DE102010053358A1 - Klemmrollenfreilauf - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Klemmrollenfreilauf insbesondere in Vorrichtungen mit hochfrequenten Momentenwechseln enthaltend einen Innenring mit einem aus über den Umfang verteilten Klemmrampen gebildeten Außenumfang, einen radial außerhalb des Außenumfangs unter Bildung eines Spaltraums angeordneten Außenring mit einer Innenumfangsfläche, zumindest einen aus einer Vielzahl von im Spaltraum jeweils auf einer Klemmrampe in Umfangsrichtung und radial begrenzt verlagerbar angeordneten und über den Umfang verteilten Klemmrollen, aus einem die Klemmrollen führenden, drehfest mit dem Innenring verbundenen und mittels Federelementen die Klemmrollen gegen die Klemmrampen vorspannenden Freilaufkäfig und aus einem die Klemmrollen in einem Leerlaufmodus dämpfenden Dämpfungskäfig gebildeten Klemmrollenkranz.
- Hintergrund der Erfindung
- Gattungsgemäße Klemmrollenfreiläufe werden beispielsweise in Kurbelgetrieben mit kontinuierlich verstellbarer Übersetzung (Crank Continous Variable Transmission, CCVT), Zuschaltungen von Elektromotoren in Hybridanwendungen, Start-/Stopp-Einrichtungen in Kraftfahrzeugen, Industrieschaltwerken wie Vibrationsbändern, Förderanlagen und dergleichen eingesetzt.
- Hierbei wird in einem Übertragungsmodus zwischen einem Innenring und einem Außenring des Klemmrollenfreilaufs durch Klemmen der Klemmrollen Moment übertragen und der Momentenfluss in einem Leerlaufmodus unterbrochen, indem die Klemmrollen bei Änderung der Differenzwinkelgeschwindigkeit zwischen Außen- und Innenring, auf entsprechenden Klemmrampen des Innenrings radial nach innen verlagert werden.
- Es wird auf die
WO 2010/009935 A1 - Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist die weitere Verbesserung derartiger Klemmrollenfreiläufe insbesondere hinsichtlich einer erleichterten und reproduzierbaren Fertigung eines höheren Wirkungsgrads und einer Erhöhung der Schaltzyklen.
- Allgemeine Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe wird durch einen Klemmrollenfreilauf insbesondere in Vorrichtungen mit hochfrequenten Momentenwechseln enthaltend einen Innenring mit einem aus über den Umfang verteilten Klemmrampen gebildeten Außenumfang, einen radial außerhalb des Außenumfangs unter Bildung eines Spaltraums angeordneten Außenring mit einer Innenumfangsfläche, zumindest einen aus einer Vielzahl von im Spaltraum jeweils auf einer Klemmrampe in Umfangsrichtung und radial begrenzt verlagerbar angeordneten und über den Umfang verteilten Klemmrollen, aus einem die Klemmrollen führenden, drehfest mit dem Innenring verbundenen und mittels Federelementen die Klemmrollen gegen die Klemmrampen vorspannenden Freilaufkäfig und aus einem die Klemmrollen in einem Leerlaufmodus dämpfenden Dämpfungskäfig gebildeten Klemmrollenkranz gelöst, wobei der Freilaufkäfig innerhalb des Dämpfungskäfigs aufgenommen ist. Durch die geometrische Anordnung des Dämpfungskäfigs außerhalb des Freilaufkäfigs können insbesondere durch die Anordnung der Dämpfungseinrichtungen des Dämpfungskäfigs auf größerem Durchmesser die Anforderungen an die Dämpfungseigenschaften so gesteigert werden, dass insgesamt eine weniger elastische, das heißt steifere Ausgestaltung dieser ermöglicht wird. Hierdurch kann die kinetische Energie der in Leerlaufposition beschleunigten Klemmrollen in besserer Weise abgebaut werden, so dass sich diese schneller beruhigen. Hierdurch wird ein Betrieb des Klemmrollenfreilaufs auch bei erhöhten Drehzahlen des Innenrings beispielsweise im Bereich von 4500 bis 5000 1/mm möglich. Gleichzeitig werden durch das verbesserte Dämpfungsverhalten Schalthäufigkeiten des Klemmrollenfreilaufs von über 50, vorzugsweise über 70 bis zu 100 Schaltungen pro Minute ermöglicht.
- Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann hierbei der Dämpfungskäfig aus einem die Klemmrollen in Umfangsrichtung führenden Führungsteil und zumindest einem mittels eines elastisch und formschlüssig in das Führungsteil eingreifenden, drehfest mit dem Innenring verbundenen Ringscheibenteil gebildet sein. Beispielsweise kann das Führungsteil als flacher Ring ausgestaltet sein, in den die nötige Anzahl von Ausschnitten für die Klemmrollen eingebracht ist. Bevorzugt beidseitig können in das Führungsteil Ausnehmungen eingebracht sein, in die aus dem Ringscheibenteil axial ausgestellt Nasen eingreifen. Die Nasen werden hierbei in bevorzugter Weise axial um 90° umgelegt und weisen eine Elastizität in Umfangsrichtung auf, so dass das Führungsteil gegenüber dem beziehungsweise zwei axial beabstandete an den Flanken des Führungsteils angeordnete Ringscheibenteile in Umfangsrichtung elastisch um einen geringen Winkelbetrag verdreht werden kann, wobei das oder die Ringscheibenteile drehfest mittels eines entsprechenden komplementär zu dem Außenumfang des Innenrings auf diesem aufgenommen sind. Beschleunigen die Klemmrollen bei einer Entlastung in die Leerlaufposition, nehmen diese den Führungsring entgegen der elastischen Wirkung der Nasen der Ringscheibenteile mit und werden dadurch gedämpft. Die Anordnung der Nasen am Außenumfang der Ringscheibenteile beziehungsweise des Ringscheibenteils in Verbindung mit einem radial außerhalb des Freilaufkäfigs angeordneten Führungsteil erlaubt einen besonders effektiven elastischen Formschluss der Nasen mit den Ausnehmungen.
- Gemäß dem erfinderischen Gedanken wird im Weiteren der Freilaufkäfig in der Weise verbessert, dass die zwischen dem Freilaufkäfig und den Klemmrollen jeweils zumindest eine Freilauffeder an dem Freilaufkäfig bei einem größeren Durchmesser als einem Teilkreisdurchmesser der Klemmrollen angelenkt ist. Die zumindest eine Freilauffeder kann mehrteilig aus der Zusammenwirkung verschiedener Federelemente oder als einziges Federelement zwischen jeweils einer Anlagefläche des Freilaufkäfigs und der benachbarten Klemmrolle vorgesehen sein. Als Federelemente kommen beispielsweise Faltfedern, sogenannte aus gebogenen Bandfedern gebildete Schmetterlingsfedern und dergleichen zum Einsatz, die jeweils zwischen der Anlagefläche einer Tasche für eine Klemmrolle und der Klemmrolle selbst verspannt sind. Sie entfalten Wirkung in Umfangsrichtung und weisen durch deren Anordnung an der Anlagefläche des Freilaufkäfigs mit größerem Durchmesser als dem Teilkreisdurchmesser der Klemmrollen einen Radialanteil auf, der die Klemmrollen zusätzlich radial gegen die Klemmrampen vorspannt.
- Je nach Anforderung können die Klemmrollen gegenüber dem Freilaufkäfig in einem Übertragungsmodus mit Umfangsspiel, beispielsweise in Höhe eines Freiwinkels von beispielsweise 0,1° bis 0,4°, bevorzugt 0,25° angeordnet sein. Alternativ können die Klemmrollen gegenüber dem Freilaufkäfig in einem Übertragungsmodus in Umfangsrichtung unter Vorspannung angeordnet sein, indem kein Freiwinkel zwischen Klemmrollen und Freilaufkäfig eingestellt wird sondern die Freilauffedern unter entsprechender Vorspannung zwischen der Anlagefläche dieser an dem Freilaufkäfig und den Federn eingestellt ist.
- Bei einer Umschaltung des Klemmrollenfreilaufs in den Leerlaufmodus, werden die Klemmrollen mit hoher kinetischer Energie in Umfangsrichtung entgegen der Wirkung der Freilauffedern zu kleineren Rampendurchmessern beschleunigt. Hierbei verbleiben die Klemmrollen aufgrund der radialen Vorspannung durch die gegenüber dem Freilaufkäfig auf kleinerem Durchmesser angelenkten Freilauffedern auf den Klemmrampen und es tritt in bevorzugter Weise ein Radialspalt gegenüber der Innenumfangsfläche des Außenring auf. Während dieser Isolierung von der Innenumfangsfläche des Außenrings beaufschlagen die Klemmrollen das Führungsteil des Dämpfungskäfigs entgegen der Wirkung der elastisch in diesen eingreifenden Nasen, so dass eine Beruhigung wie Dämpfung der kinetischen Energie der Klemmrollen eintritt, bevor diese von den Freilauffedern wieder in Umfangsrichtung auf einen größeren Rampendurchmesser der Klemmrampen verlagert werden und wieder in Kontakt mit der Innenumfangsfläche treten. Hierbei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Elastizität der Freilauffedern in Umfangsrichtung kleiner als eine Elastizität zwischen dem Führungsteil und dem zumindest einen Ringscheibenteil ist.
- Der Freilaufkäfig, der Dämpfungskäfig sowie die zugehörigen Klemmrollen und Freilauffedern bilden jeweils einen Klemmrollenkranz. Mehrere Klemmrollenkränze können axial nebeneinander auf dem Außenumfang eines Innenrings angeordnet werden, um beispielsweise das über den Klemmrollenfreilauf übertragbare Moment zu erhöhen. Hierbei können Ringscheibenteile zweier aneinander liegender Klemmrollenkränze aneinander angelegt sein. Alternativ kann lediglich ein einziges Ringscheibenteil zwischen zwei benachbarten Klemmrollenkränzen vorgesehen sein, dessen Nasen axial in beide Richtungen umgelegt sind, so dass bevorzugt über den Umfang wechselweise die beiden benachbarten Führungsteile beaufschlagt werden.
- Kurze Beschreibung der Figuren
- Die Erfindung wird anhand des in den
1 bis8 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: -
1 eine 3D-Ansicht eines Klemmrollenfreilaufs für den bevorzugten Einsatz in einem Kurbelgetriebe, -
2 einen Schnitt durch den Klemmrollenfreilauf der1 , -
3 eine Ansicht des Klemmrollenfreilaufs der1 und2 entlang der Schnittlinie A-A der2 , -
4 eine 3D-Ansicht des Klemmrollenfreilaufs der1 bis3 bei abgenommenem Außenring, -
5 eine 3D-Ansicht des Führungsteils des Dämpfungskäfigs des Klemmrollenfreilaufs der1 bis4 , -
6 eine 3D-Ansicht eines Ringscheibenteils des Klemmrollenfreilaufs der1 bis4 , -
7 eine 3D-Ansicht des Freilaufkäfigs des Klemmrollenfreilaufs der1 bis4 und -
8 einen Schnitt durch den Freilaufkäfig der7 . - Ausführliche Beschreibung der Figuren
- Die
1 bis3 zeigen in 3D-Darstellung, im Schnitt und in Ansicht entlang des Schnitts A-A den Klemmrollenfreilauf1 mit dem Außenring2 , dem Innenring3 und dem in dem Spaltraum5 zwischen der Innenumfangsfläche6 des Außenrings2 und dem Außenumfang7 des Innenrings3 untergebrachten Klemmrollenkranz4 . - Der Außenumfang
7 weist über den Umfang verteilte Klemmrampen8 auf, so dass die zwischen der Innenumfangsfläche6 und den Klemmrampen8 eingelegten, im Klemmrollenkranz4 aufgenommenen Klemmrollen9 abhängig von einer Relativverdrehung zwischen Außenring2 und Innenring3 einen Leerlaufmodus, bei dem die Klemmrollen9 ihrer Verlagerung zu kleineren Durchmessern entlang der Klemmrampen8 kein Moment vom Außenring2 auf den Innenring3 übertragen, oder einen Übertragungsmodus einstellen, bei dem die Klemmrollen9 zwischen Innenumfangsfläche6 und den Klemmrampen des Außenumfangs7 klemmen und dadurch Drehmoment vom Außenring2 auf den Innenring übertragen wird. - In einem Einsatz des Klemmrollenfreilaufs
1 in einem Kurbelgetriebe wird der Außenring2 über die Öse10 von einer Pleuelstange wie Kurbel über einen vorgegebenen Winkel angetrieben und überträgt über diesen Winkelbereich im klemmenden Betrieb der Klemmrollen9 Drehmoment auf den Innenring3 , während bei einer Rückbewegung der Pleuelstange der Klemmrollenfreilauf im Leerlaufmodus überrollt wird. Infolge des hohen anliegenden Drehmoments und der erforderlichen Drehzahlen des Innenrings3 von beispielsweise bis zu 5000 1/min können Schaltfrequenzen von bis zu 100 Hz auftreten. - Um bei dieser hohen Schaltfrequenz die Klemmrollen
9 zu beruhigen und damit saubere Schaltpunkte des Klemmrollenfreilaufs1 zu erzielen, werden die Klemmrollen9 im Klemmrollenkranz4 in dem Dämpfungskäfig12 und dem innerhalb diesem angeordneten Freilaufkäfig11 angeordnet, die in den nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. - Die
4 zeigt bei abgenommenem Außenring2 (1 bis3 ) den Klemmrollenfreilauf1 mit dem Innenring3 , auf den der Klemmrollenkranz4 aufgesetzt ist. Der Klemmrollenkranz4 ist an seinem Außenumfang durch den Dämpfungskäfig12 gebildet, der die axial auf einem vorgegebenen Abstand fixierten Ringscheibenteile13 – ein Ringscheibenteil13 ist in6 in 3D-Ansicht gezeigt – und das radial außen angeordnete ringförmige, beispielsweise aus Blech gebildete Führungsteil14 , das in5 in 3D-Ansicht dargestellt ist, enthält. In dem Führungsteil14 sind der Anzahl und der Form der Klemmrollen9 entsprechende Ausschnitte15 vorgesehen, in die die Klemmrollen9 in einem radial außerhalb deren Drehachse vorgesehenen Zylinderabschnitt eintauchen und diese von dem Führungsteil14 zumindest in Umfangsrichtung geführt durchgreifen. Aus Gründen der Stabilität bevorzugt über den Umfang abwechselnd zu den Ausschnitten15 sind jeweils stirnseitig in das Führungsteil14 Ausnehmungen16 eingebracht, in die jeweils senkrecht zu dem Körper der Ringscheibenteile13 ausgestellte und umgelegte Nasen17 axial eingreifen. Durch die in Umfangsrichtung elastische Ausbildung der Nasen17 entsteht eine Teilverdrehbarkeit der Ringscheibenteile13 gegenüber dem Führungsteil14 . - Infolge der drehfesten Aufnahme der Ringscheibenteile
13 auf dem Innenring3 mittels des zu den Klemmrampen8 komplementären Innenprofils18 wird eine Umfangsverlagerung der in das Führungsteil14 eingebetteten Klemmrollen9 gegenüber dem Innenring3 durch den elastischen Formschluss zwischen Nasen17 und Ausnehmungen16 gedämpft. Werden die Klemmrollen9 bei der Einleitung eines Leerlaufmodus mit hoher kinetischer Energie in Umfangsrichtung und hin zu kleineren Durchmessern entlang der Klemmrampen beschleunigt, verlieren diese den Kontakt zu der Innenumfangsfläche6 (1 ) und bilden ein Radialspiel aus. Während dieser Zeit wird die kinetische Energie durch das Zusammenwirken der elastisch miteinander verbundenen Ringscheibenteile13 und das Führungsteil14 gedämpft und die Klemmrollen9 werden beruhigt. - Der in den
7 und8 in 3D-Ansicht beziehungsweise im Schnitt in Verbindung mit3 gezeigte Freilaufkäfig11 übernimmt die Führung der Klemmrollen9 in Umfangsrichtung. Hierzu ist der Freilaufkäfig11 mittels des Innenprofils19 drehfest auf dem Innenring3 aufgenommen und weist Ausschnitte20 auf, in denen die Klemmrollen9 mit Umfangsspiel aufgenommen sind. Die Klemmrollen9 werden mittels der in3 ersichtlichen Federelemente21 , die Faltfedern, Bügelfedern und/oder dergleichen sein können, in Umfangsrichtung gegen die Steigungen der Klemmrampen8 verspannt, so dass diese in den Klemmbetrieb des Klemmrollenfreilaufs1 vorgespannt sind und in Kontakt mit der Innenumfangsfläche6 des Außenrings2 treten. Hierzu werden die Federelemente21 in Umfangsrichtung an Anlenkflächen22 des Freilaufkäfigs11 abgestützt. Um zusätzlich eine radiale Kraftkomponente mit einer Vorspannung der Klemmrollen9 auf den Klemmrampen8 zu erzielen, lenken die Anlenkflächen22 die Federelemente radial außerhalb des Teilkreisdurchmessers d des Teilkreises23 der Klemmrollen9 an. Auf der gegenüberliegenden Seite der Anlenkflächen22 sind die Ausschnitte20 durch die Anlageflächen24 für die Klemmrollen begrenzt. - Aus der Zusammenschau der
1 bis8 ergibt sich folgende Funktionsweise für den Klemmrollenfreilauf1 . Im Übertragungsmodus kontaktieren die Klemmrollen9 infolge der Vorspannung durch die Federelemente21 die Innenumfangsfläche6 und sind radial auf die Klemmrampen8 vorgespannt. Wird der Außenring2 in Richtung der Klemmrampen8 mit größerer Winkelgeschwindigkeit als der Innenring3 verdreht, verspannen sich die Klemmrollen zwischen Klemmrampen8 und der Innenumfangsfläche6 , so dass der Übertragungsmodus eingestellt ist. Fällt die Winkelgeschwindigkeit des Außenrings2 unter die des Innenrings3 werden die Klemmrollen9 infolge der hohen Klemmung mit hoher kinetischer Energie entgegen der Steigung der Klemmrampen8 beschleunigt, weichen auf einen kleineren Durchmesser der Klemmrampen8 aus und bilden ein Radialspiel zu der Innenumfangsfläche. Dabei beaufschlagen sie das Führungsteil14 entgegen der Wirkung der Nasen17 der Ringscheibenteile13 , wodurch die kinetische Energie der Klemmrollen abgebaut wird. Die weniger steifen und daher bei diesem Prozess komprimierten Federelemente21 zwischen Klemmrollen9 und Freilaufkäfig11 verlagern anschließend die Klemmrollen9 wieder in Umfangsrichtung und bringen die hierdurch beruhigten Klemmrollen9 wieder in Wälzeingriff gegenüber der Innenumfangsfläche6 , so dass durch die kinetische Energie bedingte, die Schaltfähigkeit des Klemmrollenfreilaufs1 verschlechternde Klemmrollenbewegungen sowie Gleitreibungszustände, die den Wirkungsgrad des Klemmrollenfreilaufs1 verschlechtern, unterbleiben oder zumindest vermindert werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Klemmrollenfeilauf
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Klemmrollenkranz
- 5
- Spaltraum
- 6
- Innenumfangsfläche
- 7
- Außenumfang
- 8
- Klemmrampe
- 9
- Klemmrolle
- 10
- Öse
- 11
- Freilaufkäfig
- 12
- Dämpfungskäfig
- 13
- Ringscheibenteil
- 14
- Führungsteil
- 15
- Ausschnitt
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Nase
- 18
- Innenprofil
- 19
- Innenprofil
- 20
- Ausschnitt
- 21
- Federelement
- 22
- Anlenkfläche
- 23
- Teilkreis
- 24
- Anlagefläche
- A-A
- Schnittlinie
- d
- Durchmesser Teilkreis
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- 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.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2010/009935 A1 [0004]
Claims (8)
- Klemmrollenfreilauf (
1 ) insbesondere in Vorrichtungen mit hochfrequenten Momentenwechseln enthaltend einen Innenring (3 ) mit einem aus über den Umfang verteilten Klemmrampen (8 ) gebildeten Außenumfang (7 ), einen radial außerhalb des Außenumfangs (7 ) unter Bildung eines Spaltraums (5 ) angeordneten Außenring (2 ) mit einer Innenumfangsfläche (6 ), zumindest einen aus einer Vielzahl von im Spaltraum (5 ) jeweils auf einer Klemmrampe (8 ) in Umfangsrichtung und radial begrenzt verlagerbar angeordneten und über den Umfang verteilten Klemmrollen (9 ), aus einem die Klemmrollen (9 ) führenden, drehfest mit dem Innenring (3 ) verbundenen und mittels Federelementen (21 ) die Klemmrollen (9 ) gegen die Klemmrampen (8 ) vorspannenden Freilaufkäfig (11 ) und aus einem die Klemmrollen (9 ) in einem Leerlaufmodus dämpfenden Dämpfungskäfig (12 ) gebildeten Klemmrollenkranz (4 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufkäfig (11 ) innerhalb des Dämpfungskäfigs (12 ) aufgenommen ist. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskäfig (12 ) aus einem die Klemmrollen (9 ) in Umfangsrichtung führenden Führungsteil (14 ) und zumindest einem mittels eines elastisch und formschlüssig in das Führungsteil (14 ) eingreifenden, drehfest mit dem Innenring (3 ) verbundenen Ringscheibenteil (13 ) gebildet ist. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Ringscheibenteil (13 ) axiale Nasen (17 ) ausgestellt sind, die in komplementäre Ausnehmungen (16 ) des Führungsteils (14 ) eingreifen. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Freilaufkäfig (11 ) und den Klemmrollen (9 ) jeweils zumindest ein Federelement (21 ) angeordnet ist und das zumindest eine Federelement (21 ) an dem Freilaufkäfig (11 ) bei einem größeren Durchmesser als einem Teilkreisdurchmesser (d) der Klemmrollen (9 ) angelenkt ist. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrollen (9 ) gegenüber dem Freilaufkäfig (11 ) in einem Übertragungsmodus mit Umfangsspiel angeordnet sind. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrollen (9 ) gegenüber dem Freilaufkäfig (11 ) in einem Übertragungsmodus in Umfangsrichtung unter Vorspannung angeordnet sind. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elastizität der Federelemente (21 ) in Umfangsrichtung kleiner als eine Elastizität zwischen dem Führungsteil (14 ) und dem zumindest einen Ringscheibenteil (13 ) ist. - Klemmrollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlaufmodus zwischen Klemmrollen (9 ) und der Innenumfangsfläche (6 ) ein Radialspiel eingestellt ist.
Priority Applications (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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-
2010
- 2010-12-03 DE DE201010053358 patent/DE102010053358A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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