DE102017220422A1 - Rotor for an electric machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) zur Anordnung in einer elektrischen Maschine (11), mit einem hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (12), auf dessen äußerer Umfangsfläche (16) ein Rotorblechpaket (14) anordbar ist, und an den jeweiligen axialen Ende des Blechpaketträgers (12) ein Stirnflansch (18) angeordnet ist, wobei der jeweilige Stirnflansch (18) einen Wellenzapfen (20) aufweist, und in dem hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger (12) ein Schwingungstilger (24) angeordnet und/oder ausgebildet ist.The invention relates to a rotor (10) for arrangement in an electric machine (11), with a hollow cylinder-shaped laminated core carrier (12) on whose outer peripheral surface (16) a rotor lamination stack (14) can be arranged, and to the respective axial end of the lamination stack carrier (12) an end flange (18) is arranged, wherein the respective end flange (18) has a shaft journal (20), and in the hollow cylinder-shaped laminated core (12) a vibration damper (24) is arranged and / or formed.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor zur Anordnung in einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor einen integrierten Schwingungsdämpfer aufweist. Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor, sowie ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.The invention relates to a rotor for arrangement in an electric machine, wherein the rotor has an integrated vibration damper. The invention also relates to an electric machine with the rotor according to the invention, as well as a motor vehicle with the electric machine according to the invention.
Elektrische Maschinen mit einem Rotor sind allgemein bekannt. Die bekannten elektrischen Maschinen weisen in der Regel einen Stator und einen in dem Stator um eine Rotordrehachse rotierbaren Rotor auf.Electric machines with a rotor are well known. The known electrical machines generally have a stator and a rotatable in the stator about a rotor axis rotatable rotor.
Weiterhin ist bekannt, dass während des Betriebes in der Rotorwelle des Rotors fortwährend Biegeschwingungen entstehen können. Ursachen dafür können vor allem größere Änderungen der Wellendrehzahl beim Beschleunigen und Bremsen sein. Ebenso kann aber auch eine Unwucht des Rotors Biegeschwingungen auslösen. Es sind daher ebenfalls Rotoren mit einem Schwingungsdämpfer bekannt, um gefährliche Drehschwingungen in der drehbaren Welle der elektrischen Maschine während eines Startvorgangs, eines Ausstellvorgangs oder im normalen Betrieb der elektrischen Maschine zu vermeiden bzw. zu reduzieren.Furthermore, it is known that continuously bending vibrations can occur during operation in the rotor shaft of the rotor. Causes can be mainly major changes in shaft speed during acceleration and braking. Likewise, however, an imbalance of the rotor can trigger bending vibrations. Therefore, rotors with a vibration damper are also known in order to avoid or reduce dangerous torsional vibrations in the rotatable shaft of the electric machine during a start-up operation, a deployment operation or during normal operation of the electrical machine.
Aus der
Nachteilig bei dem bekannten Rotor bzw. der bekannten elektrischen Maschine ist der erhöhte Bauraumbedarf in axialer Richtung, da der Drehschwingungsdämpfer in axialer Richtung auf das Rotorblechpaket angeflanscht ist und somit einen entsprechend großen Bauraum in Längsrichtung der elektrischen Maschine erfordert.A disadvantage of the known rotor or the known electric machine is the increased space requirement in the axial direction, since the torsional vibration damper is flanged in the axial direction on the rotor core and thus requires a correspondingly large space in the longitudinal direction of the electric machine.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit erhöhten Laufeigenschaften bereitzustellen, der einen reduzierten Bauraumbedarf aufweist.It is the object of the present invention to provide a rotor for an electric machine with increased running characteristics, which has a reduced space requirement.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann.The object is solved by the subject matter of the independent patent claim. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims, the description and the drawings, wherein each feature, both individually and in combination, may constitute an aspect of the invention.
Erfindungsgemäß ist ein Rotor zur Anordnung in einer elektrischen Maschine vorgesehen, mit einem hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger, auf dessen äußerer Umfangsfläche ein Rotorblechpaket anordbar ist, und an den jeweiligen axialen Ende des Blechpaketträgers ein Stirnflansch angeordnet ist, wobei der jeweilige Stirnflansch einen Wellenzapfen aufweist, und in dem hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger ein Schwingungstilger angeordnet und/oder ausgebildet ist.According to the invention, a rotor is provided for arrangement in an electric machine, with a hollow cylinder-shaped laminated core, on the outer peripheral surface of a rotor laminated core can be arranged, and at the respective axial end of the laminated core carrier an end flange is arranged, wherein the respective end flange has a shaft journal, and in a vibration damper is arranged and / or formed the hollow cylindrical shaped laminated core carrier.
Mit anderen Worten ist es ein Aspekt der Erfindung, einen Rotor für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträger aufweist. Dies kann beispielsweise eine Rotorhohlwelle sein. Auf dem Blechpaketträger ist wenigstens ein Rotorblechpaket anordbar und/oder angeordnet. Somit kann das Rotorblechpaket vorzugsweise drehfest auf dem Blechpaketträger angeordnet sein und ein Drehmoment auf den Blechpaketträger übertragen. An den jeweiligen axialen Enden des Blechpaketträgers ist ein Stirnflansch angeordnet, wobei jeder Stirnflansch einen Wellenzapfen aufweist, der in der Regel koaxial zur Rotordrehachse ausgebildet ist.In other words, it is an aspect of the invention to provide a rotor for an electric machine having a hollow cylindrical shaped laminated core. This can be, for example, a hollow rotor shaft. At least one rotor core can be arranged and / or arranged on the laminated core carrier. Thus, the rotor laminated core can preferably be arranged rotationally fixed on the laminated core and transmit a torque to the laminated core. At the respective axial ends of the laminated core carrier an end flange is arranged, wherein each end flange has a shaft journal, which is generally formed coaxially to the rotor axis of rotation.
Innerhalb des hohlzylinderförmig ausgebildeten Blechpaketträgers, bzw. der Rotorhohlwelle ist der Schwingungstilger angeordnet. Der Schwingungstilger wirkt unmittelbar am Rotor bzw. an der Rotorhohlwelle, so dass der Schwingungstilger unerwünschte Schwingungen und/oder Geräusche am Ort der Entstehung reduzieren und somit die Laufeigenschaften des Rotors positiv beeinflussen kann. Die die Geräusche verursachenden Eigenschwingungen des Rotors können auf den Schwingungstilger übertragen werden. Die Auslegung des Schwingungstilgers wird vorzugsweise auf die Frequenzen abgestimmt, die beim Betrieb des Rotors auftreten können. Diese können vorzugsweise im Vorfeld durch Simulationen und/oder Versuche ermittelt werden. Auf diese Weise wird ein Rotor mit einem integrierten Schwingungstilger bereitgestellt, der einen reduzierten Bauraum und erhöhte Laufeigenschaften aufweisen kann. Neben der platzsparenden Bauweise können zudem die Herstellungskosten gesenkt werden. Darüber hinaus können die Lebensdauer und/oder die Zuverlässigkeit des Rotors bzw. der elektrischen Maschine erhöht werden.Within the hollow cylinder-shaped laminated core carrier, or the hollow rotor shaft of the vibration absorber is arranged. The vibration damper acts directly on the rotor or on the hollow rotor shaft, so that the vibration damper can reduce unwanted vibrations and / or noises at the place of formation and thus positively influence the running properties of the rotor. The vibrations of the rotor causing the noise can be transmitted to the vibration absorber. The design of the vibration absorber is preferably tuned to the frequencies that may occur during operation of the rotor. These can preferably be determined in advance by simulations and / or tests. In this way, a rotor is provided with an integrated vibration absorber, which can have a reduced space and increased operating characteristics. In addition to the space-saving design, the manufacturing costs can also be reduced. In addition, the life and / or reliability of the rotor or the electric machine can be increased.
Unter einem Schwingungstilger ist ein schwingungsfähiges Masse-Feder-Dämpfungs-System zu verstehen, das grundsätzlich unterschiedlich ausgebildet sein kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schwingungstilger ein gummielastisches Element mit wenigstens einer in dem gummielastischen Element angeordneten und/oder eingebetteten Tilgermasse umfasst. Das gummielastische Element ist vorzugsweise ein Elastomer, insbesondere ein Silikonelastomer, und ganz besonders bevorzugt ein vulkanisiertes Silikonelastomer. Silikonelastomere sind dazu geeignet und ausgebildet Schwingungsenergie in Wärme umzuwandeln. Die Tilgermasse kann beliebig ausgebildet sein. In der Regel weist die Tilgermasse eine höhere Dichte als das gummielastische Element auf. Vorzugsweise ist die Tilgermasse als ein Metallkern ausgebildet, wobei diese jedoch nicht ausschließlich auf einen Metallkern beschränkt ist. Der Vorteil eines Metallkerns liegt darin, dass dieser einfach und preiswert herstellbar ist.Under a vibration damper is a vibratory mass-spring damping Understand system that basically can be designed differently. An advantageous development of the invention provides that the vibration damper comprises a rubber-elastic element with at least one arranged in the rubber-elastic element and / or embedded Tilgermasse. The rubber-elastic element is preferably an elastomer, in particular a silicone elastomer, and most preferably a vulcanized silicone elastomer. Silicone elastomers are suitable and designed to convert vibration energy into heat. The absorber mass can be designed as desired. As a rule, the absorber mass has a higher density than the rubber-elastic element. Preferably, the absorber mass is formed as a metal core, but this is not limited exclusively to a metal core. The advantage of a metal core is that it is easy and inexpensive to produce.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tilgermasse innerhalb des gummielastischen Elements in axialer Richtung des Rotors und in radialer Richtung des Rotors gehalten ist, wobei das gummielastische Element in Folge einer Rotation des Rotors um dessen Drehachse zumindest abschnittsweise in radialer Richtung schwingen kann, und die Tilgermasse in radialer Richtung schwingt. Dies bedeutet, dass die Tilgermasse in radialer Richtung und in axialer Richtung innerhalb des gummielastischen Elements positioniert ist. Die Tilgermasse wirkt innerhalb des gummielastischen Elements als schwingende Masse und das gummielastische Element übernimmt die Funktion der Feder und des Dämpfers. Unerwünschte Schwingungen des Rotors in Folge dessen Rotation regen die Tilgermasse zu Schwingungen in radialer Richtung an. In dem die Tilgermasse der anregenden Schwingung Energie entzieht, wird die Schwingung gedämpft.In an advantageous development of the invention, it is provided that the absorber mass is held within the elastomeric element in the axial direction of the rotor and in the radial direction of the rotor, wherein the elastomeric element can swing at least partially in the radial direction as a result of rotation of the rotor about its axis of rotation , and the absorber mass vibrates in the radial direction. This means that the absorber mass is positioned in the radial direction and in the axial direction within the rubber-elastic element. The absorber mass acts within the rubber-elastic element as a vibrating mass and the rubber-elastic element takes over the function of the spring and the damper. Unwanted vibrations of the rotor as a result of its rotation stimulate the absorber mass to oscillate in the radial direction. In which the damping mass withdraws energy from the stimulating vibration, the vibration is dampened.
Die Tilgermasse kann in unterschiedlicher Art und Weise mit dem gummielastischen Element verbunden sein. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Tilgermasse stoffschlüssig und/oder formschlüssig in dem gummielastischen Element angeordnet ist. Beispielsweise können die Tilgermasse und das gummielastische Element miteinander vulkanisiert sein, aneinander verpresst und/oder miteinander verklebt sein. Auf diese Weise kann die Tilgermasse in dem gummielastischen Element positioniert werden.The absorber mass can be connected in different ways with the rubber-elastic element. A preferred embodiment of the invention provides that the absorber mass is arranged cohesively and / or positively in the rubber-elastic element. For example, the damping mass and the rubber-elastic element can be vulcanized together, pressed together and / or glued together. In this way, the absorber mass can be positioned in the rubber-elastic element.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tilgermasse in Längsrichtung des Blechpaketträgers mittig angeordnet ist, wobei dies nicht bedeutet, dass die Tilgermasse auf der Rotordrehachse liegt. Vielmehr ist die Tilgermasse in radialer Richtung beabstandet zur Rotordrehachse angeordnet.In an advantageous development of the invention it is provided that the absorber mass is arranged centrally in the longitudinal direction of the laminated core, this does not mean that the absorber mass is located on the rotor axis of rotation. Rather, the absorber mass is arranged in the radial direction at a distance from the rotor axis of rotation.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Schwingungstilger in einem Längsschnitt durch den Rotor eine geradlinige Ausgestaltung aufweist. Auf diese Weise ist der Schwingungstilger vorzugsweise koaxial im Blechpaketträger angeordnet und zwischen den Stirnflanschen eingespannt. In radialer Richtung weist der Schwingungstilger über seine gesamte Länge einen Abstand zur inneren Mantelfläche des Blechpaketträgers auf, so dass die Tilgermasse in radialer Richtung schwingen kann.A preferred embodiment of the invention is that the vibration damper in a longitudinal section through the rotor has a rectilinear configuration. In this way, the vibration absorber is preferably arranged coaxially in the laminated core and is clamped between the end flanges. In the radial direction, the vibration damper over its entire length at a distance from the inner circumferential surface of the laminated core, so that the absorber mass can oscillate in the radial direction.
Alternativ dazu sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Schwingungstilger in einem Längsschnitt durch den Rotor eine hantelförmige Ausgestaltung aufweist. Demnach weist der Schwingungstilger zwischen den jeweiligen Endabschnitten einen mittleren Abschnitt auf, der gegenüber den jeweiligen Endabschnitten einen reduzierten Außendurchmesser umfasst. Die Endabschnitte des Schwingungstilgers stützen sich zumindest abschnittsweise gegen die innere Mantelfläche des Blechpaketträgers ab, wodurch der Schwingungstilger lagesicher im Blechpaketträger positionierbar ist. Der mittlere Abschnitt ist derart ausgebildet, dass dieser in radialer Richtung schwingen kann. Demnach ist die Tilgermasse im mittleren Abschnitt angeordnet.Alternatively, a preferred embodiment of the invention provides that the vibration damper in a longitudinal section through the rotor has a dumbbell-shaped configuration. Accordingly, the vibration absorber between the respective end portions on a central portion which comprises a reduced outer diameter relative to the respective end portions. The end portions of the vibration absorber are based at least in sections against the inner circumferential surface of the laminated core carrier, whereby the vibration damper is positionally positionable in the laminated core carrier. The middle portion is formed so that it can swing in the radial direction. Accordingly, the absorber mass is arranged in the middle section.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schwingungstilger stoffschlüssig und/oder formschlüssig in dem Blechpaketträger angeordnet ist und/oder mit einer inneren Mantelfläche des Blechpaketträgers verbunden ist. Eine stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung. Unter eine formschlüssigen Verbindung ist zu verstehen, dass das gummielastische Element mit dem Blechpaketträger und/oder den Stirnflanschen verspannt und somit in der Lage fixiert ist.An advantageous development of the invention provides that the vibration absorber is arranged cohesively and / or positively in the laminated core and / or is connected to an inner circumferential surface of the laminated core carrier. A cohesive connection is preferably an adhesive connection. Under a positive connection is to be understood that the rubber-elastic element is clamped to the laminated core and / or the end flanges and thus fixed in position.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stirnflansche und die Wellenzapfen eine koaxiale erste Bohrung aufweisen, und der Schwingungstilger eine koaxiale zweite Bohrung aufweist, und die erste Bohrung und die zweite Bohrung derart miteinander verbunden sind, dass ein durchgehender Kühlkanal ausgebildet ist. Demnach verläuft ein Kühlkanal, durch den ein Kühlmedium transportiert werden kann, durch den Rotor. Der Kühlkanal ist durchgehend ausgebildet. Dies bedeutet, dass die in dem Schwingungstilger ausgebildete zweite Bohrung an die in den Stirnflanschen und den Wellenzapfen ausgebildeten ersten Bohrungen anschließt. Ein wesentlicher Punkt ist dabei, dass der Schwingungstilger selbst einen Teil des Kühlkanals, also der Umfangsfläche des Kühlkanals, ausbildet. Auf diese Weise wird ein Rotor bereitgestellt, der in einfacher Weise kühlbar ist, verbesserte Laufeigenschaften, einen reduzierten Bauraum und ein reduziertes Gewicht aufweisen kann.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the end flanges and the shaft journal have a coaxial first bore, and the vibration damper has a coaxial second bore, and the first bore and the second bore are interconnected such that a continuous cooling channel is formed. Accordingly, a cooling passage, through which a cooling medium can be transported, passes through the rotor. The cooling channel is formed continuously. This means that the formed in the vibration absorber second hole connects to the formed in the end flanges and the shaft journal first holes. An essential point is that the vibration damper itself forms a part of the cooling channel, ie the peripheral surface of the cooling channel. In this way, a rotor is provided which is easily coolable, can have improved running properties, a reduced installation space and a reduced weight.
Unter einem Kühlmedium wird vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit verstanden. Die Kühlflüssigkeit ist besonders bevorzugt ein Öl. In diesem Zusammenhang liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass der jeweilige Wellenzapfen wenigstens eine radiale Bohrung aufweist, die bis zur axialen ersten Bohrung geführt ist. Somit kann ein Kühlmedium aus dem Kühlkanal über die radiale Bohrung austreten und vorzugweise gegen Wickelköpfe eines den Rotor umgebenden Stators gespritzt werden. Somit können die Wickelköpfe des Stators durch das dem Rotor zugeführte und über die radialen Bohrungen austretende Kühlmedium in einfacherweise gekühlt werden. A cooling medium is preferably understood to mean a cooling liquid. The cooling liquid is particularly preferably an oil. In this context, an advantageous development of the invention is that the respective shaft journal has at least one radial bore, which is guided to the axial first bore. Thus, a cooling medium can escape from the cooling channel via the radial bore and preferably be sprayed against winding heads of a stator surrounding the rotor. Thus, the winding heads of the stator can be easily cooled by the cooling medium supplied to the rotor and exiting through the radial bores.
Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor, wobei der Rotor zumindest abschnittsweise von einem Stator umgeben ist.The invention also relates to an electric machine with the rotor according to the invention, wherein the rotor is at least partially surrounded by a stator.
Abschließend betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.Finally, the invention relates to a motor vehicle with the electric machine according to the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen, Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Der Anmelder behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims and the following embodiments. The embodiments are not limiting, but rather to be understood as exemplary, they should enable the skilled person to carry out the invention. The Applicant reserves the right to make individual or several of the features disclosed in the exemplary embodiments the subject matter of patent claims or to include such features in existing claims. The embodiments are explained in more detail with reference to drawings.
In diesen zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch einen Rotor mit einem integrierten Schwingungstilger gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 einen Längsschnitt durch den Rotor mit dem integrierten Schwingungstilger gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Schwingungstilger in radialer Richtung innen positioniert ist, -
3 einen Längsschnitt durch den Rotor mit dem integrierten Schwingungstilger gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
4 eine elektrische Maschine mit dem Rotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a longitudinal section through a rotor with an integrated vibration absorber according to a first embodiment of the invention, -
2 a longitudinal section through the rotor with the integrated vibration absorber according to the first embodiment, wherein the vibration damper is positioned in the radial direction inside, -
3 a longitudinal section through the rotor with the integrated vibration absorber according to a second embodiment of the invention, -
4 an electric machine with the rotor according to the second embodiment of the invention.
In
An den jeweiligen axialen Enden des Blechpaketträgers
Auf diese Weise wird ein Rotor
Der Schwingungstilger
Die Tilgermasse
Die Tilgermasse
Die Tilgermasse
Gemäß der ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schwingungstilger
Die
Weiterhin ist ersichtlich, dass die Stirnflansche
Der jeweilige Wellenzapfen
In
Die
Das Kühlmedium
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotorrotor
- 1111
- Elektrische MaschineElectric machine
- 1212
- BlechpaketträgerLaminated core carrier
- 1414
- RotorblechpaketLaminated core
- 1616
- Äußere Umfangsfläche BlechpaketträgerOuter peripheral surface laminated core carrier
- 1818
- Stirnflanschend flange
- 2020
- Wellenzapfenshaft journal
- 2222
- RotordrehachseRotor axis of rotation
- 2424
- Schwingungstilgervibration absorber
- 2626
- Gummielastisches ElementRubber-elastic element
- 2828
- Tilgermasseabsorber mass
- 3030
- Innere Mantelfläche BlechpaketträgerInner lateral surface of laminated core carrier
- 3232
- Erste BohrungFirst drilling
- 3434
- Zweite BohrungSecond hole
- 3636
- Kühlkanalcooling channel
- 3838
- Kühlmediumcooling medium
- 4040
- Radiale BohrungRadial bore
- 4242
- Wickelköpfewinding heads
- 4444
- Statorstator
- 4646
- Endabschnittend
- 4848
- Mittlerer AbschnittMiddle section
- 5050
- Gehäusecasing
- 5252
- GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
- 5454
- Getriebetransmission
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2010/0225121 [0004]US 2010/0225121 [0004]
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R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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