DE102010032453A1 - Honing tool comprises tool body and multiple honing bars that are arranged over circumference, where honing bar comprises multiple segments and support bar, where segments are held at support bar - Google Patents
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Abstract
Description
Zylinderbohrungen von Brennkraftmaschinen werden in einem aufwendigen und mehrstufigen Verfahren so bearbeitet, dass sie hinsichtlich Geometrie, Lage und Oberflächenbeschaffenheit den an sie gestellten Anforderungen genügen.Cylinder bores of internal combustion engines are processed in a complex and multi-stage process so that they meet the requirements placed on them in terms of geometry, position and surface finish.
Um die Brennkraftmaschinen hinsichtlich Leistung, Emissionsverhalten, Ölverbrauch und Kraftstoffverbrauch zu optimieren, werden seit einiger Zeit die Zylinderbohrung so bearbeitet, dass die Zylinderbohrung bei Umgebungstemperatur und ohne Zylinderkopf gezielt eine vom geometrisch idealen Zylinder abweichende Form annimmt. Diese Form ist so vorgegeben, dass die Zylinderbohrung mit aufgesetztem Zylinderkopf, bei Erreichen der Betriebstemperatur und Drehzahl, also bei einem bestimmten Betriebspunkt, eine ideale zylindrische Form annimmt.In order to optimize the internal combustion engines in terms of performance, emissions, oil consumption and fuel consumption, the cylinder bore has been processed for some time, that the cylinder bore at ambient temperature and without cylinder head specifically assumes a different shape from the geometrically ideal cylinder. This shape is predetermined so that the cylinder bore with attached cylinder head, upon reaching the operating temperature and speed, ie at a certain operating point, assumes an ideal cylindrical shape.
Diese fertigungstechnische Vorwegnahme von durch den Betriebspunkt bedingten Zylinderverzügen erfolgt durch das sogenannte Formhonen. Durch das Formhonen können gezielte Abweichungen von der geometrisch idealen Form eines Zylinders an der Zylinderbohrung eingearbeitet werden. Diese Abweichungen können bis zu etwa 0,1 mm in radialer Richtung betragen.This manufacturing anticipation of caused by the operating point cylinder distortions is done by the so-called Formhonen. By honing the mold, targeted deviations from the geometrically ideal shape of a cylinder can be incorporated at the cylinder bore. These deviations can be up to about 0.1 mm in the radial direction.
Durch das Formhonen wird die gewünschte Funktionsoberfläche beziehungsweise das Rauheitsprofil der Zylinderbohrung nicht erreicht. Daher muss die Zylinderbohrung nach dem Formhonen noch durch einen weiteren Honvorgang, das sogenannte Glätten, bearbeitet werden. Erst nach dem Glätten sind die Partner des tribologischen Systems, bestehend aus Zylinderbohrung, Kolben und Schmierstoff, optimal aufeinander abgestimmt.Form honing does not achieve the desired functional surface or roughness profile of the cylinder bore. Therefore, the cylinder bore after shaping must still be processed by a further honing process, the so-called smoothing. Only after smoothing are the partners of the tribological system, consisting of cylinder bore, piston and lubricant, optimally coordinated with each other.
Bei diesem Glättvorgang soll selbstverständlich die zuvor mit Hilfe des Formhonens hergestellte Geometrie der Zylinderbohrung nicht verändert werden.In this smoothing process, of course, the geometry of the cylinder bore previously made using the Formhonens should not be changed.
Es sind aus dem Stand der Technik verschiedene Honwerkzeuge bekannt, welche ein Glätten der zu bearbeitenden Zylinderbohrung, ohne Änderungen der Geometrie der Bohrung erreichen sollen.There are known from the prior art, various honing tools, which should achieve a smoothing of the cylinder bore to be machined, without changing the geometry of the bore.
Beispielhaft sei hierfür die
Während der Bearbeitung, wenn sich also das Werkzeug bereits in der Bohrung befindet, werden die Honleisten mit den dargestellten Druckfedern gegen die Bohrungswand angelegt und können somit die Zylinderbohrung glätten.During machining, so if the tool is already in the hole, the honing stones are applied with the illustrated compression springs against the bore wall and can thus smooth the cylinder bore.
Nachteilig an diesem Honwerkzeug ist, dass die Honleisten auf eine laterale Formänderung der Zylinderbohrung, das heißt eine Abweichung der Mantellinie der Zylinderbohrung von einer idealen Geraden, kein Einfluss genommen werden kann. In anderen Worten: Laterale Formänderungen, die zuvor gezielt durch das Formhonen eingebracht wurden, werden durch das Glätten mit einem aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Honwerkzeug bereitzustellen, welches zum Glätten bereits gehonter Zylinderbohrungen einsetzbar ist, ohne die Geometrie der Zylinderbohrungen zu verändern. Wichtig ist außerdem, dass das erfindungsgemäße Honwerkzeug auf der gesamten Oberfläche der Zylinderbohrung eine gleichmäßige Oberflächengüte herstellt.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved honing tool, which is used for smoothing already honed cylinder bores without changing the geometry of the cylinder bores. It is also important that the honing tool according to the invention produces a uniform surface quality over the entire surface of the cylinder bore.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Honwerkzeug mit einem Werkzeugkörper und mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten segmentierten Honleisten dadurch gelöst, dass mindestens eine Honleiste mehrere Segmente und eine Trägerleiste umfasst, und dass die Segmente pendelnd an der Trägerleiste gehalten sind.This object is achieved in a honing tool with a tool body and distributed over the circumference arranged segmented honing stones in that at least one honing stone comprises a plurality of segments and a carrier strip, and that the segments are held swinging on the carrier strip.
Durch die erfindungsgemäße pendelnde Anordnung der Segmente an der Trägerleiste schmiegt sich jedes Segment einzeln und damit bestmöglich an die Zylinderbohrung an. In Folge dessen wird die gesamte Mantelfläche der Zylinderbohrung gleichmäßig geglättet, ohne die Form der Zylinderborhung zu verändern. Infolgedessen ist nach dem Bearbeiten der Zylinderbohrung mit dem erfindungsgemäßen Honwerkzeug die gesamte Oberfläche der Zylinderbohrung mit gleichen Oberflächeneigenschaften versehen.Due to the inventive oscillating arrangement of the segments on the carrier strip, each segment nestles individually and thus best possible to the cylinder bore. As a result, the entire lateral surface of the cylinder bore is uniformly smoothed without changing the shape of the Zylinderborhung. As a result, after machining the cylinder bore with the honing tool according to the invention, the entire surface of the cylinder bore is provided with the same surface properties.
Durch die Segmentierung der erfindungsgemäßen Honleisten wird außerdem erreicht, dass die durch das vorangegangene Formhonen hergestellten Einschnürungen und Ausprägungen der Zylinderbohrung nicht egalisiert werden, so dass die Geometrie der Zylinderbohrung nicht oder nur in sehr geringem Maß verändert wird.By segmenting the honing stones according to the invention is also achieved that the constrictions and characteristics of the cylinder bore produced by the previous Formhonen are not equalized, so that the geometry of the cylinder bore is not or only to a very limited extent.
Das erfindungsgemäße Honwerkzeug hat den Vorteil, dass es mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Honleisten auf wesentliche Komponenten an sich bekannter Honwerkzeuge zurückgreifen kann. Außerdem ist es ein „passives” Werkzeug, das lediglich über eine Zustellvorrichtung steuerbar ist. Somit ist es möglich, das erfindungsgemäße Honwerkzeug bei herkömmlichen Honmaschinen einzusetzen, ohne dass an der Honmaschine bzw. der Steuerung des Bearbeitungsprozesses größere Änderungen erforderlich wären. Das erfindungsgemäße Honwerkzeug ist somit sehr kostengünstig. The honing tool according to the invention has the advantage that, with the exception of the honing stones according to the invention, it can resort to essential components of known honing tools. In addition, it is a "passive" tool that can only be controlled via a delivery device. Thus, it is possible to use the honing tool according to the invention in conventional honing machines, without major changes would be required to the honing machine or the control of the machining process. The honing tool according to the invention is thus very inexpensive.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Segmente in Zustellrichtung, das heißt bezogen auf den Werkzeugkörper in radialer Richtung, relativ zu der Trägerleiste verschiebbar sind.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the segments are displaceable relative to the carrier strip in the feed direction, that is to say relative to the tool body in the radial direction.
Dadurch ist es möglich, dass ein Segment einer Trägerleiste, das gerade eine Einschnürung der Zylinderbohrung glättet entsprechend radial nach innen ausweichen kann, so dass der Anpressdruck zwischen dem Segment und der Einschnürung der Zylinderbohrung nahezu konstant bleibt.This makes it possible that a segment of a carrier strip, which just smooths a constriction of the cylinder bore can correspondingly dodge radially inward, so that the contact pressure between the segment and the constriction of the cylinder bore remains almost constant.
Weil die Anpresskraft der Segmente überall und unabhängig von der Geometrie der Zylinderbohrung konstant ist, wird auch überall an der Zylinderbohrung die gleiche Oberflächecharakteristik erzielt.Because the contact pressure of the segments is constant everywhere and regardless of the geometry of the cylinder bore, the same surface characteristics are achieved everywhere on the cylinder bore.
Um eine vorhersehbare und nahezu konstante Anpresskraft zwischen der Trägerleiste und der zu bearbeitenden Zylinderbohrung sicherstellen zu können, sind zwischen der Trägerleiste und jedem Segment mindestens eine, bevorzugt jedoch zwei Druckfedern angeordnet.In order to ensure a predictable and almost constant contact force between the carrier strip and the cylinder bore to be machined, at least one, but preferably two compression springs are arranged between the carrier strip and each segment.
Um das Pendeln der Segmente um eine Drehachse, senkrecht zur Längsrichtung der Trägerleiste sicherstellen zu können und gleichzeitig zu gewährleisten, dass die Segmente sich während der Bearbeitung nicht relativ zu der Trägerleiste in axialer Richtung verschieben können, ist vorgesehen, dass jedes Segment einen Lagerbolzen aufweist und dass der Lagerbolzen in Zustellrichtung verschiebbar in einem Langloch der Trägerleiste aufgenommen ist.In order to ensure the oscillation of the segments about an axis of rotation, perpendicular to the longitudinal direction of the carrier strip and at the same time to ensure that the segments can not move relative to the carrier strip in the axial direction during processing, it is provided that each segment has a bearing pin and that the bearing pin is slidably received in the feed direction in a slot of the carrier strip.
Damit während der Bearbeitung die Drehbewegung des Werkzeugkörpers über die Trägerleisten auf die Segmente der Honleisten übertragen werden können, sind die Trägerleisten U-förmig ausgebildet und nehmen die Segmente der Honleisten zwischen zwei Schenkeln einer U-förmigen Ausnehmung auf. Diese beiden Schenkel der U-förmigen Ausnehmung übertragen Drehmomente und Drehbewegungen von der Trägerleiste formschlüssig auf die Segmente. Dabei ist die Drehrichtung mit der der Werkzeugkörper bzw. das Honwerkzeug angetrieben wird, unerheblich.So that during the processing, the rotational movement of the tool body can be transmitted via the carrier strips on the segments of the honing stones, the carrier bars are U-shaped and take the segments of the honing stones between two legs of a U-shaped recess. These two legs of the U-shaped recess transmit torques and rotational movements of the carrier strip form-fitting manner to the segments. The direction of rotation with which the tool body or the honing tool is driven, irrelevant.
Die Aufnahme der Segmente in der U-förmigen Ausnehmung erlaubt auch, dass die Segmente um eine Drehachse, die parallel zur Längsachse der Trägerleisten verläuft, relativ zur Trägerleiste pendeln. Somit können sie sich an Umfangswelligkeiten der Zylinderbohrung optimal anlegen.The inclusion of the segments in the U-shaped recess also allows the segments to oscillate about an axis of rotation which is parallel to the longitudinal axis of the carrier bars relative to the carrier bar. Thus, they can optimally invest in circumferential corrugations of the cylinder bore.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Federweg der Segmente relativ zu der Trägerleiste durch einen mit der Trägerleiste verbundenen Rahmen in Zustellrichtung begrenzt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Segmente nicht durch die auf sie wirkende Federkraft aus der Trägerleiste hinausgedrückt werden und somit die Segmente stets in der Trägerleiste verbleiben.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a spring travel of the segments is limited relative to the carrier strip by a frame connected to the carrier strip in the feed direction. This ensures that the segments are not pushed out of the carrier strip by the spring force acting on them and thus the segments always remain in the carrier strip.
Über die Länge der Langlöcher in den Trägerleisten kann der Federweg der Segmente relativ zu der Trägerleiste konstruktiv eingestellt werden. In aller Regel ist ein Federweg von 3 mm bis 5 mm ausreichend. Es ist in aller Regel ausreichend, wenn der Federweg etwas größer ist als die Dicke des auf den Segmenten vorhandenen Schleifstoffbelags.Over the length of the elongated holes in the carrier strips, the travel of the segments relative to the carrier strip can be set constructively. As a rule, a travel of 3 mm to 5 mm is sufficient. It is usually sufficient if the travel is slightly greater than the thickness of existing on the segments abrasive coating.
Damit, unabhängig vom Verschleiß der Segmente bzw. des auf den Segmenten angeordneten Schneidstoffs, die Anpresskraft nahezu konstant ist, ist die Federrate der Federn bzw. die Vorspannung und/oder die Vorspannung der Federn so ausgewählt, dass bei einem Ein- oder Ausfedern der Segmente um einen Betrag von 0,1 mm sich die zwischen von den Federn auf das Segment ausgeübte Federkraft um weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2% und besonders bevorzugt um weniger als 1% ändert. Dadurch ist gewährleistet, dass unabhängig davon, ob ein Segment über eine Einschnürung oder eine Ausprägung der Zylinderbohrung gleitet, die Anpresskraft und damit auch das abtragverhalten der Segmente nahezu konstant ist. Infolgedessen wird auch die Oberfläche der Zylinderbohrung überall gleichmäßig ausgebildet.Thus, regardless of the wear of the segments or arranged on the segments cutting material, the contact pressure is almost constant, the spring rate of the springs or the bias and / or the bias of the springs is selected so that at a compression or rebound of the segments by an amount of 0.1 mm, the spring force exerted between the springs on the segment changes by less than 5%, preferably less than 2% and most preferably less than 1%. This ensures that, regardless of whether a segment slides over a constriction or an expression of the cylinder bore, the contact pressure and thus the Abtragverhalten the segments is almost constant. As a result, the surface of the cylinder bore is formed uniform everywhere.
Es hat sich als vorteilhaft, aber auch ausreichend erwiesen, wenn eine Länger der Segmente kleiner ist als ein 0,5 mal die Wellenlänge der in Axialrichtung der Zylinderbohrung auftretenden Welligkeiten. Andererseits ist es ausreichend und aus Kostengründen vorteilhaft, wenn die Länge der Segmente größer als 10% der Honleistenlänge ist.It has proven to be advantageous, but also sufficient if a length of the segments is smaller than a 0.5 times the wavelength of the ripples occurring in the axial direction of the cylinder bore. On the other hand, it is sufficient and advantageous for cost reasons, if the length of the segments is greater than 10% of the honing stone length.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Breite der Segmente auf die Wellenlänge der in Umfangsrichtung der Bohrung auftretenden Welligkeiten abgestimmt ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Breite der Segmente kleiner ist als 0,5 mal die Wellenlänge der in Umfangsrichtung der Bohrung auftretenden Welligkeiten.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that a width of the segments is tuned to the wavelength of the ripples occurring in the circumferential direction of the bore. It is particularly preferred if the width of the segments is smaller than 0.5 times the wavelength of the ripples occurring in the circumferential direction of the bore.
Die zuvor beanspruchten Längen und Breiten der Segmente relativ zu den in der Bohrung auftretenden Welligkeiten sind so gewählt, dass ein optimales Ergebnis beim Glättvorgang erzielt wird und gleichzeitig die durch das vorangegangene Formhonen hergestellte Geometrie der Zylinderbohrung nur minimal beeinflusst wird. The previously claimed lengths and widths of the segments relative to the ripples occurring in the bore are selected so that an optimum result is achieved in the smoothing process and at the same time the geometry of the cylinder bore produced by the previous shaping is only minimally affected.
Das erfindungsgemäße Honwerkzeug weist eine Zustelleinrichtung in radialer Richtung auf, die bevorzugt elektromechanisch über eine Zustellstange betätigt wird.The honing tool according to the invention has a delivery device in the radial direction, which is preferably actuated electromechanically via a feed rod.
Des Weiteren ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Honwerkzeug zwei Sätze von Honleisten aufweist, und dass nur einer oder beide Sätze von Honleisten segmentierte Honleisten aufweist. Selbstverständlich ist es bevorzugt, dass beide Sätze von Honleisten separat zustellbar sind.Furthermore, it is possible that the honing tool according to the invention has two sets of honing stones, and that only one or both sets of honing stones have segmented honing stones. Of course, it is preferred that both sets of honing stones are deliverable separately.
Das erfindungsgemäße Honwerkzeug kann selbstverständlich auch zur Bearbeitung von Sacklochbohrungen eingesetzt werden.Of course, the honing tool according to the invention can also be used for machining blind bores.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum äquidistanten Glätten einer Zylinderbohrung mit einem erfindungsgemäßen Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Honwerkzeug in die zu glättende Zylinderbohrung eingefahren wird, die segmentierten Honleisten soweit zugestellt werden, bis die Segmente an der Trägerleiste direkt oder mittelbar anliegen, danach die Zustellung der Honleisten um einen definierten Zustellweg zurückgenommen wird und anschließend die Zylinderbohrung geglättet wird.The object underlying the invention is also achieved by a method for equidistant smoothing a cylinder bore with a honing tool according to any one of the preceding claims, wherein the honing tool is retracted into the cylinder bore to be smoothed, the segmented honing stones are delivered so far until the segments on the carrier strip lie directly or indirectly, then the delivery of the honing stones is withdrawn by a defined feed path and then the cylinder bore is smoothed.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, dass der abrasive Verschleiß des auf den Segmenten vorhandenen Schneidstoffs bei jedem Glättvorgang berücksichtigt wird und der Glättvorgang unabhängig vom Verschleiß der Segmente durchgeführt werden kann. Dadurch wird eine hohe Konstanz und Robustheit des erfindungsgemäßen Glättvorgangs erreicht.This method according to the invention ensures that the abrasive wear of the cutting material present on the segments is taken into account in each smoothing process and the smoothing process can be carried out independently of the wear of the segments. As a result, a high constancy and robustness of the smoothing process according to the invention is achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass das Anliegen der Segmente an der Trägerleiste durch eine Kraftmessung der Zustellkraft steuerungstechnisch einfach erkannt werden kann. So lange nämlich die Anpresskraft zwischen den Segmenten und der Zylinderbohrung durch die Federn auf die Trägerleiste übertragen werden, nimmt die Anpresskraft linear mit zunehmender Zustellung zu. Sobald die Segmente direkt an der Trägerleiste anliegen, steigt die Zustellkraft nahezu sprunghaft an. Dadurch kann das Anliegen der Segmente an der Trägerleiste erkannt werden. Anschließend wird dann die Zustellung der Honleisten etwas zurückgenommen, so dass die Segmente pendelnd in der Trägerleiste gehalten sind und über die Anpresskraft von den Segmenten über die Federn auf die Trägerleiste übertragen werden. Dadurch ist die Anpresskraft bekannt und auch bei Abweichungen der zu glättenden Zylinderbohrung von der idealen Zylinderform nahezu konstant.The inventive method has the further advantage that the concerns of the segments on the carrier strip by a force measurement of the delivery force control technology can be easily detected. As long as the contact force between the segments and the cylinder bore are transmitted by the springs on the support bar, the contact pressure increases linearly with increasing delivery. As soon as the segments lie directly against the carrier strip, the delivery force increases almost abruptly. As a result, the concerns of the segments can be detected on the support bar. Subsequently, the delivery of the honing stones is then slightly withdrawn, so that the segments are held in a swinging manner in the carrier strip and are transmitted via the contact pressure of the segments via the springs on the carrier strip. As a result, the contact pressure is known and even with deviations of the smoothing cylinder bore of the ideal cylindrical shape almost constant.
Es hat sich in vielen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zustellung der Honleisten um etwa den halben Federweg der Segmente relativ zu der Trägerleiste zurückgenommen wird. Alternativ ist es auch möglich, dass die Zustellung der Honleisten so weit zurückgenommen wird, bis die Segmente mit einer vorgegebenen Anpresskraft gegen die Zylinderbohrung gepresst werden.It has proven to be advantageous in many applications when the delivery of the honing stones is withdrawn by about half the travel of the segments relative to the carrier strip. Alternatively, it is also possible that the delivery of the honing stones is withdrawn so far until the segments are pressed against the cylinder bore with a predetermined contact force.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable.
Zeichnungdrawing
Es zeigen:Show it:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In allen Figuren werden durchgängig die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bauteile verwendet und es gilt das bezüglich der anderen Figuren Gesagte entsprechend.In all figures, the same reference numerals for the same components are consistently used and it applies the same with respect to the other figures.
In
Die Honleisten
In
In
Die Zustellstange
In
In
An dem radial nach außen angeordneten Bereich der Segmente ist der Schneidstoff
Damit die Segmente
In
Wenn auf die Segmente
Darauf wird später noch näher eingegangen.This will be discussed later.
In
In
Die Kraft, welche die Spiralfedern
Aus der Zusammenschau der
Durch die insgesamt zwei Freiheitsgrade jedes Segments
Weil die Trägerleisten
Da, wie beispielsweise aus der
Eine Länge Ls der Segmente
Anhand der
Als gerade Linie
Der maximale Einfederweg ist dann erreicht, wenn die Lagerbolzen
Wenn über den maximalen Einfederweg hinaus zugestellt wird, dann steigt die Zustellkraft sprunghaft an, sobald die Lagerbolzen
Diese kraftgesteuerte Rücknahme der Zustellbewegung führt dazu, dass Verschleiß an den Segmenten
Dadurch, dass sich der Einfederweg der Segmente
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 1484353 [0007, 0009] US 1484353 [0007, 0009]
- EP 1790435 A1 [0010] EP 1790435 A1 [0010]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20150127 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GEHRING TECHNOLOGIES GMBH + CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: GEHRING TECHNOLOGIES GMBH, 73760 OSTFILDERN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DREISS PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |