DE102018213455A1 - Method for operating a direct current motor, electronic control module, compressor arrangement and air-sprung undercarriage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors, wobei ein Vorgabewert vorgegeben wird, eine Eingangsspannung an den Gleichstrommotor in Abhängigkeit zumindest von dem Vorgabewert angelegt wird, ein Ankerstrom gemessen wird und die Eingangsspannung in Abhängigkeit von dem Ankerstrom angepasst wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Steuerungsmodul, eine zugehörige Kompressoranordnung und ein zugehöriges luftgefedertes Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a direct current motor, a predetermined value being specified, an input voltage being applied to the direct current motor as a function of at least the specified value, an armature current being measured and the input voltage being adapted as a function of the armature current. The invention further relates to an associated control module, an associated compressor arrangement and an associated air-sprung chassis for a motor vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors, ein elektronisches Steuerungsmodul zur Durchführung eines solchen Verfahrens, eine Kompressoranordnung mit einem solchen elektronischen Steuerungsmodul sowie ein luftgefedertes Fahrwerk mit einer solchen Kompressoranordnung.The invention relates to a method for operating a direct current motor, an electronic control module for carrying out such a method, a compressor arrangement with such an electronic control module and an air-suspended chassis with such a compressor arrangement.
Gleichstrommotoren können beispielsweise verwendet werden, um einen Kompressor anzutreiben, der Druckluft für Druckfedern eines Fahrwerks bereitstellt. Dadurch kann beispielsweise eine Absenkung oder Anhebung des Fahrzeugs erfolgen, in welchem das Fahrwerk eingebaut ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Gleichstrommotor um einen bürstenkommutierten, permanenterregten Gleichstrommotor mit einer Eingangsspannung von beispielsweise 12 V handeln. Ein solcher wird typischerweise von einem elektronischen Steuergerät elektromechanisch, also beispielsweise mit einem Relais, elektronisch oder beispielsweise mit einem Feldeffekttransistor ein- und ausgeschaltet. Im Gegensatz zu einem Relais ermöglicht ein elektrischer Schalter, den Motor nicht nur ein- und auszuschalten, sondern ihn auch in seiner Leistung variabel zu steuern, beispielsweise indem der Feldeffekttransistor pulsweitenmoduliert angesteuert wird. Somit kann eine mittlere Spannung UA am Motor durch das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation beeinflusst werden. Eine solche Pulsweitenmodulationsansteuerung des Motors ist im Stand der Technik bekannt.DC motors can be used, for example, to drive a compressor that provides compressed air for the compression springs of a chassis. In this way, for example, the vehicle in which the chassis is installed can be lowered or raised. For example, the DC motor can be a brush-commutated, permanently excited DC motor with an input voltage of 12 V, for example. Such is typically switched on and off electromechanically by an electronic control device, that is to say for example with a relay, electronically or for example with a field effect transistor. In contrast to a relay, an electrical switch not only enables the motor to be switched on and off, but also to control the output variably, for example by triggering the field effect transistor with pulse width modulation. An average voltage U A at the motor can thus be influenced by the pulse duty factor of the pulse width modulation. Such pulse width modulation control of the motor is known in the prior art.
Wird ein Gleichstrommotor beispielsweise zum Betätigen eines Kompressors verwendet, so kann es vorkommen, dass der Kompressor bei unterschiedlichen pneumatischen Verhältnissen betrieben wird. Beispielsweise können sich Vor- und Gegendruck verändern. If a DC motor is used, for example, to actuate a compressor, it can happen that the compressor is operated under different pneumatic conditions. For example, the pre-pressure and counter-pressure can change.
Dadurch können sich für den antreibenden Motor unterschiedliche Lastmomente ergeben. Bei einer Steuerung des Motors ohne Rückführung von Betriebsgrößen wie Drehmoment, Drehzahl, Strom oder elektromotorischer Kraft (EMK) ergibt sich als Folge von unterschiedlichen Lastmomenten eine veränderte Drehzahl. Veränderungen in der Drehzahl sind unter Umständen unerwünscht, beispielsweise aufgrund einer subjektiv negativen Akustik, und sollen durch eine geeignete Ansteuerung vermieden werden.This can result in different load torques for the driving motor. If the motor is controlled without feedback of operating variables such as torque, speed, current or electromotive force (EMF), the speed changes as a result of different load torques. Changes in the speed may be undesirable, for example due to a subjectively negative acoustics, and should be avoided by suitable control.
Ein typischer Lösungsansatz wäre beispielsweise eine klassische Drehzahlregelung, bei welcher die Motordrehzahl oder eine dazu proportionale elektromotorische Kraft des Motors gemessen und zusammen mit einer geforderten Solldrehzahl einem Regler, beispielsweise einem Proportional-Integral-Regler, zugeführt wird. Die Stellgröße des Reglers ist dann typischerweise das Tastweitenverhältnis der Pulsweitenmodulation. Eine solche Regelung ist Stand der Technik. Sie hat sich jedoch für diverse Anforderungen als kompliziert erwiesen, da ein teurer und aufwändiger Drehzahlsensor verwendet werden muss, oder alternativ die elektromotorische Kraft gemessen wird, was eine partielle Unterbrechung der Stromversorgung des Motors voraussetzt und somit zu unerwünschten kurzfristigen Schwankungen der Stromentnahme aus dem Bordnetz führt.A typical solution would be a classic speed control, for example, in which the motor speed or an electromotive force of the motor proportional to it is measured and fed to a controller, for example a proportional-integral controller, together with a required target speed. The manipulated variable of the controller is then typically the pulse width ratio of the pulse width modulation. Such a regulation is state of the art. However, it has proven to be complicated for various requirements, since an expensive and complex speed sensor must be used, or alternatively the electromotive force is measured, which requires a partial interruption in the power supply to the motor and thus leads to undesirable short-term fluctuations in the current drawn from the vehicle electrical system ,
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors bereitzustellen, welches alternativ ausgeführt ist und beispielsweise ohne die erwähnten Probleme funktioniert. Es sind des Weiteren Aufgaben der Erfindung, ein zugehöriges elektronisches Steuerungsmodul, eine zugehörige Kompressoranordnung sowie ein zugehöriges luftgefedertes Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a method for operating a DC motor, which is embodied alternatively and works, for example, without the problems mentioned. It is also an object of the invention to provide an associated electronic control module, an associated compressor arrangement and an associated air-sprung undercarriage for a motor vehicle.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, ein elektronisches Steuerungsmodul, eine Kompressoranordnung und ein luftgefedertes Fahrwerk gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.According to the invention, this is achieved by a method, an electronic control module, a compressor arrangement and an air-sprung undercarriage in accordance with the respective main claims. Advantageous refinements can be found, for example, in the respective subclaims. The content of the claims is made express reference to the content of the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrommotors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Vorgeben eines Vorgabewerts,
- - Anlegen einer Eingangsspannung an den Gleichstrommotor in Abhängigkeit zumindest von dem Vorgabewert,
- - Messen eines Ankerstroms des Gleichstrommotors, und
- - Anpassen der Eingangsspannung in Abhängigkeit von dem Ankerstrom.
- - specifying a default value,
- Applying an input voltage to the DC motor as a function of at least the specified value,
- - measuring an armature current of the DC motor, and
- - Adjusting the input voltage depending on the armature current.
Es wurde herausgefunden, dass der Ankerstrom eine Größe darstellt, welche einfach gemessen werden kann und für eine Regelung des Gleichstrommotors in typischen Situationen geeignet ist. Auf eine Unterbrechung des Betriebs kann dabei verzichtet werden.It has been found that the armature current is a quantity that can be measured easily and is suitable for regulating the DC motor in typical situations. There is no need to interrupt the operation.
Der Vorgabewert ist dabei typischerweise ein Wert, welcher eine gewünschte Leistung, ein gewünschtes Drehmoment oder eine gewünschte Drehzahl des Motors vorgibt. Beispielsweise kann der Vorgabewert proportional zu einer gewünschten Drehzahl sein.The default value is typically a value which specifies a desired output, a desired torque or a desired speed of the motor. For example, the default value can be proportional to a desired speed.
Der Gleichstrommotor kann einen Kompressor antreiben oder einen Kompressor für eine Fahrzeugluftfederung antreiben. Dies sind typische Einsatzgebiete eines Gleichstrommotors, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird, und wo sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft herausgestellt hat. The DC motor can drive a compressor or drive a compressor for vehicle air suspension. These are typical areas of application of a direct current motor which is operated by means of the method according to the invention and where the method according to the invention has proven to be particularly advantageous.
Bevorzugt wird beim Anpassen der Eingangsspannung die Eingangsspannung derart angepasst, dass eine lastbedingte Drehzahlverringerung im Vergleich zu einer dem Vorgabewert zugeordneten Leerlaufdrehzahl ganz oder teilweise kompensiert wird. Somit kann die vom Motor angetriebene Last mittels des Ankerstroms gemessen werden und eine entsprechende Kompensation vorgenommen werden, so dass der Motor die Last unter Berücksichtigung des gewünschten Vorgabewerts weiterhin antreibt.When adapting the input voltage, the input voltage is preferably adapted such that a load-related speed reduction is completely or partially compensated for in comparison to an idling speed assigned to the preset value. The load driven by the motor can thus be measured by means of the armature current and a corresponding compensation can be carried out so that the motor continues to drive the load taking into account the desired default value.
Der Vorgabewert kann bevorzugt eine Spannung sein. Diese kann in einfacher Weise in einer Schaltung vorgegeben werden.The default value can preferably be a voltage. This can easily be specified in a circuit.
Bevorzugt wird beim Anpassen der Eingangsspannung der Ankerstrom mit einem Multiplikator multipliziert und das Ergebnis dieser Multiplikation wird bevorzugt zu dem Vorgabewert unter Erzeugung einer Summe addiert, wobei die Eingangsspannung basierend auf der Summe erzeugt wird. Der Multiplikator ist dabei bevorzugt ein Innenwiderstand des Gleichstrommotors.When adapting the input voltage, the armature current is preferably multiplied by a multiplier and the result of this multiplication is preferably added to the preset value to produce a sum, the input voltage being generated based on the sum. The multiplier is preferably an internal resistance of the DC motor.
Weiter bevorzugt wird der Ankerstrom vor der Multiplikation tiefpassgefiltert.The armature current is further preferably low-pass filtered before the multiplication.
Die Eingangsspannung wird bevorzugt mittels Pulsweitenmodulation abhängig von der Summe erzeugt. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen. Die Eingangsspannung kann jedoch auch als kontinuierliche Spannung abhängig von der Summe erzeugt werden. Sie kann auch mit dem Wert der Summe erzeugt werden.The input voltage is preferably generated by means of pulse width modulation depending on the sum. This has proven to be advantageous for typical applications. However, the input voltage can also be generated as a continuous voltage depending on the sum. It can also be generated with the value of the sum.
Bevorzugt wird die Summe vor der Erzeugung der Eingangsspannung einer oberen und/oder unteren Begrenzung unterzogen. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Eingangsspannungen für den Motor erzeugt werden, welche außerhalb dessen Betriebsbereichs liegen. The sum is preferably subjected to an upper and / or lower limit before the input voltage is generated. This ensures that no input voltages are generated for the motor that are outside of its operating range.
Weiter bevorzugt wird die Summe vor der Erzeugung der Eingangsspannung einer Gradientenbegrenzung in ansteigender und/oder absteigender Richtung unterzogen. Dadurch wird verhindert, dass die Eingangsspannung sich zu schnell zeitlich ändert. Mit einem Gradienten ist dabei insbesondere die Änderung der Eingangsspannung mit der Zeit gemeint. Insbesondere hat sich eine Gradientenbegrenzung in ansteigender Richtung als vorteilhaft erwiesen, da der Motor bezüglich seiner Drehung eine gewisse Trägheit hat und es deshalb bei einem zu schnellen Spannungsanstieg nicht unmittelbar vermag, eine ausreichende elektromotorische Kraft zur partiellen Kompensation der Spannung aufzubauen.The sum is further preferably subjected to a gradient limitation in the ascending and / or descending direction before the input voltage is generated. This prevents the input voltage from changing too quickly. A gradient means in particular the change in the input voltage over time. In particular, a gradient limitation in the increasing direction has proven to be advantageous, since the motor has a certain inertia with respect to its rotation and therefore it cannot immediately build up a sufficient electromotive force for partial compensation of the voltage if the voltage increases too quickly.
Bevorzugt wird der Gleichstrommotor nicht mittels eines Drehzahlsensors überwacht. Anders ausgedrückt ist kein Drehzahlsensor vorhanden. Dadurch kann eine besonders einfache und günstige Ausführung erreicht werden.The DC motor is preferably not monitored by means of a speed sensor. In other words, there is no speed sensor. This enables a particularly simple and inexpensive design to be achieved.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektronisches Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.The invention further relates to an electronic control module which is configured to carry out a method according to the invention. All versions and variants described here can be used. The advantages explained apply accordingly.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kompressoranordnung mit einem Kompressor, einem Gleichstrommotor zum Antrieb des Kompressors und einem elektronischen Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die weiter oben beschriebenen Vorteile können dabei für eine Kompressoranordnung erreicht werden. Insbesondere kann auf einen Drehzahlsensor verzichtet werden und es kann eine effektive Steuerung des Gleichstrommotors erreicht werden. The invention further relates to a compressor arrangement with a compressor, a DC motor for driving the compressor and an electronic control module which is configured to carry out a method according to the invention. With regard to the method according to the invention, all the designs and variants described herein can be used. The advantages described above can be achieved for a compressor arrangement. In particular, a speed sensor can be dispensed with and effective control of the DC motor can be achieved.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein luftgefedertes Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug, wobei das Fahrwerk eine Anzahl von Luftfedern sowie eine erfindungsgemäße Kompressoranordnung aufweist, wobei hinsichtlich der Kompressoranordnung auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden kann. Der Kompressor der Kompressoranordnung ist zur Druckluftversorgung der Luftfedern mit den Luftfedern verbunden. Dadurch können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden.The invention further relates to an air-sprung undercarriage for a motor vehicle, the undercarriage having a number of air springs and a compressor arrangement according to the invention, it being possible to use all of the designs and variants described herein with regard to the compressor arrangement. The compressor of the compressor arrangement is connected to the air springs for supplying compressed air to the air springs. This enables the advantages already described above to be achieved.
Das luftgefederte Fahrwerk kann auch einen Druckspeicher aufweisen. In diesem Fall kann der Kompressor zunächst mit dem Druckspeicher verbunden sein, und die Druckspeicher können dann mit den Luftfedern verbunden sein. Es sind grundsätzlich verschiedene Varianten denkbar, wobei beispielsweise ein Luftfedersystem mit offener Luftversorgung oder geschlossener Luftversorgung verwendet werden kann.The air-sprung undercarriage can also have a pressure accumulator. In this case, the compressor can first be connected to the pressure accumulator, and the pressure accumulators can then be connected to the air springs. In principle, different variants are conceivable, it being possible, for example, to use an air spring system with an open air supply or a closed air supply.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
-
1 : ein luftgefedertes Fahrwerk, -
2 : ein Ersatzschaltbild eines Ankerstromkreises, und -
3 : ein Funktionsplan einer Steuerung eines Motors.
-
1 : an air suspension chassis, -
2 : an equivalent circuit diagram of an armature circuit, and -
3 : a functional diagram of a control of an engine.
Gleichstrommotor
Eine typische Beziehung zwischen einer Winkelgeschwindigkeit ω des Motors
Das Drehmoment des Motors
Aus dem oben bereits diskutierten Ersatzschaltbild von
Unter der Annahme, dass sich der Ankerstrom
Links steht dabei die Ankerspannung an den Motorklemmen, rechts steht eine Summe aus Spannungsabfall am Ankerwiderstand, welcher proportional zum Drehmoment ist, und der elektromotorischen Kraft, welche proportional zur Drehzahl ist.On the left is the armature voltage at the motor terminals, on the right is a sum of the voltage drop at the armature resistance, which is proportional to the torque, and the electromotive force, which is proportional to the speed.
Ziel ist es nun, die elektromotorische Kraft und somit auch die Drehzahl möglichst lastunabhängig konstant zu halten.The aim now is to keep the electromotive force and thus the speed as constant as possible regardless of the load.
Bei steigendem Lastmoment bzw. Drehmoment
Am Motor M wird dann der Ankerstrom
Der Spannungswert
Durch die beschriebene Ausführung besteht keine Notwendigkeit, die Drehzahl mittels eines Sensors zu messen. Ebenso wenig besteht die Notwendigkeit, die elektromotorische Kraft zu messen. Eine Unterbrechung des Motorbetriebs zum Messen der elektromotorischen Kraft kann somit vermieden werden. Es wird lediglich eine elektrische Strommessung, beispielsweise mittels eines Shunt-Widerstands und eines AD-Wandlers, durchgeführt.Due to the described embodiment, there is no need to measure the speed by means of a sensor. There is also no need to measure the electromotive force. An interruption in engine operation for measuring the electromotive force can thus be avoided. Only an electrical current measurement is carried out, for example by means of a shunt resistor and an AD converter.
Es ist auch keine Anpassung oder Parametrierung eines Reglers wie beispielsweise eines PI-Reglers an eine Regelstrecke erforderlich. Die nötigen Funktionsparameter ergeben sich weitgehend aus den Motorparametern.It is also not necessary to adapt or parameterize a controller, such as a PI controller, to a controlled system. The necessary function parameters largely result from the engine parameters.
Es sei erwähnt, dass die hierin erwähnten Parameter und sonstigen Werte lediglich beispielhaft genannt sind und grundsätzlich auch andere Parameter bzw. Werte verwendet werden können.It should be mentioned that the parameters and other values mentioned here are only mentioned as examples and in principle other parameters or values can also be used.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.Mentioned steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be carried out in a different order if this makes technical sense. The method according to the invention can be carried out in one of its embodiments, for example with a specific combination of steps, in such a way that no further steps are carried out. In principle, however, further steps can also be carried out, even those that are not mentioned.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.The claims belonging to the registration do not constitute a waiver of further protection.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.If it emerges in the course of the method that a feature or a group of features is not absolutely necessary, the applicant is already attempting to formulate at least one independent claim which no longer has the feature or group of features. This can be, for example, a sub-combination of a claim existing on the filing date or a sub-combination of a claim existing on the filing date, which is restricted by further features. Such new claims or combinations of features are to be understood as being covered by the disclosure of this application.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.It should also be pointed out that configurations, features and variants of the invention, which are described in the various designs or exemplary embodiments and / or shown in the figures, can be combined with one another as desired. Individual or multiple features can be interchanged with one another. Combinations of features resulting from this are to be understood as being covered by the disclosure of this application.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.Back references in dependent claims are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the back dependent claims. These features can also be combined with other features.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.Features that are only disclosed in the description or features that are only disclosed in the description or in a claim in connection with other features can in principle be of independent importance of the invention. They can therefore also be included individually in order to differentiate them from the prior art.
Claims (15)
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2018
- 2018-08-09 DE DE102018213455.3A patent/DE102018213455A1/en active Pending
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG, 60488 FRANKFURT, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE |