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Die
Erfindung betrifft eine Leuchte mit einem Gehäuse, einer
in einem Lichtaustrittsfenster des Gehäuses angeordneten,
insbesondere lichtdurchlässigen Lichtaustrittsscheibe,
einer innerhalb des Gehäuses angeordneten insbesondere
hocheffektiven Lampe, beispielsweise LED, und mit einer gehäuseinnenseitig
mit Abstand und parallel zur Lichtaustrittsscheibe angeordneten
Refraktionsscheibe mit einer Linsenstruktur, insbesondere in Form
einer Fresnelschen Linse zwischen Lampe und Lichtaustrittsscheibe.
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Eine
Leuchte mit einem Gehäuse, einer innerhalb des Gehäuses
angeordneten Lampe, einer in einem Lichtaustrittsfenster des Gehäuses
angeordneten Lichtaustrittsscheibe und einer zwischen Lampe und
Lichtaustrittsscheibe angeordneten Refraktionsscheibe ist aus der
DE 10 2006 021 963
A1 bekannt.
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Aus
der
EP 1 617 133 A2 ist
ein im Wesentlichen quaderförmiger Leuchtenkörper
bekannt, bei dem innerhalb eines Gehäuses eine Leuchtdiode vorgesehen
ist und eine Lichtaustrittsscheibe eingeprägte Strukturen
aufweist, die eine Fresnel-Linse ausbilden.
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Eine ähnliche
Anordnung beschreibt die
DE 100
34 594 B1 . Dort befinden sich auf einer Tragplatte eine
Vielzahl von Leuchtdioden, denen jeweils ein Linsensystem zugeordnet
ist.
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Die
DE 20 2005 009 623
U1 beschreibt eine Taschenlampe, bei der die Lampe von
einer LED ausgebildet ist. Zwischen einer Schutzscheibe und der
Lampe befindet sich ein Linsensystem.
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Die
DE 20 2008 004 842
U1 beschreibt ein im Wesentlichen quaderförmiges
Metallgehäuse, in dessen Innerem eine Leuchtstoffröhre
angeordnet ist und bei dem eine Gehäuserechteckwandung
ein Lichtaustrittsfenster aufweist, in dem eine Lichtaustrittsscheibe
wasserdicht eingesiegelt ist.
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Die
DE 4115 253 C2 beschreibt
ein Gehäuse für einen Näherungsschalter,
bei dem die Sensorfläche von einer Rechteckfläche
des würfelförmigen Gehäuses ausgebildet
ist. In einer Gehäuseaussparung befindet sich umwendbar
ein Befestigungswinkel, mit dem der Näherungsschalter in
verschiedenen Montagestellungen an einem Maschinenteil oder dergleichen
befestigbar ist. Innerhalb des Anschlussstutzens steckt ein Steckereinsatz,
mit dem der Näherungsschalter mittels eines Verbindungskabels
mit einem Verteiler verbunden werden kann.
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Die
DE 10 2006 031 589
A1 beschreibt eine Anordnung aus einer Vielzahl von Hochleistungsleuchtdioden,
die auf einen Träger aus einem keramischen Material aufgebracht
sind, wobei die die LEDs bildenden Halbleiterschichtstrukturen mit
einer unteren Kontaktfläche unmittelbar auf eine Leiterbahn aufgebracht
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Leuchte
gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.
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Zunächst
und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass der Abstandsraum zwischen
der Lichtaustrittsscheibe und der Refraktionsscheibe luftdicht gegenüber
der Umgebungsluft abgeschlossen ist. Er wirkt dann als Isolationsspalt
zwischen Refraktionsscheibe und Lichtaustrittsscheibe. Wird die
Leuchte in feuchten Umgebungen mit wechselnden Temperaturen eingesetzt,
kommt es zu keinen störenden Kondensationen von Wasser
auf den Breitseitenflächen von Lichtaustrittsscheibe bzw.
Refraktionsscheibe. Der Abstandsraum braucht bei der Fertigung der Leuchte
nicht mit trockener Luft gefüllt werden, obwohl dies förderlich
ist. Auch bei Feuchtigkeit enthaltender Luft tritt wegen des geringen Volumens
keine störende Kondensation auf. Bei den Lampen handelt es
sich bevorzugt um Hochleistungsleuchtdioden, bei denen die die LEDs
bildenden Halbleiterschichtstrukturen mit einer unteren Kontaktfläche
unmittelbar auf einer Leiterbahn aufgebracht sind, wobei sich diese Leiterbahn
auf einer Oberfläche eines Keramikträgers erstreckt.
Die Halbleiterschichtstrukturen sitzen dann auf einer Keramikplatte,
die sich parallel zur Refraktionsscheibe erstreckt. Bei den LED's
kann es sich aber auch um handelsübliche Produkte handeln, deren
Anschlussdrähte mit Leiterbahnen der Keramikplatte verbunden
sind. Lichtaustrittsscheibe, Refraktionsscheibe und Keramikplatte
können denselben Grundriss aufweisen. In einer bevorzugten
Variante besitzt die Wandung des Abstandsraumes zwischen der Refraktionsscheibe
und der Lichtaustrittsscheibe ein Druckausgleichselement. Dieses
kann als Kunststoffstopfen ausgebildet sein, der in eine Öffnung
eingesteckt ist und auch Weichgummi bzw. Silikon besteht. Bevorzugt
wird diese Öffnung von der Refraktionsscheibe ausgebildet
und liegt dort etwa in der Mitte zwischen mehreren Linsenstrukturen.
Das Druckausgleichselement kann die Form einer Hülse mit
einem kreisförmigen Grundriss aufweisen. Die Hülse
besitzt zwei voneinander beabstandete Ringkragen, die im eingebauten
Zustand an den Breitseiten der Refraktionsscheibe anliegen. Die
Hülse besitzt einen geschlossenen Boden. Dieser wird von
einer Membran ausgebildet. Die Membran ist elastisch und besitzt
Dehnungs- bzw. Verformungsfalten, insbesondere in Form von Zylinderwellen.
Ist der Binnendruck im Abstandsraum niedriger als der Außendruck,
so kann sich die Membran nach innen verformen. Ist der Binnendruck
größer als der Umgebungsdruck, so kann sich die
Membran nach außen verformen. Die Refraktionsscheibe ist
bevorzugt aus einem klarsichtigen Kunststoff gefertigt und besitzt
zu jeder der Leuchtdioden eine auf der zum Abstandsraum hinweisenden
Breitseite eingeprägte Fresnel-Linsen. Auf der ge-genüberliegenden,
zur Gehäuseinnenseite hinweisenden Breitseite besitzt die Refraktionsscheibe
einen Reflektor. Der Reflektor ist der Refraktionsscheibe materialeinheitlich
angeformt. Die Refraktionsscheibe kann als Spritzgussteil gefertigt
werden. Der Reflektionskörper besitzt eine zentrale Höhlung,
in die die Kuppel eines Leuchtdiodengehäuses aus Kunststoff
hineinragt. Die Außen-wandung des Reflektors, die ebenfalls
kuppelförmig verläuft, bildet die Reflektionsfläche.
Das aus Kunststoff bestehende Gehäuse der Leuchtdiode kapselt
die die LED bildende Halbleiterschichtstruktur. Das Lichtaustrittsfenster
erstreckt sich bevorzugt über eine gesamte rechteckige
Breitseite des Gehäuses und dient als Montageöffnung
für die Elemente der Leuchte. Durch diese Montageöffnung
kann ein Innengehäuse aus Metall oder Kunststoff in das
aus Metall bestehende Leuchtengehäuse eingesetzt werden.
Das Innengehäuse ist Träger der Keramikplatte und
bevorzugt aus wärmeleitfähigem Material. Durch das
Lichtaustrittsfenster kann darüber hinaus ein Dichtungsrahmen
eingesetzt werden, welcher die Refraktionsscheibe und die Lichtaustrittsscheibe trägt,
die aus gehärtetem Glas besteht. Der Dichtungsrahmen besitzt
eine Distanzleiste, an deren voneinander wegweisenden Breitseiten Randabschnitte
der Lichtaustrittsscheibe bzw. der Refraktionsscheibe anliegen.
Der Abstand der beiden Breitseiten der Distanzleiste definiert die
Spalthöhe des Abstandsraumes zwischen Refraktionsscheibe
und Lichtaustrittsscheibe. Parallel und mit Abstand zur Distanzleiste
bildet der Dichtungsrahmen eine Tragleiste aus, die die Refraktionsscheibe untergreift.
Zwischen dem Rahmen und der Laibung des Lichtaustrittsfensters befinden
sich ein oder mehrere Dichtlippen, die das Gehäuseinnere
nach außen hin abdichten. Zwischen Dichtungsrahmen und
Innengehäuse kann ebenfalls eine umlaufende Dichtlippe
vorgesehen sein. Der Rahmen ist in das Gehäuse eingepresst.
Um das Gehäuse in verschiedenen Montagestellungen an einem
Maschinengestell oder dergleichen zu befestigen, steckt innerhalb einer
Gehäuseaussparung ein Befestigungswinkel. Dieser ist dort
angeschraubt. Durch Lösen der Befestigungsschrauben kann
der Befestigungswinkel abgenommen und umgewendet werden, so dass
ein dem Befestigungswinkel angeformter Anschlussstutzen einer anderen
Breitseitenfläche des Gehäuses zugeordnet ist.
In einer Höhlung des Anschlussstutzens steckt ein Steckereinsatz
in Form eines Gehäusesteckers mit einer Einstecköffnung
für einen Kontaktsockel einer Kupplung. Dabei treten Kontaktstifte des
Gehäusesteckers in Kontaktöffnungen des Kupplungssockels
ein. Es handelt sich bevorzugt um einen M12-Gewindestecker mit einem
Außengewinde, auf den eine korrespondierende M12-Gabelkupplung
eines Verbindungskabels aufsteckbar ist. Die Kupplung besitzt eine
drehbare Überwurfmutter mit einem Innengewinde, welches
auf das Außengewinde aufschraubbar ist. An dem anderen
Ende des Kabels befindet sich ein M12-Gewindestecker, der in eine
Steckbuchse eines Verteilers eines Bussystems eingesteckt werden
kann.
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Die
Standardkupplung, die mit dem Gehäusestecker der Leuchte
bzw. mit dem Gewindestecker am Ende des Kabels verbunden werden
kann, besitzt Kontaktelemente, die mit einer Energieversorgungsleitung
und Kontaktelemente, die mit einer Signalleitung verbunden sind.
Die Energieversorgungsleitung und die Signalleitung liegen in einem
Kabel. Das Kabel ist einem Signalverteilungssystem, beispielsweise
einem Bussystem und insbesondere einem Feldbussystem zugeordnet.
Der Anschluss kann an einen passiven Signal-Verteiler oder aber
auch direkt an einen SPS-Ausgang erfolgen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, die eigenständigen
Charakter aufweist, handelt es sich bei der Leuchte um ein Element
eines Signalverteilungssystems und insbesondere um ein Feldbuselement
eines Feldbussystems. Der Gehäusestecker ist vom Typ eines
Standardsteckers des Feldbussystems. Die Lampe der Leuchte wird
von der Versorgungsspannung des Bussystems energieversorgt. Die
Lampe kann von Steuersignalen eines Steuerrechners des Feldbussystems
ein-/ausgeschaltet werden.
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Die
Erfindung betrifft darüber hinaus ein Feldbussystem mit
einem standardisierte Steckbuchsen aufweisenden Verteiler, der mit
einer Busleitung an einer Steuereinrichtung angeschlossen ist und über
einen in eine der Steckbuchsen eingesteckten Stecker und ein mit
dem Stecker verbundenes Anschlusskabel ein Feldgerät mit
einer Betriebsspannung und mit Steuersignalen versorgt. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass zumindest ein Feldgerät eine Leuchte der
zuvor beschriebenen Art ist mit einer hocheffizienten Lampe, bspw.
einer LED, die mit der Betriebsspannung energieversorgt und mit
den Steuersignalen ein- und ausschaltbar ist. Die Leuchte hat gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung die Form eines handelsüblichen
Näherungsschalters, insbesondere eine Kubusform und ein
Gehäuse, wie es von der
DE 41 15 253 C2 beschrieben wird. Der Lampenträger,
der von einer Keramikplatte ausgebildet ist, ist in einer bevorzugten
Variante derartig ausgestaltet, wie er von der
DE 10 2006 031 589 A1 beschrieben
wird. Die beiden Druckschriften werden deshalb vollinhaltlich mit
in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung einbezogen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels in
zusammengebautem Zustand;
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2 eine
erste Explosionsdarstellung;
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3 eine
zweite Explosionsdarstellung;
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4 eine
Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche und
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5 einen
Schnitt gemäß der Linie V-V in 4.
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Das
Gehäuse der in den Zeichnungen dargestellten Leuchte besteht
aus Metall. Das Gehäuse
1 hat die äußere
Form eines Kubus und entspricht im Wesentlichen dem Gehäuse,
welches die
DE 41 15 253
C2 beschreibt. In einer Eckaussparung
27 des Gehäuses
1 befindet
sich ein aus Metall oder Kunststoff bestehender Befestigungswinkel
26,
der in verschiedenen Stellungen mit dem Gehäuse
1 verschraubt
ist. Die Außenkontur des Befestigungswinkels
26 ergänzt
die Gehäuseaussparung
27, so dass das Gehäuse
1 die
besagte Kubusform aufweist. Vom Befestigungswinkel
26 ragt
ein Anschlussstutzen
28 ab, der eine zylinderförmige Öffnung
aufweist, in der ein Steckereinsatz
29 einsteckt. Der Steckereinsatz
besitzt eine umfängliche Ringkerbe
34. Die den
Anschlussstutzen
28 ausbildende Zylinderhülse besitzt
in ihrer Mantelwand mehrere Befestigungsöffnungen
30,
in die Befestigungsschrauben eingedreht werden können.
Die Spitzen der Befestigungsschrauben greifen in die Ringkerbe
34 ein,
um den Steckereinsatz
29 gegenüber dem Anschlussstutzen
28 axial
und drehfest zu halten.
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Der
Steckereinsatz 29 ist Träger eines Gehäusesteckers
mit einem Außengewinde und einer Einstecköffnung 32 zum
Einstecken eines Sockels einer Kupplung. Vom Boden der Einstecköffnung 32 ragen
eine Vielzahl von Kontaktstiften 33 ab. Über diese
Kontaktstifte 33 wird eine im Gehäuse 1 angeordnete
Lampe energieversorgt bzw. ein- und ausgeschaltet.
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Eine
insbesondere quadratische Breitseitenfläche des Gehäuses 1 bildet
ein Lichtaustrittsfenster 2. Durch dieses Lichtaustrittsfenster 2 können
die inneren Bestandteile des Gehäuses 1 in das
Innere des Gehäuses 1 eingesetzt werden.
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Zu
den inneren Bestandteilen zählt ein insbesondere aus Kunststoff
bestehendes Innengehäuse 24, welches eine Kabeldurchführung 25 aufweist. Letztere
fluchtet mit einer Gehäuseöffnung 31.
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Das
Innengehäuse 24 ist Träger einer Keramikplatte 17.
Auf der Keramikplatte verlaufen nicht dargestellte Leiterbahnen.
Diese versorgen Halbleiterschicht strukturen 16 mit Energie.
Bei den Halbleiterschichtstrukturen 16 handelt es sich
um Leuchtdioden. Sie sind überfangen von einem Gehäuse 15 mit
einer Kuppel 15'. Das Gehäuse 15 ist
aus klarsichtigem, ggf. gefärbtem Kunststoff ausgebildet.
Auf der Keramikplatte 17 befinden sich insgesamt drei derartig
ausgebildete kuppelförmige Leuchtdioden 15. Die
Halbleiterstrukturen 16 sind über Wärmeleitpaste
mit der Keramikplatte 17 verbunden.
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Parallel
und beabstandet zur quadratischen Keramikplatte 17 befindet
sich eine Refraktionsscheibe 4, die von einem Kunststoffteil
ausgebildet ist. Die Refraktionsscheibe 4 kann als Spritzgussteil
ausgebildet sein. Sie wird von einem Dichtungsrahmen 18 umfangen,
der hierzu eine Tragleiste 20 und eine Distanzleiste 19 ausbildet.
Die Tragleiste 20 unterfängt den Rand der Refraktionsscheibe 4.
Die Distanzleiste 19 überfängt den Randbereich
der Refraktionsscheibe 4.
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Auf
der Distanzleiste 19 liegt eine Lichtaustrittsscheibe 3 mit
ihrem Rand auf. Die Lichtaustrittsscheibe 3 hat ebenso
wie die Refraktionsscheibe 4 einen quadratischen Grundriss.
Die Lichtaustrittsscheibe 3 besteht aus einem transparenten
Medium, einem geeigneten Kunststoff oder aus gehärtetem Glas.
Sie kann eingefärbt sein.
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Der
Dichtungsrahmen 18 bildet eine Rahmenleiste 21 aus,
die die Umfangsschmalwandung der Lichtaustrittsscheibe 3 umgibt.
Die Lichtaustrittsscheibe und die Refraktionsscheibe 4 können
als Ensemble mit dem Dichtungsrahmen 18 vormontiert werden.
Die Distanzleiste 19 definiert dabei einen Spaltabstandsraum 5 zwischen
den Breitseiten von Lichtaustrittsscheibe 3 und Refraktionsscheibe 4. Zwischen
der Laibung des Lichtaustrittsfensters 2, die von der Gehäuseinnenwand
ausgebildet ist, und von der Außenwandung des Dichtrahmens 18 befinden
sich zwei umlaufende Dichtlippen 22. Eine weitere Dichtlippe 23 ist
im Bereich der Tragleiste 20 vorgesehen. Sie dichtet den
Spalt zwischen Dichtungsrahmen 18 und Innengehäuse 24 ab.
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Die
Refraktionsscheibe 4 besitzt im Bereich jeder Leuchtdiode 15 auf
ihrer zum Abstandsraum 5 hinweisenden Seite eine Linsenstruktur 6.
Es handelt sich hierbei um die Struktur einer Fresnel-Linse. Auf der
gegenüberliegenden, zur LED 15 weisenden Seite
bildet die Refraktionsscheibe 4 eine kuppelförmige Struktur 12 aus.
Es handelt sich um einen Reflektor, dessen Reflektionsfläche
die gewölbten Außenflächen 13 bilden.
Ein kuppelförmiger Abschnitt 15' der Leuchtdiode 15 ragt
in eine zentrale Höhlung 14 des Reflektors 12.
Das aus dieser Kuppel austretende Licht tritt durch die Wände
der Höhlung 14 in den Reflektionskörper 12 ein
und wird von den Reflektionsflächen 13 in Richtung
der Fresnel-Linse 6 reflektiert.
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Etwa
in der Mitte der Refraktionsscheibe 4 ist eine kreisrunde Öffnung 8 vorgesehen.
In der Öffnung 8 steckt ein Druckausgleichselement 7 in
Form eines Stopfens aus weichem Kunststoff, Gummi oder Silikon.
Das Druckausgleichselement 7 hat im Wesentlichen die Form
einer Hülse, die einendseitig von einer Membran 9 verschlossen
ist. Es bildet sich somit eine topfförmige Öffnung
aus. Die jeweiligen Stirnseiten der Hülse bilden radial
nach außen ragende Krägen 10, 11.
Die Krägen 10, 11 liegen an den Breitseiten
der Refraktionsscheibe 4 dichtend an.
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Die
Membran 9 ist zylinderwellenförmig ausgebildet.
Sie kann sich besser bei einem Druckunterschied zwischen dem Abstandsraum
und der Außenumgebung in beiden Richtungen verformen.
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Die
Distanzleiste 19 ist aus einem weichen Kunststoff, Gummi
oder Silikon gefertigt und dichtet den Abstandsraum 5 nach
außen hin gasdicht ab. Der Abstandsraum ist mit Luft gefüllt
und besitzt ein kleines Volumen, so dass sich auch bei tiefen Temperaturen
keine Kondensation an den Breitseitenflächen der Refraktionsscheibe 4 und
der Lichtaustrittsscheibe 3 bilden. Der Innenraum 5 ist
somit beschlagsfrei.
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Der
Abstandsraum 5 bildet eine Temperaturisolationszone zwischen
der Gehäuseaußenseite und der Gehäuseinnenseite.
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Über
die Kontaktstifte 33 und eine darin eingesteckte Kupplung
eines Verbindungskabels kann die Leuchte mit einem Bussystem verbunden
werden. Die Energieversorgung der Leuchte kann somit vom Bussystem übernommen
werden. Mit dem Verbindungskabel kann die Leuchte über
einen Verteiler mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, so dass die
Leuchte von einem Steuerrechner ferngesteuert ein- und ausgeschaltet
werden kann. Die Leuchte wird vom Feldbussystem wie ein übliches
Feldgerät behandelt. Die Lampe kann überall dort
angebracht werden, wo eine Busleitung zur Verfügung steht.
Eine gesonderte Stromleitung zum Betrieb der Leuchte ist nicht erforderlich. Über
eine standardisierte M12-Steckverbindung kann die Lampe direkt an
einem Busverteiler angeschlossen werden. Die Leuchte kann von der
Steuerung eingeschaltet werden, wenn Licht zu Wartungszwecken benötigt
ist. Ansonsten kann die Leuchte ausgeschaltet sein. Die Beleuchtung
kann aber auch von einem Fertigungsprozess heraus eingeschaltet
werden, wenn hierzu kurzfristig und zu bestimmten Zeiten eine Beleuchtung
erforderlich ist. Es ist aber auch vorgesehen, die Leuchte mit einem
Schalter zu versehen, um sie lokal ein-/auszuschalten.
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Die
Montagemöglichkeit zeigt die 3. Der Anschlusswinkel 26 lässt
sich in zwei verschiedenen Drehstellungen am Gehäuse 1 befestigen.
In das Gehäuse wird durch die Breitseitenöffnung
zunächst das Innengehäuse 24 eingesetzt.
Durch die Kabeldurchführung 25 wird das Anschlusskabel
in das Innere des Innengehäuses 24 geführt.
Auf eine von einem Rahmen umgebene Oberseite des Innengehäuses 24 wird
die Keramikplatte 17 gesetzt, die mit den Adern des durch
die Kabeldurchführung 25 hindurchtretenden Kabels
verbunden ist. Die Refraktionsscheibe 4 wird in den Rahmen 18 eingesetzt
derart, dass ihr Rand von den beiden Dichtlippen 19, 20 umgeben
ist. Anschließend wird die Lichtaustrittsscheibe 3 in
die für sie vorgesehene Öffnung zwischen den Rahmenleisten 21 gesteckt.
Dieses aus Dichtungsrahmen 18, Refraktionsscheibe 4 und
Dichtaustrittsscheibe 3 bestehende Bauteil wird dann in
die Breitseitenöffnung des Gehäuses eingesteckt.
Wegen der mit Übermaß gefertigten Dichtlippen 22,
die sich beim Einstecken verformen, muss die Baueinheit in die Öffnung
eingepresst werden und hält dort reibschlüssig.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich.
In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt
der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren
in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige
erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere
um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006021963
A1 [0002]
- - EP 1617133 A2 [0003]
- - DE 10034594 B1 [0004]
- - DE 202005009623 U1 [0005]
- - DE 202008004842 U1 [0006]
- - DE 4115253 C2 [0007, 0013, 0020]
- - DE 102006031589 A1 [0008, 0013]