. Vor diesem Hintergrund kann die Ultraschalleinrichtung messtechnisch einfach eine Strommesseinheit aufweisen, mit der eine mit der elektrischen Leistungsaufnahme korrelierende Stromaufnahme erfassbar ist und diese zur Auswerteeinheit weiterleitbar ist.
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Im Hinblick auf ein einwandfreies Reinigungsergebnis ist die Positionierung des zumindest einen Ultraschallwandlers von großer Bedeutung. Bevorzugt kann das Sanitärbecken eine, das Sperrwasser-Volumen begrenzende Keramikwand aufweisen, die mit einer Montageöffnung durchsetzt ist. In der Montageöffnung der Begrenzungswand kann der Ultraschallwandler positioniert sein, und zwar unter Zwischenlage eines schwingungsentkoppelnden Dichtelementes zwischen dem Ultraschallwandler und dem Öffnungsrand der Montageöffnung. Der Ultraschallwandler kann zudem an seiner, dem Sperrwasser zugewandten Seite eine schallschwingende Platte aufweisen, die unmittelbar in Kontakt mit dem Sperrwasser ist. Die schallschwingende Platte kann dabei bevorzugt flächenbündig mit dem daran angrenzenden Öffnungsrandbereich der Begrenzungswand-Innenseite ausgerichtet sein.
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Zur weiteren Steigerung des Reinigungsergebnisses kann die Sanitäreinrichtung eine Wasserdüse aufweise. Mittels der Wasserdüse kann während des Reinigungsbetriebes ein mit Gas gefüllten Mikrobläschen angereichertes Reinigungswasser erzeugt und in das Sanitärbecken einströmen. Die Mikrobläschen können bevorzugt durch Kavitation erzeugt sein. Während des Reinigungsbetriebes implodieren diese Mikrobläschen und erzeugen dadurch kraftvolle Druckimpulse, die den Reinigungsvorgang an der Keramik-Innenseite unterstützen.
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Je nach Kurvenverlauf im zeitlichen Leistungsaufnahme-Verlauf können mehrere Scheitelpunkte vorliegen, deren zugeordnete Frequenzen von der Auswerteeinheit als Reinigungsfrequenzen festlegbar sind. Bei Vorliegen von mehreren Reinigungsfrequenzen kann die Steuereinheit im Reinigungsbetrieb den Ultraschallwandler zeitlich hintereinander mit den Reinigungsfrequenzen ansteuern.
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Zur weiteren Verbesserung des Reinigungsergebnisses kann die Sanitäreinrichtung eine Stauklappe aufweisen, mittels der ein Wasserdurchlauf durch das Beckensiphon blockierbar ist. In der Geschlossenstellung der Stauklappe wird somit der Sperrwasserspiegel im Sanitärbecken erhöht. Auf diese Weise erhöht sich auch die Kontaktfläche zwischen dem Sperrwasser und der Becken-Innenseite, wodurch eine flächenmäßig größere Ultraschall-Reinigungswirkung erzeugt wird.
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Aus Sicherheitsgründen kann das Sanitärbecken eine Überlaufleitung aufweisen, mittels der ab Erreichen eines oberen Grenz-Sperrwasserspiegels das Sperrwasser unter Überbrückung der geschlossenen Stauklappe in das Abwassernetz abfließbar ist.
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Durch den Einbau der Ultraschallreinigungs-Komponenten, nämlich Ultraschallwandler, Überlaufleitung sowie Stauklappe, ergibt sich eine komplexe Bauteil-Geometrie des Sanitärbeckens, die fertigungstechnisch schwierig herstellbar ist. Zur Vereinfachung der Bauteil-Geometrie des Sanitärbeckens können die für die Ultraschallreinigung erforderlichen Zusatzkomponenten zu einer vom Sanitärbecken separaten Vormontageeinheit zusammengefasst sein. Die Vormontageeinheit kann ein zum Beispiel aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse aufweisen, in dem der Ultraschallwandler, die Stauklappe sowie die Überlaufleitung integriert sind. Zudem kann das Gehäuse der Vormontageeinheit Anbindungspunkte aufweisen, mit deren Hilfe die Vormontageeinheit in eine korrespondierende Anschlusskontur des Sanitärbeckens montierbar ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn im Gehäuse der Vormontageeinheit ein Durchflusskanal bereitgestellt ist, der mit seinen Mündungsöffnungen strömungstechnisch einfach in den Abwasserweg vom Sanitärbecken zum Abflussrohr integrierbar ist. An der Durchflusskanalwand kann der Ultraschallwandler angeordnet sein. Zudem kann die Stauklappe innerhalb des Durchflusskanals positioniert sein.
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In gängiger Praxis kann das wandhängende Sanitärbecken Bestandteil einer WC-Installationsvorrichtung sein, bei der der Spülkasten in einer Unter-Putz-Bauweise ausgeführt ist. In der Einbaulage ragt das Sanitärbecken in den Raum hinein, um eine optimale Benutzung zu gewährleisten. Durch den Einsatz der Ultraschallreinigung-Komponenten kann die Ausladung des Sanitärbeckens sich vergrößern, welches aber in den üblicherweise kleinen Räumen störend ist.
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Zur Reduzierung der Bautiefe kann die oben erwähnte Vormontageeinheit, in der die zur Ultraschallreinigung erforderlichen Zusatzkomponenten integriert sind, zumindest teilweise sichtgeschützt in die unter Putz verbaute WC-Installationsvorrichtung hineinverlagert sein.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht eine WC-Installationsvorrichtung, die in eine Vorwand eines Toilettenraums unter Putz verbaubar ist;
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2 und 3 jeweils Diagramme, anhand derer ein Suchlaufbetrieb sowie ein Reinigungsbetrieb der im Sanitärbecken integrierten Ultraschallreinigung veranschaulicht ist;
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4 in einer Detailansicht einen in einer Keramikwand des Sanitärbeckens verbauten Ultraschallwandler;
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5 bis 8 jeweils Schnittansichten des Sanitärbeckens mit unterschiedlich positionierten Ultraschallwandlern;
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9 ein Sanitärbecken gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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10 und 11 ein Sanitärbecken gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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12 und 13 ein Sanitärbecken mit darin integrierbarer Vormontageeinheit;
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14 und 15 jeweils Ansichten entsprechend der 12 und 13 mit einer teilweise sichtgeschützt hinter einer Vorwand positionierten Vormontageeinheit.
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In der 1 ist schematisch eine WC-Installationsvorrichtung 1 für einen Toilettenraum gezeigt. Die WC-Installationsvorrichtung 1 ist in einer Unter-Putz-Bauweise ausgeführt, so dass in der nicht dargestellten Einbaulage lediglich ein von einer Vorwand 3 (z. B. 5 bis 8) nach vorne abragendes WC-Becken 5 sowie eine manuell druckbetätigbare Betätigungsplatte 7, mit der ein Spülvorgang einleitbar ist, sichtbar sind. Demgegenüber ist ein Installationsrahmen 6, ein Spülkasten 9, ein Spülrohr 11 sowie ein Abflussrohr 13 sichtgeschützt hinter der Vorwand 3 verbaut. Die Innenseite des WC-Beckens 5 ist die über ein Beckensiphon 15 mit dem zu einem Abwassernetz führenden Abflussrohr 13 verbunden. Der Beckensiphon 15 ist mit, als Geruchsperre wirkendem Sperrwasser (zum Beispiel 5 bis 11) gefüllt. Zudem ist in der 1 im Sanitärbecken 5 ein Ultraschallwandler 17 verbaut, der Bestandteil einer Ultraschall-Reinigungseinrichtung 19 ist. Die einzelnen Bausteine der Ultraschall-Reinigungseinrichtung 19 sind in der 1 in einem Blockschaltdiagramm als Funktionsbausteine in grob vereinfachter Darstellung angedeutet, die keinen realitätsgetreuen Aufbau der Ultraschalleinrichtung 19 wiedergibt.
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So ist in der 1 der Ultraschallwandler 17 in Signalverbindung mit einer Strommesseinheit 21, mittels der die Stromaufnahme I während eines Reinigungsbetriebes R (3) erfassbar ist. Die Strommesseinheit 21 ist über eine Signalleitung 23 mit einer Auswerteeinheit 25 in Verbindung. In der Auswerteeinheit 25 wird auf der Grundlage der erfassten Stromaufnahme I(t) eine Reinigungsfrequenz A, B, C ermittelt, bei der der Ultraschallwandler 17 ein optimales Reinigungsergebnis erzielt.
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Erfindungsgemäß ist der Ultraschall-Reinigungsvorgang aufgeteilt in einen Suchlaufbetrieb S (2) und in den Reinigungsbetrieb R (3). Der Start der Ultraschallreinigung erfolgt z. B. sensorgesteuert oder durch das Schließen des Toilettendeckels. Nach der Aktivierung der Ultraschallreinigung wird ein Suchlaufbetrieb S durchgeführt. Im Suchlaufbetrieb S steuert die Steuereinheit 18 den Ultraschallwandler 17 in kontinuierlicher Frequenzveränderung an, und zwar ausgehend von einer unteren Grenzfrequenz, die in der 2 beispielhaft bei ca. 20 kHz liegt, bis zu einer oberen Grenzfrequenz, die in der 2 bei ca. 60 kHz liegt. In der 2 wird die Frequenzveränderung linear durchgeführt, wodurch sich ein geradliniger Frequenzverlauf mit konstanter Steigung ergibt. Die sich an den Scheitelpunkten des zeitlichen Stromaufnahme-Verlaufes I(t) einstellenden Frequenzen A, B, C werden von der Auswerteeinheit 25 als Reinigungsfrequenzen festgelegt. Diese Reinigungsfrequenzen A, B, C werden als Sollvorgabe zur Steuereinheit 18 übermittelt. Der nachfolgende Reinigungsbetrieb R wird dann auf der Grundlage der ermittelten Reinigungsfrequenzen A, B, C durchgeführt. Wie aus der 3, unteres Diagramm, hervorgeht, steuert die Steuereinheit 18 den Ultraschallwandler 17 zeitlich hintereinander mit den unterschiedlichen Reinigungsfrequenzen A, B, C an. Die jeweiligen Reinigungsfrequenzen A, B, C werden dabei jeweils für ein vorgegebenes Zeitintervall konstant gehalten. In der 4 ist der Ultraschallwandler 17 in einer Einbaulage gezeigt. Demzufolge ist eine Keramikwand 27 des Sanitärbeckens 5, die ein Sperrwasser-Volumen begrenzt, mit einer Montageöffnung 29 durchsetzt. In der Montageöffnung 29 ist der Ultraschallwandler 17 positioniert, und zwar unter Zwischenlage eines schwingungsentkoppelnden Dichtelementes 31. Der Ultraschallwandler 17 weist auf seiner, dem Sperrwasser zugewandten Seite eine schallschwingende Platte 33 auf, die in etwa flächenbündig mit der Keramikwand-Innenseite abschließt. Die schallschwingende Platte 33 ist in unmittelbarem Kontakt mit dem Sperrwasser.
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In den 5 bis 8 sind unterschiedliche Einbaulagen des Ultraschallwandlers 17 gezeigt. In der 5 ist der Ultraschallwandler 17 zwischen den beiden Siphon-Schenkeln des Beckensiphons 15 positioniert. In der 6 sind an gegenüberliegenden Seitenwänden des Beckensiphons 15 jeweils ein Ultraschallwandler 17 positioniert. In der 7 ist der Ultraschallwandler 17 sichtgeschützt in einem hinterschnittigen Bereich zwischen dem Beckensiphon 15 und der Vorwand 3 positioniert. In der 8 ist der Ultraschallwandler 17 im Bereich eines, dem WC-Becken 5 zugewandten Siphonschenkel des Beckensiphons 15 positioniert.
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Zur weiteren Verbesserung des Reinigungsergebnisses ist das Sanitärbecken 5 in der 9 zusätzlich mit einer Wasserdüse 35 ausgebildet. Mittels der Wasserdüse 35 wird das in das Sanitärbecken 5 einströmende Reinigungswasser, zum Beispiel durch Kavitation, mit gasgefüllten Mikrobläschen 37 angereichert, wodurch der Reinigungseffekt beträchtlich gesteigert werden kann.
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Wie aus den 10 und 11 hervorgeht, kann das Sanitärbecken 5 zusätzlich eine Stauklappe 39 aufweisen, mittels der das Beckensiphon 15 blockierbar ist. In der 10 ist die Stauklappe 39 in ihrer Offenstellung, so dass ein ungestörter Wasserablauf erfolgen kann. In der 11 ist die Stauklappe 39 in ihrer Geschlossenposition, wodurch sich Sperrwasser aufstaut und der Sperrwasserspiegel im Sanitärbecken 5 im Reinigungsbetrieb R gesteigert wird. Zusätzlich weist das Sanitärbecken 5 in den 10 und 11 eine Überlaufleitung 41 auf, mittels der ab Erreichen eines oberen Grenz-Sperrwasserspiegels das Sperrwasser unter Überbrückung der geschlossenen Stauklappe 39 in das Abwassernetz abfließbar ist.
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In den 10 und 11 sind der Ultraschallwandler 17, die Stauklappe 39 sowie die Überlaufleitung 41 unmittelbar im Keramikmaterial des Sanitärbeckens verbaut. Dies führt zu einer komplexen Bauteil-Geometrie des Sanitärbeckens 5, die fertigungstechnisch schwierig herstellbar ist. Vor diesem Hintergrund sind in den 12 bis 15 der Ultraschallwandler 17, die Stauklappe 39 sowie die Überlaufleitung 41 in einer Vormontageeinheit 43 zusammengefasst. Die Vormontageeinheit 43 kann ein Kunststoff-Gehäuse 45 aufweisen, in dem die Komponenten 17, 39, 41 verbaut sind. Zudem kann das Kunststoff-Gehäuse 45 der Vormontageeinheit 43 außenseitige Anbindungspunkte zur Montage in einer Anschlusskontur 47 des Sanitärbeckens 5 aufweisen. In der 12 begrenzt die Anschlusskontur 47 einen Freiraum 49, in den die Vormontageeinheit 43 einsetzbar ist.
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Wie aus den 12 und 13 weiter hervorgeht, ist durch das Kunststoffgehäuse 45 ein Durchflusskanal 49 geführt, der in der Zusammenbaulage (13) einen Teilabschnitt des Beckensiphons 15 bildet. Der Ultraschallwandler 17 ist unmittelbar an einer Durchflusskanalwand positioniert, während die Stauklappe 39 innerhalb des Durchflusskanals 49 schwenkbar angeordnet ist.
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In der 13 ist die Vormontageeinheit 43 außerhalb der Vorwand 3 am Sanitärbecken 5 montiert. Entsprechend weist das Sanitärbecken 5 eine vergleichsweise große Bautiefe Δt auf. Zur Reduzierung der Bautiefe Δt kann die Vormontageeinheit 43 weitgehend sichtgeschützt in die unter Putz verbaute WC-Installationsvorrichtung 1 hineinverlagert sein, wie es in der 14 und 15 angedeutet ist.
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Die Ultraschallreinigung kann zeitgesteuert erfolgen. Nach dem Reinigungsbetrieb R erfolgt ein Nachspülen mit klarem Wasser. Zur weiteren Steigerung können während der Reinigung dem Sperrwasser Zusatzstoffe zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- WC-Installationsvorrichtung
- 3
- Vorwand
- 5
- Sanitärbecken
- 6
- Installationsrahmen
- 7
- Betätigungsplatte
- 9
- Spülkasten
- 11
- Spülrohr
- 13
- Abflussrohr
- 15
- Beckensiphon
- 17
- Ultraschallwandler
- 18
- Steuereinheit
- 19
- Ultraschalleinrichtung
- 21
- Stromaufnahme-Messeinheit
- 23
- Signalleitung
- 25
- Auswerteeinheit
- 27
- Begrenzungswand
- 29
- Montageöffnung
- 31
- Dichtelement
- 33
- schallschwingende Platte
- 35
- Wasserdüse
- 37
- Mikrobläschen
- 39
- Stauklappe
- 41
- Überlaufleitung
- 43
- Vormontageeinheit
- 45
- Gehäuse
- 47
- Anschlusskontur
- 49
- Durchflusskanal
- S
- Suchlaufbetrieb
- R
- Reinigungsbetrieb
- Δt
- Bautiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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