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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für einen Sicherheitsschalter, einen Sicherheitsschalter mit einem solchen Modul sowie einen Betätiger für einen solchen Sicherheitsschalter.
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Sicherheitsschalter werden beispielsweise zum Überwachen des Zustandes einer Schutzeinrichtung einer Maschine eingesetzt, etwa zum Überwachen des geschlossenen Zustandes einer Schutztür eines Schutzraumes für eine Werkzeugmaschine oder einen Industrieroboter. Im geschlossenen Zustand der Schutzeinrichtung kann der Sicherheitsschalter ein Freigabesignal für den Betrieb der Maschine bereitstellen. Beim Öffnen der Schutzeinrichtung unterbricht der Sicherheitsschalter beispielsweise mittels eines durch Formschluss zu betätigenden elektrischen Kontaktpaares oder mittels eines elektronischen Schaltelements einen oder mehrere Stromkreise. Das Freigabesignal wird daraufhin nicht mehr bereitgestellt. Die zugehörige Maschine kann daraufhin in einen sicheren Betriebszustand überführt werden, beispielsweise abgeschaltet werden, oder das Einschalten der Maschine kann verhindert werden.
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Aus der
DE 43 28 297 C1 ist ein solcher Sicherheitsschalter bekannt, bei dem ein mechanisch codierter Betätiger in einen Schalterkopf einsteckbar ist, dabei ein Schaltrad dreht, und das Schaltrad über einen Stoßel einen elektrischen Schalter betätigt.
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Derartige Sicherheitsschalter erfüllen die für die jeweilige Bauform geltenden Sicherheitsanforderungen und -normen, insbesondere hinsichtlich einer sicheren Betätigung und eines Manipulationsschutzes, und bieten aufgrund der robusten Konstruktion einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb, wie dies auch aufgrund der großen Verbreitung derartiger Sicherheitsschalter in der industriellen Fertigung belegt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Sicherheitsschalter bereitzustellen, der auch die Anforderungen noch höherer Sicherheitskategorien erfüllt. In einer Ausführungsart soll der Sicherheitsschalter die Möglichkeit bieten, trotz einer Beschädigung von Teilen der Sicherheitseinrichtung, insbesondere einem Bruch des Betätigers, den Zustand der Schutzeinrichtung zu erkennen, um beispielsweise ein sicheres Abschalten der Maschine zu gewährleisten.
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Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Modul für einen Sicherheitsschalter sowie durch die in den nebengeordneten Ansprüchen bestimmten Sicherheitsschalter mit einem solchen Modul und Betätiger für einen solchen Sicherheitsschalter gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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Die Erfindung betrifft ein Modul, das für eine Festlegung an einem Sicherheitsschalter vorgesehen ist. Der Sicherheitsschalter weist ein Gehäuse mit einem Kopfabschnitt auf, in welchen ein vorzugsweise mechanisch codierter erster Abschnitt eines beispielsweise an einer beweglichen Schutztür einer Schutzeinrichtung festgelegten Betätigers einführbar ist, etwa beim Schließen der Schutztür. Durch das Einführen des Betätigers wird in einer elektrischen Schaltereinheit des Sicherheitsschalters, die in dem Gehäuse untergebracht sein kann, ein Schaltvorgang ausgelöst. Beispielsweise wird einer übergeordneten Steuereinrichtung oder Sicherheitseinrichtung signalisiert, dass der Betätiger eingeführt und dementsprechend die Schutztür geschlossen ist.
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Das Modul ist vorzugsweise an dem Kopfabschnitt des Sicherheitsschalters festlegbar, insbesondere lösbar festlegbar. Das Modul weist einen Näherungsschalter auf, mit dem eine Position des Betätiger detektierbar ist, die dem in den Kopfabschnitt eingeführten Zustand des ersten Abschnitts des Betätigers entspricht und damit beispielsweise dem geschlossenen Zustand der Schutztür entspricht. Das Modul weist eine Schnittstelle zu dem Sicherheitsschalter auf, über welche ein Signal von dem Modul auf die elektrische Schaltereinheit des Sicherheitsschalters übertragbar ist, das die detektierte Position des Betätigers repräsentiert.
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Der Näherungsschalter kann auf jeder geeigneten Detektionsmethode basieren, einschließlich magnetischen, elektromagnetischen, elektrostatischen oder optischen Detektionsmethoden. In einer Ausführungsart kann der Näherungsschalter auch einen an dem Betätiger, insbesondere an einem zweiten Abschnitt des Betätigers, angeordneten Transponder detektieren. Zu diesem Zweck kann der Näherungsschalter beispielsweise ein elektromagnetisches Signal aussenden, das durch den Transponder verändert wird oder auf welches der Transponder mit einem entsprechenden Antwortsignal antwortet.
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Die Schnittstelle zwischen dem Modul und dem Sicherheitsschalter kann beispielsweise durch eine Kabelverbindung realisiert sein. Das abschnittsweise außerhalb des Gehäuses des Sicherheitsschalters geführte Kabel kann über eine Gehäuseöffnung in das Innere des Gehäuses des Sicherheitsschalters geführt sein, insbesondere zu der Schaltereinheit des Sicherheitsschalters geführt sein. Vorzugsweise kann die Durchtrittsöffnung im Bereich eines von dem Sicherheitsschalter lösbaren Gehäusedeckels erfolgen, der dadurch mittels der Kabelverbindung auch im geöffneten Zustand unverlierbar mit dem Sicherheitsschalter verbunden ist.
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Ein mit einem erfindungsgemäßen Modul ausgestatteter Sicherheitsschalter erfüllt die Anforderungen einer höheren Sicherheitskategorie, weil die Position des Betätigers auf zwei voneinander unabhängigen Wegen detektiert wird, nämlich einmal durch den mechanisch codierten ersten Abschnitt des Betätigers und zum anderen durch den Näherungsschalter. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass bereits produzierte oder sogar bereits montierte Sicherheitsschalter auf einfache Weise mit einem erfindungsgemäßen Modul nachgerüstet werden können.
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In einer Ausführungsart detektiert der Näherungsschalter einen von dem in den Kopfabschnitt eingeführten ersten Abschnitt des Betätigers beabstandeten zweiten Abschnitt des Betätigers. Der Näherungsschalter kann insbesondere das Einnehmen einer vorgebbaren Position durch den zweiten Abschnitt des Betätigers detektieren. In einem Ausführungsbeispiel weist der zweite Abschnitt des Betätigers keine mechanische Codierung auf. Die beiden Abschnitte des Betätigers können einstückig ausgebildet sein. in dem in den Kopfabschnitt eingeführten Zustand des ersten Abschnitts des Betätigers ist der Näherungsschalter und vorzugsweise das Modul zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Betätigers angeordnet.
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In einer Ausführungsart weist der Näherungsschalter eine Lesespule auf, mit welcher der zweite Abschnitt des Betätigers in elektromagnetische Wechselwirkung bringbar ist. Im einfachsten Fall wird eine durch das Annähern des zweiten Abschnitts des Betätigers hervorgerufene Änderung der Induktivität der Lesespule detektiert. Auf diese Weise kann der Näherungsschalter den zweiten Abschnitt des Betätigers kontaktlos detektieren.
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In einer Ausführungsart weist das Modul einen an dem Sicherheitsschalter festlegbaren Grundkörper auf, der eine Aufnahmeöffnung für das Einsetzen des Näherungsschalters aufweist. Der Grundkörper kann beispielsweise mittels Schrauben an dem Sicherheitsschalter, insbesondere dem Kopfabschnitt des Sicherheitsschalters, festgelegt werden. Vorzugsweise kann im bereits montierten Zustand des Grundkörpers der Näherungsschalter eingesetzt werden und entweder durch an ihm angreifende Befestigungsmittel festgelegt werden und/oder mit einer Abdeckplatte oder Abdeckhaube abgedeckt und an dem Grundkörper festgelegt werden. Durch die Wahl der Aufnahmeöffnung im Grundkörper können auch Standard-Näherungsschalter verwendet werden.
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In einer Ausführungsart ist der Grundkörper in mehr als einer Ausrichtung an dem Sicherheitsschalter festlegbar. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Modul bzw. der Näherungsschalter kabelgebunden elektrisch kontaktiert wird, weil dann die Ausrichtung der Kabelverbindung entsprechend den baulichen Gegebenheiten am jeweiligen Installationsort angepasst werden kann. Für die Festlegung des Grundkörpers können vorzugsweise bereits vorhandene Bohrungen am Sicherheitsschalter verwendet werden, beispielsweise Bohrungen für die Montage des Schalterkopfes. Dies hat den Vorteil, dass für die Montage des Moduls die Bauform des Sicherheitsschalters nicht geändert werden muss. Weiterhin ist dies vorteilhaft, wenn der Schalterkopf des Sicherheitsschalters mehrere Kanäle zum Einführen des Betätigers aufweist, beispielsweise wie in der
EP 0 941 549 B1 offenbart. Welche der mehreren Öffnungen für das Einführen des Betätigers Verwendung findet, entscheidet sich nach den baulichen Gegebenheiten am jeweiligen Installationsort, beispielsweise von welcher Seite die Schutztür auf den Sicherheitsschalter zubewegt wird. Durch eine geeignete Ausrichtung des Schalterkopfes kann die erforderliche Öffnung im Schalterkopf freigehalten werden.
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In einer Ausführungsart ist der Näherungsschalter in mehr als einer Ausrichtung in die Aufnahmeöffnung des Grundkörpers einsetzbar. Auch dadurch kann in Abhängigkeit der baulichen Gegebenheiten des Installationsortes ein besonderer Schutz für den Näherungsschalter und insbesondere dessen Anschlussleitung erreicht werden, beispielsweise indem die Anschlussleitung nach einer mechanisch wenig beanspruchten Seite aus dem Grundkörper herausgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft auch einen Sicherheitsschalter mit einem daran festgelegten erfindungsgemäßen Modul sowie einen Betätiger für einen solchen Sicherheitsschalter.
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Der erfindungsgemäße Betätiger weist einen ersten Abschnitt auf, der in einen Kopfabschnitt des Sicherheitsschalters einführbar ist, und einen zweiten Abschnitt, der von einem an dem Sicherheitsschalter angeordneten Näherungsschalter detektierbar ist. Die beiden Abschnitte können voneinander beabstandet sein, beispielsweise die Form eines „U” aufweisen, und sich vorzugsweise mindestens abschnittsweise planparallel erstrecken. Der mit dem Näherungsschalter zusammenwirkende zweite Abschnitt kann eine kürzere Länge als der erste Abschnitt aufweisen und muss insbesondere keine mechanische Codierung aufweisen.
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In einer Ausführungsart sind die beiden Abschnitte des Betätigers durch jeweils einen Blechstreifen gebildet, wobei in einem Festlegeabschnitt die beiden Blechstreifen aufeinanderliegen und der den zweiten Abschnitt bildende Blechstreifen eine Kröpfung unter Ausbildung des zweiten Abschnitts aufweist. Alternativ hierzu kann der Betätiger auch als Stanz-/Biegeteil ausgebildet sein und/oder die beiden Abschnitte einstückig ausbilden.
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In einer Ausführungsart weist der Betätiger einen Festlegeabschnitt zum Befestigen des Betätigen an einem vorzugsweise bewegbaren Teil einer Schutzeinrichtung auf. Zwischen dem Festlegeabschnitt und dem ersten Abschnitt kann der Betätiger eine Sollbruchstelle aufweisen, durch welche beim Auftreten überhöhter Kräfte der erste Abschnitt von dem Betätiger und insbesondere dem Festlegeabschnitt abtrennbar ist, wohingegen der zweite Abschnitt mit dem Festlegeabschnitt verbunden bleibt. Dadurch ist gewährleistet, dass bei einem beispielsweise gewaltsamen Öffnen einer Schutztür zwar der erste Abschnitt des Betätigers abgerissen wird, dass aber beim Öffnen der Schutztür der zweite Abschnitt des Betätigers mitbewegt wird und dadurch der Sicherheitsschalter trotz des in dem Kopfabschnitt verbleibenden ersten Abschnitts das Öffnen der Tür detektieren kann, weil der zweite Abschnitt nicht mehr in Wirkverbindung mit dem Näherungsschalter ist. Die Sollbruchstelle kann konstruktiv beispielsweise durch Formgebung, wie beispielsweise eine Materialausdünnung oder eine Einkerbung, gebildet sein oder sich alternativ oder ergänzend zur Formgebung auch durch die Art der Festlegung des Betätigers gebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherheitsschalter,
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2 zeigt eine Ansicht des Sicherheitsschalters von vorn,
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3 zeigt eine Ansicht des Sicherheitsschalters von der Seite,
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf den oberen Teil des Sicherheitsschalters,
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5 zeigt den Sicherheitsschalter in einem Zustand, in dem der Betätiger vollständig an den Sicherheitsschalter angenähert wurde,
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sicherheitsschalters,
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7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters,
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Moduls, und
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Betätigers.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherheitsschalter 1 mit einem erfindungsgemäßen Modul 10 und einem erfindungsgemäßen Betätiger 20. Die 2 zeigt eine Ansicht des Sicherheitsschalters 1 von vorn, und die 3 zeigt eine Ansicht des Sicherheitsschalters 1 von der Seite.
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Der Sicherheitsschalter
1 weist ein Gehäuse
2 mit einem Kopfabschnitt
4 auf. Der Kopfabschnitt
4 ist im Wesentlichen quader- oder würfelförmig. Auf mindestens zwei; miteinander einen rechten Winkel einschließenden Außenflächen des Kopfabschnitts
4 ist jeweils eine Öffnung
6 zum Einführen eines ersten Abschnitts
22 des Betätigers
20 vorgesehen. Durch Einführen des ersten Abschnitts
22 wird im inneren des Kopfabschnitts
4 ein Schaltrad gedreht, wodurch letztlich ein Schaltvorgang in einer in dem Gehäuse
2 angeordneten elektrischen Schaltereinheit des Sicherheitsschalters
1 ausgelöst wird, wie dies beispielhaft in der
DE 43 28 297 C1 beschrieben ist.
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Das Modul 10 ist an dem Sicherheitsschalter 1 festgelegt, insbesondere an einem dem Gehäuse 2 gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Kopfabschnitts 4. Zum Festlegen werden eine oder mehrere Verbindungsmittel 8, mittels denen der Kopfabschnitt 4 an dem Gehäuse 2 festgelegt ist, zunächst gelöst und anschließend unter Zwischenlage des Moduls 10 wieder eingesetzt, und dadurch das Modul 10 lösbar an dem Kopfabschnitt 4 festgelegt. In dem Modul 10 ist ein Näherungsschalter 30 angeordnet, wie dies nachstehend noch im Zusammenhang mit der 8 beschrieben ist. Dieser Näherungsschalter 30 reagiert auf ein Annähern eines zweiten Abschnitts 24 des Betätigers 20. Im Ausführungsbeispiel ist der Näherungsschalter 30 durch eine Spule gebildet, deren Induktivität sich durch Annähern des zweiten Abschnitts 24 ändert, was von dem Näherungsschalter 30 detektierbar ist. Damit ist durch den Näherungsschalter 30 eine Position des Betätigers 20 detektierbar, die einem in den Kopfabschnitt 4 eingeführten Zustand des ersten Abschnitts 22 des Betätigers 20 entspricht, was in vielen Anwendungsfällen einer geschlossenen Tür einer Schutzeinrichtung entspricht.
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Das Modul 10 weist eine Schnittstelle zu dem Sicherheitsschalter 1 auf, über welche ein die detektierte Position des Betätigers 20 repräsentierendes Signal von dem Modul 10 zu der elektrischen Schaltereinheit des Sicherheitsschalters 1 übertragbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Modul 10, insbesondere der Näherungsschalter 30, über eine Verbindungsleitung 12, die abschnittsweise außerhalb des Gehäuses 2 verläuft und über einen von dem Gehäuse 2 abnehmbaren Frontdeckel 14 in das Innere des Gehäuses 2 geführt ist, mit der elektrischen Schaltereinheit des Sicherheitsschalters 1 verbunden.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf den oberen Teil des Sicherheitsschalters in dem in den 1 und 3 dargestellten Zustand, d. h. bei noch nicht in den Kopfabschnitt 4 eingeführtem Betätiger 20. Durch die Anordnung des Moduls 10 auf der oberen Frontseite des Kopfabschnitts 4 bleibt die auf der oberen Frontseite ebenfalls angeordnete weitere Einführöffnung 6 für den Betätiger 20 zugänglich, so dass der Betätiger 20 alternativ auch von oben in den Kopfabschnitt 4 einführbar ist, wie dies insbesondere nachfolgend im Zusammenhang mit der 7 beschrieben ist.
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Der erste Abschnitt 22 des Betätigers 20 ragt in Richtung auf den Kopfabschnitt 4 über den zweiten Abschnitt 24 hinaus. Abhängig von der Empfindlichkeitscharakteristik des in dem Modul 10 angeordneten Näherungsschalters kann dadurch erreicht werden, dass bei einem Annähern des Betätigers 20 zunächst ein Schaltvorgang aufgrund des Zusammenwirkens des ersten Abschnitts 22 mit dem Kopfabschnitt 4 erfolgt; erst beim weiteren Annähern, insbesondere beispielsweise bei einem vollständigen Schließen einer Schutztür, wirkt auch der zweite Abschnitt 24 derart mit dem Näherungsschalter 30 zusammen, dass auch der Näherungsschalter 30 einen Schaltvorgang auslöst. Durch entsprechende geometrische Ausgestaltung der beiden Abschnitte 22, 24 und/oder der Empfindlichkeitscharakteristik des Kopfabschnitts 4 bzw. des Näherungsschalters 30 kann es auch zu einem im Wesentlichen gleichzeitigen Auslösen jeweils eines Schaltvorganges kommen. Wichtig für viele Anwendungsfälle ist, dass das Annähern des Betätigers 20, mithin beispielsweise das Schließen einer Schutzeinrichtung, unabhängig von zwei Sensoren detektiert wird, nämlich einmal durch die im Kopfabschnitt 4 angeordneten Sensormittel und einmal durch den im Modul 10 angeordneten Näherungsschalter 30.
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Die 5 zeigt den Sicherheitsschalter 1 in einem Zustand, in dem der Betätiger 20 vollständig an den Sicherheitsschalter 1 angenähert wurde, insbesondere der erste Abschnitt 22 des Betätigers 20 in den Kopfabschnitt 4 eingeführt ist und der zweite Abschnitt 24 des Betätigers 20 in Wirkverbindung mit dem Näherungsschalter 30 des Moduls 10 ist.
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Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sicherheitsschalters 101, der mit einem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unveränderten Betätiger 20 betätigbar ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Kopfabschnitt 4 um 90° um die Längsachse 16 des Sicherheitsschalters 101 versetzt auf dem Gehäuse 2 angeordnet. Dadurch kommt die für den Betätiger 20 vorgesehene Öffnung 6 an jener Außenseite des Gehäuses 2 zu liegen, an welcher der Frontdeckel 14 anbringbar ist. Durch die Drehung des Kopfabschnitts 4 kann der Sicherheitsschalter 101 an die unterschiedlichen baulichen Gegebenheiten am Installationsort angepasst werden.
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Die 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters 1, das sich durch die Form des zweiten Abschnitts 124 des Betätigers 120 von den vorigen Ausführungsbeispielen unterscheidet.
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Der zweite Abschnitt 124 ist wie auch in den weiteren Ausführungsbeispielen flächig, um dadurch in eine sichere Wirkverbindung mit dem Näherungsschalter 30 des Moduls 10 zu kommen. Um bei dem Ausführungsbeispiel der 7 den Betätiger 120 von oben in den Schalterkopf 4 einführen zu können, steht der zweite Abschnitt 124 im Wesentlichen rechtwinklig von der ansonsten flächigen Erstreckung des Betätigers 120 ab.
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Die 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Moduls 10. Das Modul 10 weist einen Grundkörper 18 auf, der an dem Kopfabschnitt 4 des Sicherheitsschalters 1 vorzugsweise lösbar festlegbar ist. Hierzu weist der Grundkörper 18 Öffnungen 26 für den Durchtritt von Verbindungsmitteln 8 auf. Außerdem bildet der Grundkörper 18 einen Aufnahmeraum 28 zum Einsetzen des Näherungsschalters 30 auf. Der Aufnahmeraum ist dabei symmetrisch zu einer gedachten Spiegelebene. Der Näherungsschalter 30 ist in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen in den Aufnahmeraum 28 einsetzbar, wie dies durch die gestrichelte Darstellung des gedrehten Näherungsschalters 30' angedeutet ist. Der Näherungsschalter 30 ist dabei im Wesentlichen bereits durch die an die Außenform des Näherungsschalters 30 angepasste Form des Aufnahmeraums 28 positioniert und fixiert. Darüber hinaus kann auf den Grundkörper 18 bei eingesetztem Näherungsschalter 30 noch ein Deckel aufgelegt und mit dem Grundkörper 18 verbunden werden, insbesondere verschraubt werden.
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Die 9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Betätigers 20 in einer gegenüber den 1 bis 6 vergrößerten Darstellung. Der Betätiger 20 weist einen Festlegeabschnitt 32 auf, mittels dem der Betätiger 20 beispielsweise an einer Schutztür festgelegt werden kann. Hierzu weist der Festlegeabschnitt 32 zwei Durchgangsöffnungen 34 zum Einsetzen eines Befestigungsmittels auf, beispielsweise jeweils einer Schraube oder eines Niets.
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Der erste Abschnitt 22 und der zweite Abschnitt 24 sind im Ausführungsbeispiel jeweils durch einen Blechstreifen gebildet, wobei die beiden Blechstreifen im Bereich des Festlegeabschnitts 32 miteinander verbunden sind, beispielsweise verschweißt oder vernietet sind. Alternativ hierzu könnten die beiden Abschnitte 22, 24 zusammen mit dem Festlegeabschnitt 32 einstückig ausgebildet sein, indem ein ausreichend langer Blechstreifen an einem den beiden Abschnitten 22, 24 gegenüberliegenden Ende um 180° gebogen ist, wie dies am linken Bildrand der 9 angedeutet ist.
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Nahe dem Übergang vom Festlegeabschnitt 32 zum ersten Abschnitt 22 ist im Bereich des ersten Abschnitts 22 durch den Übergang zu den an ihrem freien Ende die mechanische Codierung 38 tragenden Stegen eine Sollbruchstelle 36 gebildet, an welcher der erste Abschnitt 22 von dem Festlegeabschnitt 32 abtrennbar ist, wenn auf den Betätiger 20 beispielsweise zu hohe Kräfte in dessen Längsrichtung wirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4328297 C1 [0003, 0032]
- EP 0941549 B1 [0015]