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Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Messgeräte zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe bekannt, die beispielsweise mittels eines Eindringkörpers Härtewerte nach diversen Standards bzw. Messverfahren durchführen können. Derartige Messgeräte werden entweder als Laboreinrichtungen bereit gestellt, in denen die Bestimmung der Härtewerte in kontrollierten Umgebungsbedingungen erfolgen kann, oder als Handmessgeräte, die über einen größeren Einsatzbereich verfügen.
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Aus der
DE 9318389 U1 ist ein elektronisches Prüfgerät zur Bestimmung der Härte von Kautschuk, Elastomeren und Kunststoffen nach
DIN 53505, mit wenigstens einer Prüfstempeleinheit nach Shore A und/oder Shore D für den Shore-Härtebereich bekannt, wobei das Prüfgerät mit getrennter Prüf-Stempeleinheit nach Shore A und/oder Shore D für den Shore-Härtebereich ausgebildet und zur Gewinnung exakter und reproduzierbarer Messwerte in dem begrenzten Messbereich für den netzunabhängigen Betrieb mit wiederaufladbaren Batterien eingerichtet ist.
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Bei der Bestimmung von Härtewerten ist es jedoch notwendig, neben dem definierten Messprogramm entsprechend des Mess-Standards auch die Temperatur der Umgebung bzw. des Prüflings im vorgeschriebenen Temperaturintervall zu halten.
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Nachteilig erweist es sich hier, dass sich Temperatur bei einem während eines Transports abgekühlten Prüflings nur sehr langsam an die Umgebungstemperatur angleicht. Folglich muss eine lange Zeitspanne gewartet werden, bevor die Messung vorgenommen werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe zu schaffen bzw. ein Verfahren zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe mit einem Messgerät anzugeben, bei denen die oben genannten Nachteile vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird demnach ein Messgerät zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe angegeben, das einen Eindringkörper umfasst, der in radialer Richtung von einer Auflageplatte umgeben ist und der mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung einer Eindringtiefe in einem Prüfkörper in Verbindung steht. Die Auflageplatte ist im Bereich eines Unterteils und aus einer das Unterteil begrenzenden Abschlussfläche hervortretend angeordnet. Die Abschlussfläche weist eine erste Messöffnung auf, die so ausgeführt ist, dass eine innerhalb des Unterteils hinter der ersten Messöffnung angeordnete erste Sensoreinheit eine Temperaturmessung einer Oberfläche des Prüfkörpers durchführen kann. Ein Ausgangssignal der ersten Sensoreinheit zur Messung der Temperatur des Prüfkörpers und ein Ausgangssignal der Messeinrichtung zur Bestimmung der Härte des Prüfkörpers sind übertragbar.
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Demgemäß wird bei dem erfindungsgemäßen Messgerät neben der an sich bereits aus dem Stand der Technik bekannten Messeinrichtung zur Bestimmung der Eindringtiefe ein dem Prüfkörper eine weitere Messeinrichtung in Form der ersten Sensoreinheit bereitgestellt, die durch ein auf der Unterseite des Messgeräts angeordnete Messöffnung eine Temperaturmessung der Oberfläche des Prüfkörpers durchführen kann. Die Temperaturmessung des Prüfkörpers erfolgt somit nahe derjenigen Stelle, die auch zur Bestimmung der Eindringtiefe herangezogen wird. Dies erhöht die Aussagekraft der Temperaturmessung, da diese beispielsweise nicht durch einen starken Temperaturgradienten des Prüfkörpers verfälscht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Ausgangssignale der ersten Sensoreinheit zur Messung der Temperatur des Prüfkörpers und der Messeinrichtung zur Bestimmung der Härte des Prüfkörpers zu einer oberhalb des Unterteils in einem Kopfteil angeordneten Anzeigeeinheit übertragbar.
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Demnach werden die Ausgangssignale der Messeinrichtung und der ersten Sensoreinheit innerhalb des Messgeräts weiter verarbeitet, um beispielsweise auf einer Anzeigeeinheit durch entsprechende Symbole angezeigt zu werden. Demnach kann sowohl die Temperatur des Prüfkörpers als auch die aus der Eindringtiefe abgeleitete Härte des Prüfkörpers bestimmt und/oder dargestellt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die beiden Werte miteinander kombiniert werden, so dass bereits ein bezüglich der Temperatur des Prüfkörpers kompensierter Härtewert darstellbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Ausgangssignale der ersten Sensoreinheit zur Messung der Temperatur des Prüfkörpers und der Messeinrichtung zur Bestimmung der Härte des Prüfkörpers zu einer Schnittstelle zum Anschluss eines Rechners übertragbar.
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Demnach werden die Ausgangssignale an eine Schnittstelle übertragen, so dass sie einem externen Rechner zuführbar sind. Der externe Rechner kann nun aus den Ausgangssignalen einen entsprechenden temperaturkompensierten Härtewert errechnen oder die Ausgangssignale jeweils einzeln abspeichern. Gemäß der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, dass die Schnittstelle zum Anschluss des Rechners zusätzlich oder anstelle zu der im Kopfteil angeordneten Anzeigeeinheit vorhanden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Kopfteil eine zweite Sensoreinheit angebracht, die eine Temperaturmessung der Umgebung des Messgeräts durchführen kann.
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Die zweite Sensoreinheit stellt als zusätzliche Messgröße die Umgebungstemperatur des Messgeräts zur Verfügung. Diese kann zusammen mit den Werten der Eindringtiefe bzw. Härte des Prüfkörpers, der Temperatur des Prüfkörpers oder dem bezüglich der Temperatur des Prüfkörpers kompensierte Härtewert des Prüfkörpers weiter verarbeitet und/oder abgespeichert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Messgerät mit einer weiteren Sensoreinheit ausgestattet, die eine Luftfeuchtigkeitsmessung der Umgebung des Messgeräts durchführen kann.
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Bekanntlich werden Härtemessungen verfälscht, sofern der Prüfkörper nicht bei den spezifizierten Umgebungsbedingungen einer Messung unterzogen wird, wozu auch die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Messgeräts gehört. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es daher, die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Messgeräts zusätzlich zu den bereits erläuterten Messgrößen zu bestimmen, um diese zu dokumentieren und/oder in weitere Berechnungen einfließen zu lassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Sensoreinheit berührungslos ausgeführt. Dazu kann die erste Sensoreinheit vorzugsweise als Emitter und Detektor für Infrarotstrahlung ausgeführt sein, wobei die erste Messöffnung ein in der Abschlussfläche eingebrachtes Fenster aufweist, das für Infrarotstrahlung teilweise oder vollständig transparent ist.
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Eine berührungslose Temperaturmessung beispielsweise mittels eines im Infrarotbereich arbeitenden Sensors ermöglicht eine einfache Realisierung der ersten Sensoreinheit, die insbesondere die oftmals mechanisch sehr komplexe und gegen Störungen anfällige Messeinrichtung zur Bestimmung der Eindringtiefe wenig oder gar nicht stört. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das Messgerät geeichte Härtewerte ausgeben soll.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Sensoreinheit mit einer Messspitze versehen, die zur Temperaturmessung den Prüfkörper berühren kann.
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Demnach kann alternativ zur oben geschilderten berührungslosen Temperaturmessung auch eine Bestimmung der Temperatur des Prüfkörpers über eine Messspitze erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bei dem Messgerät eine Steuereinheit eingerichtet, die Steuersignale an die Messeinrichtung und die erste Sensoreinheit abgeben kann um Messungen zur Bestimmung der Ausgangssignale der Messeinrichtung und der ersten Sensoreinheit zu starten.
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Demnach werden die Messeinrichtung zur Bestimmung der Eindringtiefe und die erste Sensoreinheit zur Bestimmung der Temperatur des Prüfkörpers von der Steuereinheit so kontrolliert, dass entsprechende Messwerte aufgezeichnet werden. Dabei kann die erste Sensoreinheit beispielsweise kontinuierlich Ausgangssignale abgeben, wobei nur dasjenige Ausgangssignal übertragen wird, das zum Zeitpunkt der Bestimmung der Eindringtiefe aufgenommen wurde. Dabei können beispielsweise entsprechende Mittelwertbildungen die Messgenauigkeit weiter erhöhen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Sensoreinheit nur dann Ausgangssignale abgibt, wenn auch die Messeinrichtung zur Bestimmung der Eindringtiefe aktiviert ist. Die Steuereinheit kann dabei im Kopfteil des Messgeräts integriert sein. Demnach wird ein kompakter Aufbau des Messgeräts erreicht, das autark zu betreiben ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Steuereinheit als externe Einheit mit dem Messgerät insbesondere über die Schnittstelle zum Anschluss des Rechners zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung startet die Steuereinheit die Messungen zur Bestimmung des Ausgangssignals der Messeinrichtung und des Ausgangssignals der ersten Sensoreinheit in Folge eines Aufsetzens des Messgeräts auf den Prüfkörper.
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Demnach wird eine automatische Messaufzeichnung gestartet, sobald das Messgerät auf den Prüfkörper aufgesetzt wurde. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung des Messgeräts.
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Die erste Sensoreinheit, die zweite Sensoreinheit oder die dritte Sensoreinheit können mit einer Kompensation der Eigentemperatur versehen sein.
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Dies ermöglicht die genauere Erfassung der jeweiligen Messgrößen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Ausgangssignal der Messeinrichtung und das Ausgangssignal der ersten Sensoreinheit von der Steuereinheit zu dem bezüglich der Temperatur des Prüfkörpers kompensierten Härtewert bearbeitbar und an die Anzeigeeinheit übertragbar.
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Demnach wird ein vollständig automatisches Messgerät beschrieben, bei dem die Ausgangssignale entsprechend korreliert und über die Anzeigeeinheit dargestellt werden. Ein derartiges Messgerät ist insbesondere beim Einsatz von Härteprüfgeräten im Rahmen beispielsweise einer Wareneingangskontrolle vorteilhaft einsetzbar.
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Das Messgerät kann in eine Halteanordnung eingeführt werden, um ein stationäres Messgerät zu schaffen. Es ist aber auch möglich, das Messgerät als Handmessgerät aufzubauen, so dass es beispielsweise für den Außeneinsatz oder den Einsatz bei einer Wareneingangskontrolle entsprechende Messungen durchführen kann. Insbesondere im letzteren Fall, bei dem oftmals keine definierten Umgebungsbedingungen vorliegen, ist die zusätzliche Bestimmung der Temperatur der Oberfläche des Prüfkörpers und/oder der Temperatur der Umgebung und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit von Vorteil.
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Außerdem wird ein Verfahren zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe mit einem oben beschriebenen Messgerät angegeben, bei dem eine Temperaturmessung der Oberfläche des Prüfkörpers und eine Härtemessung des Prüfkörpers mittels des Messgeräts durchgeführt werden.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Messgerät in einer Schrägansicht,
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2 ein erfindungsgemäßes Messgerät in einer schematischen Darstellung und
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3 das Messgerät aus 1 in einer Draufsicht von der Unterseite des Messgeräts her.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform eines Messgeräts MG beschrieben.
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Das Messgerät MG weist ein in Form eines Fußteils ausgeführtes Unterteil FT auf, an das sich ein Kopfteil KT anschließt. Eine Seite des Kopfteils KT ist mit einer beispielsweise digitalen Anzeigeeinheit AE versehen. Am unteren Ende des Fußteils FT befindet sich eine Abschlussfläche UA, in die eine Auflageplatte AP so angeordnet ist, dass die Auflageplatte AP aus der das Unterteil FT begrenzenden Abschlussfläche UA hervortritt. Die Auflageplatte AP weist eine Öffnung auf, durch die ein Eindringkörper MS hindurch tritt. Der Eindringkörper MS wird auf fachübliche Weise mittels einer Messeinrichtung (nicht in 1 gezeigt) zur Bestimmung einer Eindringtiefe in einem Prüfkörper verwendet. Die Abschlussfläche UA weist eine erste Messöffnung FE1 auf, wobei hinter der ersten Messöffnung FE1 eine innerhalb des Unterteils FT angeordnete erste Sensoreinheit SE1 angeordnet ist.
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Die erste Sensoreinheit SE1 kann eine Temperaturmessung einer Oberfläche des Prüfkörpers durchführen. Eine Temperaturmessung des Prüfkörpers kann auf unterschiedliche Weisen vorgenommen werden. So ist es zum einen möglich, dass eine Messspitze durch die erste Messöffnung FE1 tritt, um eine Temperaturmessung beim Berühren der Oberfläche des Prüfkörpers zu bewirken. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Temperaturmessung berührungslos beispielsweise mittels eines auf Infrarotstrahlung basierenden Sensors vorgenommen wird. Im ersteren Fall wäre die erste Messöffnung FE1 als Aussparung innerhalb der Abschlussfläche UA gebildet, im letzteren Fall wurde die erste Messöffnung FE1 in Form eines Fensters gebildet sein, das beispielsweise als Quarz-Fenster transparent oder wenigstens teiltransparent für Infrarotstrahlung wäre.
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Das Zusammenspiel der einzelnen Messeinrichtungen ist schematisch in 2 nochmals gezeigt. 2 ist dabei eine Querschnittsansicht des Unterteils FT des Messgeräts MG, wobei die elektronischen Komponenten und ihre Verbindungen untereinander lediglich schematisch eingezeichnet sind. Der in radialer Richtung von der Auflageplatte AP umgebene Eindringkörper MS ist mit der Messeinrichtung ME gekoppelt, wobei die Messeinrichtung ME beispielsweise die Beaufschlagung des Eindringkörpers MS mit einer Kraft und über eine optische Wegaufnahme die Bestimmung einer Eindringtiefe in dem Prüfkörper PK ermöglicht.
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Die Bestimmung von Härtewerten, insbesondere von elastischen Werkstoffen mittels des Eindringkörpers MS ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die erste Sensoreinheit SE, die im gezeigten Beispiel als berührungsloser Infrarot-Sensor, der einen Emitter und einen Detektor für Infrarotsstrahlung aufweist, ausgeführt ist, ist hinter der ersten Messöffnung FE1, die beispielsweise als Quarzfenster ausgebildet ist, angeordnet. Demnach kann die erste Sensoreinheit SE1 die Temperaturmessung der Oberfläche OF des Prüfkörpers PK durchführen.
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Die erste Sensoreinheit SE1 ist mit einer Steuereinheit ST verbunden, die auch Signale von der Messeinrichtung ME empfängt. Desweiteren kann es vorgesehen sein, dass eine zweite Sensoreinrichtung SE2 mit der Steuereinrichtung ST verbunden ist. Die zweite Sensoreinheit SE2 kann beispielsweise eine Temperaturmessung der Umgebung des Messgeräts MG durchführen. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die zweite Steuereinrichtung SE2 (oder eine weitere Steuereinrichtung, falls gewünscht) eine Luftfeuchtigkeitsmessung der Umgebung des Messgeräts durchführen kann.
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Die Steuereinheit ST kann die von den Sensoreinheiten SE1 und SE2 bzw. der Messeinrichtung ME empfangenen Daten an die Anzeigeeinheit AE weiter geben. Alternativ oder zusätzlich ist es auch vorgesehen, dass die Steuereinheit ST die Daten über eine Schnittstelle (nicht in 2 gezeigt) an einen externen Rechner überträgt.
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Vorteilhafterweise wird die Steuereinheit ST im Kopfteil KT des Messgeräts MG integriert. Es ist aber auch denkbar, dass die Steuereinheit ST als externe Einheit mit dem Messgerät MG verbunden wird, wobei dazu beispielsweise die oben beschriebene Schnittstelle herangezogen werden kann. Ein externer Rechner würde dann über die Schnittstelle Daten von der ersten Sensoreinheit SE1 bzw. der zweiten Sensoreinheit SE2 sowie der Messeinrichtung ME empfangen. Bei der Verwendung des Messgeräts MG als Handgerät kann eine automatische Aktivierung dadurch erfolgen, dass die Steuereinheit ST die Messungen zur Bestimmung des Ausgangssignals der Messeinrichtung ME und des Ausgangssignals der ersten Sensoreinheit SE1 infolge eines Aufsetzens des Messgeräts MG auf die Oberfläche OF des Prüfkörpers PK startet. Demnach wurden die entsprechenden Messwerte automatisch bei Benutzung des Messgerätes MG an die Anzeigeeinheit AE übermittelt werden bzw. könnten über die Schnittstelle von einem Rechner ausgelesen werden.
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Sämtliche Sensoreinheiten können auch mit einer Kompensation der Eigentemperaturen versehen sein, um die Genauigkeit der ermittelten Messgrößen weiter zu erhöhen. Die Möglichkeiten, die Ausgangssignale der Messeinrichtung ME bzw. der ersten Sensoreinheit SE1 oder der zweiten Sensoreinheit SE2 weiter zu verarbeiten, sind dabei sehr vielfältig. So kann die Steuereinheit ST auch mit einem Speicher versehen sein, der eine Aufzeichnung der entsprechenden Messwerte ermöglicht. Außerdem kann die Steuereinheit bereits die Messgrößen so kombinieren, dass ein bezüglich der Temperatur des Prüfkörpers PK kompensierter Härtewert berechnet wird und beispielsweise an die Anzeigeeinheit AE übertragen wird.
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Wie in 3 dargestellt, erfolgt auf der das Unterteil FT begrenzenden Abschlussfläche UA sowohl eine Messung der Eindringtiefe mittels des Eindringkörpers MS als auch eine Temperaturmessung durch die erste Messöffnung FE1 hindurch. Die beiden Messgrößen können sowohl einzeln weiter gegeben werden als auch korreliert als temperaturkompensierter Härtewert ausgegeben werden.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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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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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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