DE1551089A1 - Rotary piston machine, in particular rotary piston internal combustion engine with a trochoid-shaped piston runner mounted on an eccentric shaft and a surrounding body parallel to it - Google Patents
Rotary piston machine, in particular rotary piston internal combustion engine with a trochoid-shaped piston runner mounted on an eccentric shaft and a surrounding body parallel to itInfo
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Description
Aotationskolbenmaschine, insbes. Rotationskolbenbrennkraftmaschine mit eines auf einer Exzenterwelle gelagerten trochoidenförmigem Kolbenläufer und eines hierzu parallelachsi- gen Umschließungskörper Die Erfindung bef aßt sich mit einer Rotationakolbenmaschine, insbesondere einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine oder auch -pumpe. Bei diesen Maschinen ist bekanntlich inner- halb eines Umschließungskörpers ein Kolbenläufer angeordnet, wobei die Achsen des Umschließungskörpers und des Kolbenläu- fers parallel sind, jedoch in einem gewissen Abstand vonein- ander angeordnet sind. Dieser Abstand, auch Exzentr%zität E genannt, bestimmt den Kurbelars der Kurbelwelle bzw. Exzenterwelle der Maschine. Er lüßt sich nicht beliebig groß wäh- len, sondern ist in gewissen Grenzen durch die der Maschinen- anordnung zugrunde gelegte Trochoidenform bedingt. Auf des Exzenter ist der Kolbenläufer drehbar gelagert. Die Drehzahl des Kolbenläufers steht mit der Drehzahl der Exzenterwelle oder gegebenenfalls auch des Umschließungskörpers in eines festen Verhältnis, das durch die Trochoidenform bestimmt ist. Dieses Drehzahlverhältnis wird bei der Rotationsbewegung der Maschine durch ein Getriebe erzwungen. Ein solches Getriebe, das mit der Erzeugung der Trochoidenkurve direkt zusasmenhüngt, wird nachstehend kurz als Urkinematik oder Urverzahnung bezeichnet. Hei einer Anordnung dieser obengenanaten Urkinematik zwischen einer Seitenwand des Kolbenläufers und der dazugehörigen Seitenwand des Umschließungskörpers ist die Größe des außenverzahnten Rades durch das Maß der EzzentrizitXt E, d. h. des Kurbelarmes und das durch die' gewählte Trochoidenforn der Maschine bestimmte Übersetzungs- verhältnis gegeben. Infolge dieser Abhängigkeit ergeben sich konstruktive Schwierigkeiten bei der Ausbildung der ßxzenterwelle und der Urkinematik. wenn z. B. bei blaschinen mit trochoidenförmigem Umschließungskörper und einem aus der innren Hüllkurve bestehenden Kolbenläufer (nach der von Wankel gewühlten Bezeichnung Schlupfeingriffmaschinen genannt) kleine Exzentrizitäten erforderlich sind, so muß notgedrungen das außenverzahnte Rad ebenfalls einen kleinen Durchmesser haben und daher ist es nicht mehr möglich, die Exzenterwelle mit der eigentlich erforderlichen Festigkeit auszubilden, denn die Wellenstummel der Exzenterwelle füh- ren zweckmäßigerweise durch das hohl ausgebildete, außenver- zahnte, mit den Seitengehäuse zentrisch fest verbundenen Zahnrad hindurch. Nur bei kleinen Triebwerken ist es mög- lich, hier eine gewisse Abhilfe zu schaffen, denn bei ihnen kann man eine fliegende Lagerung des Kolbenläufers anwenden, aufgrund derer dann auf der Außenseite des Kolbenläufers ge- nügend Raum fUr die Ausbildung und Unterbringung der Urkinematik vorhanden ist. Um bei größeren Triebwerken diese oben aufgezeigten Schwierigkeiten zu vermeiden, ist in der DAS 1 125 ?15 schon vorgeschlagen worden, die Urkinematik in das Innere des Rotationskolbens zu verlegen. Zu diesem Zweck ist. der Kolbenläufer in zwei symmetrische Hälften un- terteilt und schließt in seinem Inneren einen innenverzahn- ten Zahnkranz ein. Das Zahnrad mit der Außenverzahnung, das mit diesem genannten Zahnkranz in Eingriff steht, sitzt auf eineiR Zapfen, der durch die hohl ausgebildete Ezzenterwelle hindurchgreift und mit dem feststehenden Umechließungskörper verbunden ist. Durch diese Anordnung im Inneren des Kolbenläufers wird wieder die verlangte trochoidenförnige Bewegung des Kolbenläufers erzwungen, jedoch ist der Durchmesser der Exzenterwelle nicht mehr durch die Größe des außenver- zahnten Rades begrenzt. Die Festigkeit der Exzenterwelle wird somit verbessert. Bei dieser Ausführungsform braucht gich also an den Abmessungen der Urkinematik nichts zu ändern,-es-wird lediglich erreicht, daß die Exzenterwelle mit genügend hoher Festigkeit ausgebildet werden kann.Aotationskolbenmaschine, esp. Rotary piston internal combustion engine with a bearing on an eccentric shaft trochoidenförmigem piston rotor and a gene for this purpose parallelachsi- Umschließungskörper The invention bef Asst with a Rotationakolbenmaschine, in particular a rotary piston internal combustion engine or -pump. In these machines, a Umschließungskörpers is known to within half a piston disposed rotor, wherein the axes of the Umschließungskörpers and Kolbenläu- fers are parallel, but are arranged at a certain distance from each other. This distance, also called eccentricity E , determines the crankshaft of the crankshaft or eccentric shaft of the machine. He lüßt not any big len currency, but within certain limits by the arrangement of the machinery underlying conditions specified Trochoidenform. The piston rotor is rotatably mounted on the eccentric. The rotational speed of the piston rotor is in a fixed relationship with the rotational speed of the eccentric shaft or possibly also of the enclosing body , which is determined by the trochoid shape . This speed ratio is enforced by a gear when the machine rotates. Such a gear, which is directly related to the generation of the trochoid curve, is referred to below as primary kinematics or primary gearing . Hei an arrangement of this obengenanaten Urkinematik between a side wall of the piston rotor and the associated side wall of the Umschließungskörpers is the size of the external gear wheel by the measurement of EzzentrizitXt E, ie the crank arm and the determined by the 'selected Trochoidenforn the machine transmission ratio given. As a result of this dependency, constructional difficulties arise in the design of the eccentric shaft and the original kinematics. if z. B. at blaschinen with trochoidenförmigem Umschließungskörper and one consisting of the innren envelope piston runners (after gewühlten of Wankel name slip engaged machine called) small eccentricities are required, it must perforce the external gear also have a small diameter and therefore it is not possible anymore, eccentric shaft form with the actually required strength, because the shaft stub of the eccentric shaft leadership ren expediently by the hollow design, außenver- teething, centrally fixed to the side gear housing therethrough. Only for small engines, it is possible Lich, to provide some help here, because with them you can use a floating support of the piston rotor, due to which then on the outside of the piston rotor space for training and accommodation of Urkinematik's overall cient available . To avoid these difficulties outlined above for larger engines, 15 has been already proposed in the DAS 1125? To move the Urkinematik in the interior of the rotary piston. To that end is. the piston rotor into two symmetrical halves subdivided and includes in its interior a innenverzahn- th a sprocket. The toothed wheel with the external toothing, which is in mesh with said toothed ring, sits on a pin which extends through the hollow eccentric shaft and is connected to the fixed enclosure body . By this arrangement, in the interior of the piston rotor, the demanded trochoidenförnige movement of the piston rotor is enforced again, however, the diameter of the eccentric shaft is no longer limited by the size of the außenver- toothed wheel. The strength of the eccentric shaft is thus improved. In this embodiment, the gich Urkinematik need therefore not alter the dimensions, it-is achieved that only the eccentric shaft can be formed with a sufficiently high strength.
Die obengenannten und am Beispiel der Trochoiden mit innerer Hüllkurve aufgezeigten Schwierigkeiten hin- sichtlich Festigkeit der Exzenterwelle treten auch in ähn- licher Form bei Maschinen mit äußerer Hüllkurve als Um- schließungskörper (nach der von nankel gewählten Bezeich- nung Kämmeingriffmaschinen genannt) auf. Diese Art der Ma- schinen hat, verglichen mit den Maschinen mit innerer Hüll- kurve, den Vorzug, daß bei ihnen eine höhere Verdichtung mög- lich ist. Dies trifft besonders für die Herz- und Nierenkurve zu. Die Größe der möglichen Exzentrizität E wird allerdings wieder eingeschränkt, wenn wendepunktfreie Trochoidenkurven oder Kurven mit Flachpunkt dem iiaschinenentwurf zugrundegelegt werden. Die Exzentrizität E kann dabei wieder so gering werden, daß selbst bei fliegender Anordnung des Kolbenläufers auf einem Kurbelwellenzapfen keine genügende Festigkeit mehr vorhanden ist. Es ist also auch in diesem Fall eine Verwen- dung der beschriebenen Urkinematik nicht mehr möglich. Die aus der obengenannten DAS 1 125 715 bekannte Anordnung bezieht sich lediglich auf Maschinen der erstgenannten Hauptgruppe des Ordnungssystems, d. h. auf Maschinen mit trochoidenförmigem Umschließungskörper und innerer Hüllkurve als Kolbenläu- fer, und kann bei den hier im Augenblick zu betrachtenden , Maschinen der anderen Hauptgruppe des Ordnungssystems, d. h. bei Maschinen mit trochoidenförmigem Kolbenläufer und äußerer Hüllkurve als Umschließungskörper keine Abhilfe schaffen. Wird bei derartigen Maschinen die Exzentrizität E so gewählt, daß gerade der spezielle Fall einer Trochoidenkurve mit Flach- punkt eintritt, dann zeigt der geometrische Kurvenverlauf, daß der äußere trochoidenförmige Rand des Kolbenläufers mit dem Teilkreis des innenverzahnten Zahnrades der Urkinematik zusammenfällt. Dieses innenverzahnte Zahnrad sitzt aber fest in der Seitenwand des Umschließungskörpers und infolgedessen treten bei bestimmten Stellungen des Kolben- läufers die Zahnlücken über den Rand des Kolbenläufers hin- aus. Damit ist keine reale Abdichtung des Arbeitsraumes mög- lich und das Arbeitsmittel kann unerwünscht entweichen.Die Vorteile, die aber Rotationakolbenmaschinen mit trochoidenförmigem Läufer und äußerer Hüllkurve bieten, insbesondere bei Verwendung von Trochoiden mit Herzkurven-bzw. Nierenkurvenform ohne Wendepunkte oder mit Flachpunkten, sind aber so groß, daß Wege gesucht werden müssen, sie auch konstruk- tiv Praktisch zu verwirklichen. Der Vorteil der genannten Kurvenform liegt insbesondere darin, daß die in den Simul- tanpunkten außen angeordneten Dichtleisten im Umschließungskörper liegen und das Dichtproblem daher wesentlich besser zu beherrschen ist. The above and the example of the trochoidal inner envelope indicated with difficulties with regard to strength of the eccentric shaft also occur in the form of similar for machines with an outer envelope as binder closing body (after the voltage of the selected designation nankel Kämmeingriffmaschinen called) on. Compared to machines with an inner envelope curve, this type of machine has the advantage that a higher compression is possible with them . This is especially true for the heart and kidney curve . The size of the possible eccentricity E is, however , restricted again if the machine design is based on trochoidal curves with no inflection point or curves with a flat point. The eccentricity E can again be so small that even when the piston rotor is in a floating arrangement on a crankshaft journal, there is no longer sufficient strength. In this case , too, it is no longer possible to use the original kinematics described. The arrangement known from the above-mentioned DAS 1 125 715 only relates to machines of the first-mentioned main group of the order system, i.e. to machines with a trochoidal enclosing body and inner envelope curve as a piston rotor , and can be used in the machines of the other main group of the Order system, ie for machines with a trochoidal piston rotor and an outer envelope curve as an enclosing body, do not provide a remedy. If the eccentricity E is selected in such machines so that the special case of a trochoidal curve with a flat point occurs, the geometric curve shows that the outer trochoidal edge of the piston rotor coincides with the pitch circle of the internally toothed gear of the original kinematics. However, this internally toothed gear is firmly seated in the side wall of the enclosing body and as a result , in certain positions of the piston rotor, the tooth gaps protrude beyond the edge of the piston rotor. So no real sealing of the working space is possible Lich and the working medium may or heart-cam undesirable entweichen.Die benefits but offer Rotationakolbenmaschinen with trochoidenförmigem runners and outer envelope, especially when using trochoids with. Kidney curve shape without turning points or with flat points, however, are so large that ways have to be found to realize them in a constructive and practical way. The advantage of the curve shape mentioned is, in particular, that the sealing strips arranged on the outside at the simultaneous points lie in the enclosing body and the sealing problem can therefore be mastered much better.
Es sind auch schon Anordnungen bekannt geworden, bei denen ein Steuer- oder Nachdrehgetriebe für einen Kolbenläu- fer vorgesehen ist. Hierbei ist das der betreffenden Maschi- nenbauart zugeordnete feste Drehzahlverhältnis der Urkinematik in der Weise aufgespalten, daß zwischen Kolbenläuferverzahnungsteil und Exzenterwelle ein besonderes Getriebe eingefügt ist. Das Übersetzungsverhältnis im Kolbenläuferverzahnungsteil ist frei wählbar und die übrigen Übersetzungsverhält- nisse des Nachdrehgetriebes missen dann ergänzend so gewählt werden, daß sich in der Summe wieder das Übersetzungs- bzw. Drehzahlverhältnis von Kolbenläufer und Exzenterwelle der Urkinematik ergibt. Durch diese Freizügigkeit in der Wahl des Übersetzungsverhältnisses im Kolbenläuferverzahnungsteil kann man die Exzenterwellen mit größer« Durchmesser und somit mit größerer Festigkeit ausführen, als es nach der Urkinetik möglich wäre. - Bei einer bekannten solchen Anordnung für Rotationskolbenmaschinen mit trochoidenförmigem Gehäuse und innerer Hüllkurve als KolbenlÄufer wird eine parallel zur Exzenter- welle liegende Vorgelegewelle verwendet, die über Stirnrä- der einerseits mit der Exzenterwelle in Eingriff steht und andererseits ein Doppelzahnrad antreibt, das auf der Exzenterwelle diese umschließend gelagert ist. Das zweite Stirn- rad des Doppelzahnrades treibt die gemäß Urkinematik vor- handene Innenverzahnung des Kolbenläufers an. Auf diese Weise erfolgt ein Nachstellen relativ zwischen Kolbenläufer und Exzenterwelle. Diese Ausbildung läßt sich aber nicht auf den Rotationskolbenmaschinen mit trochoidenförmigem Kol- benläufer und äußerer Hüllkurve als Gehäusewandung anwenden, da dort der Kolbenläufer gemäß Urkien matik keine Innenver- zahnung besitzt. Arrangements have also become known in which a control or post-rotation gear is provided for a piston rotor. Here, the fixed speed ratio of the original kinematics assigned to the machine type in question is split up in such a way that a special gear is inserted between the piston rotor toothing part and the eccentric shaft . The transmission ratio in the piston rotor toothing part is freely selectable and the other transmission ratios of the post- rotating gear must then be selected in such a way that the sum of the transmission or speed ratio of the piston rotor and eccentric shaft of the original kinematics results again. Due to this freedom in the choice of the transmission ratio in the piston rotor teeth part can be the eccentric shafts with larger "diameter and thus perform with greater strength than it would be possible after the Urkinetik. - In a known such arrangement for rotary piston engine with trochoidenförmigem housing and inner envelope as a piston rotor a lying parallel to the eccentric shaft countershaft is used, on the one hand is connected via Stirnrä- to the eccentric shaft in engagement on the other hand drives a double gearwheel which this on the eccentric shaft is stored enclosing. The second spur wheel of the double gear drives according Urkinematik upstream handene inner toothing of the piston to the rotor. In this way there is a relative readjustment between the piston rotor and the eccentric shaft. However, this design cannot be used on rotary piston machines with a trochoid- shaped piston rotor and an outer envelope curve as the housing wall , since the piston rotor there, according to Urkienmatik, has no internal toothing.
Eine andere bekannte Ausbildung zeigt das Prinzip eines Nachdrehgetriebes für den Kolbenläufer von Rotationskolbenmaschinen der anderen Gruppe, d. h. Maschinen mit trochoidenförmigem Kolbenläufer und äußerer Müllkurve als Be- grenzungswandung. Bei dieser Ausbildung umschließt der Ex- zenter eine Nachdrehwelle und wird von ihr über ein beson- deres Getriebe verdreht. Andererseits steht die Nachdrehwelle über ein Stirnrad mit einem Innenzahnkranz im Kolbenläufer in Eingriff. Durch Wahl eines entsprechenden Übersetzungsverhält- nisses im Nachdrehgetriebe und im Kolbenläuferverzahnungsteil kann wieder das vorgeschriebene Drehzahlverhältnis zwischen Kolbenläufer und Exzenterwelle erzwungen werden. Jedoch weist diese bekannte Anordnung des Nachdrehgetriebes einen beträchtlichen Nachteil auf. Hei Rotationskolbenmaschinen mit trochoidenförmigem Kolbenläufer und äußerer äüllkurve als Gehäusebegrenzungswand geht die Leistung der Maschine über die Verzahnung. Unter diesem Gesichtspunkt ist aber die bekannte Anordnung völlig ungenügend und zeigt keine in der Praxis brauchbare Bauform. Die auftretenden Belastungen in der Verzahnung und in der Nachdrehwelle ermöglichen keinen einwandfreien Betrieb. Es ist bei dieser bekannten Anord- nung auch nicht gezeigt, in welcher Weise die Leistung der Diaschine abgenommen werden kann, d. h. wie die Exzenterwelle herausgeführt werden kann. Another known design shows the principle of a post- rotating gear for the piston rotor of rotary piston machines of the other group, ie machines with a trochoid- shaped piston rotor and an outer garbage curve as a boundary wall. In this configuration, the ex-centers encloses a Nachdrehwelle and is rotated by it on One particular transmission. On the other hand, the post- rotating shaft is in mesh with an internal ring gear in the piston rotor via a spur gear . By selecting an appropriate transmission ratio in the post- rotating gear and in the piston rotor toothing part , the prescribed speed ratio between piston rotor and eccentric shaft can be enforced again. However , this known arrangement of the post-rotating gear has a considerable disadvantage. Hei rotary piston machines with a trochoid- shaped piston rotor and an outer envelope curve as a housing boundary wall, the machine's performance goes through the gearing. From this point but the known arrangement is completely inadequate and shows no usable in practice design. The loads that occur in the toothing and in the post-rotating shaft do not allow proper operation. In this known arrangement it is also not shown in which way the power of the slide machine can be taken off, ie how the eccentric shaft can be led out.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik, nach dem bei Rotationskolbenmaschinen mit trochoidenförmigem Kol- benläufer ein Nachdrehgetriebe zwischen Kolbenläufer und Ex- zenterwelle vorgesehen ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Nachdrehgetriebe so anzuordnen und zu verbes- sern, daß auch die Maschinenleistung ohne Schwierigkeiten ab- genommen werden kann. Das Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Nachdrehgetriebe symmetrisch, z. B. als Planetengetriebe ausgebildet ist, dessen Außenrad fest mit der Exzenterwelle verbunden, dessen Zentralrad auf einer ge- meinsamen Welle mit dem die Nachdrehbewegung des Kolbenläu- fers bewirkenden außen erzahnten Zahnrad des Kolbenläufer- verzahnungsteiles angeordnet ist und dessen Planetenräder im Gehäuse gelagert sind, und daß außerdem der Kolbenläuferverzahnungsteil innerhalb des Kolbenläufers,vorzugsweise in des- sen Symmetrieebene angeordnet und die Nachdrehwelle in der als Hohlwelle ausgebildeten Exzenterwelle gelagert ist. Bei einer derartigen symmetrischen Ausbildung des Nachdrehgetriebes wird die Verzahnung völlig entlastet und es ensteht kein Biegemoment in der Nachdrebwelle. Die ganze Ausbildung er- bringt die größtmögliche Festigkeit in Leichtbauweise. Ferner erhält man den großen Vorteil völlig glatter Kolbenläuferseitenwünde, wodurch die Abdichtung sich wesentlich leichter durchführen läßt. Außer der genannten Ausbildung des Nachdreh- getriebes als Planetengetriebe lassen sich auch noch andere symmetrische Getriebearten verwenden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Kolbenläuferverzahnungsteil und Nachdrehgetriebe oder wenigstens Teile des letzteren innerhalb des Kolbenläu- fers bzw. des hohlen Exzenters untergebracht werden können. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kann man auch für mehrere auf einer gemeinsamen Exzenterwelle angeordnete Einheiten einer Rotationskolbenmaschine eine gemeinsame durchgehende Nachdrehwelle vorsehen, da die zu korrigie- renden Drehzahlverhältnisse bei allen Einheiten der Maschine gleich sind. Proceeding from the known prior art, according to which, in rotary piston machines with a trochoidal piston rotor, a post-rotation gear is provided between the piston rotor and the eccentric shaft, the invention is based on the object of arranging and improving the post-rotation gear so that the machine performance without Difficulties can be reduced. The aim is achieved according to the invention in that the post-rotation gear is symmetrical, for. B. is designed as a planetary gear, the ring gear fixed to the eccentric shaft, the central gear the Nachdrehbewegung of Kolbenläu- fers effecting outside erzahnten gear of Kolbenläufer- gearing part is arranged on of a common shaft with the and whose planet wheels are mounted in the housing, and that, in addition, the piston rotor toothing part is arranged within the piston rotor, preferably in its plane of symmetry, and the post-rotation shaft is mounted in the eccentric shaft designed as a hollow shaft. With such a symmetrical design of the post-rotating gear, the toothing is completely relieved and there is no bending moment in the post-rotating shaft. The entire training produces the greatest possible strength in a lightweight construction. Furthermore , one obtains the great advantage of completely smooth piston rotor side walls, as a result of which the seal can be carried out much more easily. In addition to the aforementioned design of the post-rotating gear as a planetary gear, other symmetrical types of gear can also be used. It is particularly advantageous if the piston rotor spline and Nachdrehgetriebe or at least parts of the latter within the Kolbenläu- fers or the hollow eccentric may be accommodated. According to a further embodiment of the invention, a common continuous post-rotation shaft can also be provided for several units of a rotary piston machine arranged on a common eccentric shaft , since the speed ratios to be corrected are the same for all units of the machine.
Die Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren gleich bezeichnet. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Corresponding parts are identified identically in all figures.
Es zeigen: Fig. 1 und 2 in zwei verschiedenen Schnitten die Anordnung der Ersatzkinematik bei einer Rotationskolbenmaschine mit herzkurvenförmigem Kolbenläufer und äußerer Hüll-kurve als festem Umschließungskürper.They show: FIGS. 1 and 2, in two different sections, the arrangement of the replacement kinematics in a rotary piston machine with a heart-shaped piston rotor and an outer envelope curve as a solid enclosing body.
Fig. 3 eine-weitere Ausführungsform der Ersatzkinematik gemäß Fig. 1 und 2.FIG. 3 shows another embodiment of the replacement kinematics according to FIG. 1 and 2.
Fig.4a bis 4e einen Bewegungsablauf der Ersatzkinematik gey.4a to 4e show a sequence of movements of the substitute kinematics gey.
maß Fig. 1 und 2.measured Fig. 1 and 2.
Fig.5a und 5b eine Abwandlung der Fig. 2 mit einem an der Seitenwand des Kcfbenläufers angeordneten.Kolbenläuferverzahnungsteil und @rsatzt`:@®F.t'3.ka Fig. 6a und 6b eine Abmondlun@a:',@ ig . 3 .Fig. 5a and 5b a modification of Fig. 2 with a piston rotor toothing part arranged on the side wall of the piston rotor and @ rsatzt`: @ ®F.t'3.ka Fig. 6a and 6b a Abmondlun @ a: ', @ ig. 3.
Fig.7a und 7b ein weiteres Ausführungsbeispiel einer kinematik analog zu Fig. 3.7a and 7b a further embodiment of a kinematics analog to Fig. 3.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in stark vereinfachter Ausfüh-rungsform das Prinzip der Erfindung an einer Rotationskolbenmaschine mit einer wendepunktsfreien Herzkurve als Entwurfs- grundlage für den trochoidenförmigen Kolbenläufer. Der Kol- benläufer ist mit 5 bezeichnet und über die Lagerstellen 11 auf den Exzenter 10 drehbar gelagert: Die Kurbelwellenstumnel 12 und 12# sind fest mit dem Exzenter 10 verbunden und in den beiden Hauptlagern 9 gelagert. Sie können so stark gemacht werden, wie es die Exzenterabmessungen erlauben und die Festigkeit es erfordert.-Das Drehzahlverhältnis muß hier wieder, d@:r es sich um eine Herzkurve handelt, 2:I betragen b:w. 1:1 bei festen Bezugsachsenkreuz. Um aber die Nachteile der Urkinematik zu vermeiden, ist hier nach dem eingangs er- wähnten bekannten Prinzip das feste und durch die Trochoidenform bestimmte Drehzahlverhältnis von Kolbenläufer und Ex- zenterwelle bzw. das zugeordnete Verzahnungsverhältnis der Urkinematik aufgespalten in mehrere Teilvernahnungsverhältnisse, von denen hier im Beispiel eines frei gewählt ist und die übrigen Teilverhältnisee danncbmentsprechend so gewählt werden müssen, daß sich das Gesamtdrehzahlverhältnis bzw. das Gesamtübersetzungsverhältnis genauso ergibt, wie es der Urkinematik zugrunde liegt. Das geforderte Verzahnungsverhältnis wird hier aufgespalten, beispielsweise in ein erstes Teilverzahnungsverhältnis 2:1 und in ein zwbites Drehzahlverhältnis 3:1, wobei das erste Teilverzahnungsverhältnis dem Kolbenläuferverzahnungsteil K und das zweite Teilverzahnungsverhältnis einem mit N bezeichneten Nachdrehgetriebe zugeordnet ist. Figs. 1 and 2 show in a very simplified exemplary form the principle of the invention to a rotary piston machine with a turning point heart free curve as a design basis for the trochoidal piston rotor. The piston rotor is denoted by 5 and is rotatably mounted on the eccentric 10 via the bearing points 11 : The crankshaft lobes 12 and 12 # are firmly connected to the eccentric 10 and are mounted in the two main bearings 9. They can be made as strong as the eccentric dimensions allow and the strength requires. The speed ratio must here again, d @: r it is a heart curve, be 2: I b: w. 1: 1 with fixed reference axes. However, in order to avoid the disadvantages of the Urkinematik, here after the beginning ER- mentioned known principle of the fixed and determined by the Trochoidenform speed ratio of piston rotor and ex zenterwelle and the associated gearing ratio of the Urkinematik split into a plurality Teilvernahnungsverhältnisse, of which in this example a is freely selected and the remaining Teilverhältnisee danncbmentsprechend must be selected so that the total speed ratio and the overall speed ratio results in the same way as it is the underlying Urkinematik. The required gearing ratio is split here, for example, in a first part gearing ratio of 2: 1 and in a zwbites speed ratio 3: 1, wherein the first part interleaving relationship the piston rotor teeth section K and the second part gearing ratio is assigned to a designated N Nachdrehgetriebe.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 zeigt einen in der Symmetrieachse unterteilten Kolbenläufer 5, der in seinem Inneren fest angeordnet einen innenverzahnten Zahn- kranz 13 trägt. Damit im Eingriff steht ein außenverzahntes Zahnrad 14, das in einer Aussparung des Exzenters 10 angeord- net ist und auf einer konzentrisch zur Exzenterwelle 12 ver- laufenden Nachdrehwelle 15 festsitzt. Die Nachdrehwelle ist auf beiden Seiten des Zahnrades 14 in der Exzenterwelle gela- gert. Das Verzahnungsverhältnis dieses Kolbenläuferverzahnungsteiles beträgt wie erwähnt 2:1. Die Exzenterwelle ist wenigstens auf dem von der Nachdrehwelle durchsetzten Teil als Hohlwelle 121 ausgebildet. Als Nachdrehgetriebe N, das sich gegen einen Festteil 19 abstützt, ist hier im Ausfüh- rungsbeispiel ein Planetengetriebe gewählt. Das ihm zugeord- nete Teilverzahnungsverhältnis muß im gewählten Ausführungsbeispiel 3:1 betragen, um wieder das feste Gesamtverhältnis der Urkinematik durch Superposition der beiden Teilverhält- nisse sicherzustellen. Zu diesen Zweck ist auf der Nachdrehwelle 15 innerhalb des Planetengetriebes als Sonnenrad ein außenverzahntes Zahnrad 16 angeordnet. Die Nachdrehwelle 15 selbst ist in einer Gehäusewand 19 gelagert. In dieser Gehäusewand sind ferner noch zwei Satellitenrüder 17 befestigt, welche sowohl mit dem Sonnenrad 16 als auch mit dem Glocken- -rad 18 in Eingriff stehen. Die Durchmesser der Zahnräder 16 und 18 ergeben das gewünschte Teilverzahnungsverhältnis von 1:3. Das Glockenrad 18 selbst ist fest mit der Exzenterwelle bzw. Kurbelwelle 12 verbunden und macht die Rotationsbewe- gung des fest auf Bier Kurbelwelle sitzenden Exzenters 10 mit, wobei sich das Nachdrehgetriebe N über die Satellitenräder 17 an der festen Gehäusewand 19 oder einen anderen Festteil ab- stützt und über die Nachdrehwelle 15 sowie die Kolbenläufer- verzahnung der Zahnräder 13 und 14 dem Kolbenläufer 5 die durch die Trochoidenbahn vorgeschriebene eigene Rotationsbe- wegung relativ zur Exzenterwelle aufzwingt. Durch den sym- metrischen Aufbau des Nachdrehgetriebes wird der Querschnitt des Zahnrades 16 völlig entlastet und es wirkt daher kein Biegemoment auf die Nachdrehwelle 15. The embodiment of FIGS. 1 and 2 shows a piston rotor 5 which is subdivided in the axis of symmetry and which has an internally toothed ring gear 13 fixedly arranged in its interior. An externally toothed toothed wheel 14, which is arranged in a recess of the eccentric 10 and is fixed on a post-rotation shaft 15 running concentrically to the eccentric shaft 12, is in engagement with this. The Nachdrehwelle Gert Gela on both sides of the gear 14 in the eccentric shaft. As mentioned, the tooth ratio of this piston rotor toothing part is 2: 1. The eccentric shaft is designed as a hollow shaft 121 at least on the part through which the post-rotating shaft passes. A planetary gear is selected here in the exemplary embodiment as the post-rotation gear N, which is supported against a fixed part 19. The partial gear ratio assigned to it must be 3: 1 in the selected exemplary embodiment in order to ensure the fixed overall ratio of the original kinematics again by superposing the two partial ratios . For this purpose , an externally toothed gear 16 is arranged as a sun gear on the post-rotating shaft 15 within the planetary gear. The post-rotation shaft 15 itself is mounted in a housing wall 19. In this housing wall, two satellite rudders 17 are also attached, which mesh with both the sun gear 16 and the bell gear 18. The diameters of the gears 16 and 18 result in the desired partial gear ratio of 1: 3. The bell wheel 18 itself is firmly connected to the eccentric shaft or crankshaft 12 and takes part in the rotational movement of the eccentric 10, which is firmly seated on the beer crankshaft, with the post-rotation gear N being detached via the satellite wheels 17 on the fixed housing wall 19 or another fixed part. and, via the post- rotating shaft 15 and the piston rotor toothing of the gears 13 and 14, forces the piston rotor 5 to perform its own rotational movement relative to the eccentric shaft prescribed by the trochoidal path. As a result of the symmetrical structure of the post-rotation gear, the cross-section of the gear wheel 16 is completely relieved and therefore no bending moment acts on the post-rotation shaft 15.
wie die Fig. 2 zeigt, ist die Exzentrizität E hier im Ausführungsbeispiel gleich groß wie der Teilkreisradius des Zahnrades 14, weil aus konstruktiven Gründen das Über- setzungsverhältnis im Kolbenläuferverzahnungsteil mit 2:1 gewählt worden ist. Daher fallen zufällig der Teilkreis des Zahnrades 14 und der Kurbelkreis in der Fig. 1 zusammen. Der Kurbelkreis 7 ist daher dort in Fig. 1 nicht gesondert darge- stellt. In der Fig. 1 ist außerdem der Exzenter 10 durch Schraffur gekennzeichnet. Zwischen ihm und dem Kolbenläufer 5 befindet sich die Lagerung 11. Diese Ausbildung des Exzen- ters 10 besitzt eine gute und auch für hohe Gasdrücke aus- reichende Festigkeit. Auch die mit Exzenter 10 fest verbun- dene Exzenterwelle 12 bzw. der als Hohlwelle 12' ausgebildete Teil besitzt eine für alle Erfordernisse ausreichende Festig- keit. In der Fig. 2 ist auf der linken Seite durch strich- punktierte Linien noch angedeutet, daß selbstverständlich' erforderlichenfalls die Exzenterwelle durchgehend als Hohl- welle ausgebildet sein kann. Dieser Umstand ist z. B. dann von besonderem Vorteil, wenn mehrere Einheiten einer itotationskolbenmaschine auf einer gemeinsamen Exzenterwelle sit- zen. Die hier gezeigte Ausführungsform der Kolbenläuferverzahnung mit dem innenverzahnten Zahnkranz 13 und dem außen- verzahnten Zahnrad 14 auf der Nachdrehwelle 15 weist den Vorteil auf, daß die Seitenwand des Exzenters 10 bzw. des Kolbenläufers 5 sauber und glatt ist, so daß sehr gute Dicht- möglichkeiten gegenüber der Gehäusewand 8 gegeben sind. As FIG. 2 shows, the eccentricity E here in the exemplary embodiment is the same size as the pitch circle radius of the gear wheel 14, because the transmission ratio in the piston rotor toothing part has been selected to be 2: 1 for structural reasons. Therefore the pitch circle of the gear 14 and the crank circle in FIG. 1 coincide by chance. The crank circuit 7 is therefore not shown separately there in FIG. 1. In FIG. 1, the eccentric 10 is also indicated by hatching . The bearing 11 is located between it and the piston rotor 5. This design of the eccentric 10 has a good strength that is also sufficient for high gas pressures. Also firmly connected with eccentric 10 dene eccentric shaft 12 or the shaft has a hollow 12 'formed part ness sufficient for all requirements of strength strength. On the left-hand side of FIG. 2, dash-dotted lines indicate that the eccentric shaft can of course, if necessary, be designed continuously as a hollow shaft. This fact is z. B. then of particular advantage when several units itotationskolbenmaschine zen a SIT on a common eccentric shaft. The embodiment of the piston rotor toothing shown here with the internally toothed ring gear 13 and the externally toothed gear 14 on the post- rotating shaft 15 has the advantage that the side wall of the eccentric 10 or the piston rotor 5 is clean and smooth, so that very good sealing options opposite the housing wall 8 are given.
In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Nachdrehgetriebe N schematisch dargestellt. Auch die- ses Nachdrehgetriebe ist mit dem Teilübersetzungsverhältnis 1:3 ausgerüstet. Dabei ist dieses Verzahnungsverhältnis im Nachdrehgetriebe in zwei Stufen so aufgeteilt, daß in der einen Stufe das Teilverzahnungsverhältnis der Zahnräder 20 und 21 sowie in der anderen Stufe das Teilverzahnungsverhältnis der Zahnräder 22 und 18 zusammengenommen wieder das Ver- hältnis 1:3 ergeben. Im Gegensatz zu dem Planetengetriebe der Fig. 2 wird hier ein Getriebe verwendet, das ausschließ- lich außenverzahnte Zahnräder enthält. Auch dieses Getriebe ist von symmetrischem Aufbau, jedoch ist der Einfachheit halber nur ein Teil des Getriebes dargestellt. Ein weiterer Unterschied zum Planetengetriebe besteht darin, daß beim Planetengetriebe - bedingt durch seinen Aufbau - die erfor- derlichen Drehrichtungen zwischen Hohlwelle 12' und Nachdreh- welle 15 für das vorliegende Ausführungsbeispiel vorhanden sind. Um die gleichen Drehrichtungen bei einem außenverzahn- ten Getriebe sicherzustellen, ist ein zusätzliches Glied not- wendig, das eine Drehrichtungsumkehr durchführt. Somit ent- sprechen in der Fig. 3 das außenverzahnte Zahnrad 20 den Glokkenrad 18 der Fig. 2, die gleichachsigen Zahnräder 21 und 22 den Satellitenrädern 17 der Fig. 2 und das im Festteil 19 . gelagerte Zwischenrad 23 bewirkt schließlich die Drehrichtungsumkehr. Auf der Nachdrehwelle sitzt dann wieder, wie im Falle der Fig. 2, das außenverzahnte Zahnrad 16. In Fig. 3, a further embodiment for the rotary gear N is shown schematically. Also DIE ses Nachdrehgetriebe is a partial ratio of 1: equipped. 3 In this case, this gearing ratio is divided in Nachdrehgetriebe in two stages so that in one step, the partial gear teeth ratio of the gears 20 and 21 and in the other stage, the part teeth ratio of the gears 22 and 18 taken together, again the ratio of 1: arise. 3 In contrast to the planetary gear of Fig. 2, a transmission is used herein, the exclusively external gears contains. This transmission is also of symmetrical design, but for the sake of simplicity only part of the transmission is shown. Another difference to the planetary gear is that in the planetary gear - due to its structure - the necessary directions of rotation between the hollow shaft 12 'and the secondary rotating shaft 15 are available for the present exemplary embodiment. To ensure the same directions of rotation in a außenverzahn- th transmission, an additional member is neces- manoeuvrable that performs a reversal of direction. Thus , in FIG. 3 the externally toothed gear 20 corresponds to the bell gear 18 of FIG. 2, the coaxial gear wheels 21 and 22 to the satellite wheels 17 of FIG. 2 and that in the fixed part 19 . mounted intermediate gear 23 finally causes the direction of rotation to be reversed. As in the case of FIG. 2, the externally toothed gear 16 is then seated again on the post-rotating shaft.
In den Fig. 4a bis 4e ist der Ablauf der Bewegungsvorgänge einer Ersatzkinematik gemäß den Fig. 1 und 2 dar- gestellt. Voll ausgezogen eingezeichnet sind die Kreise 13 und 14 de$ Kolbenläuferverzahnungsteiles mit dem Überset- zungsverhältnis 1:2, gestrichelt eingezeichnet sind die Kreise 16, 17 und 18 des Nachdrehgetriebes mit dem Über- setzungsverhältnis 1:3. Der symmetrische Aufbau des Hachdrehgetriebes ist zu erkennen. Die aufeinanderfolgend dar- gestellten Stellungen des Exzenters und des Kolbenläufers sind jeweils um 45o gegeneinander verdreht. Dabei läuft der Kolben, wie aus dem langen Pfeil ersichtlich ist, im Uhr- zeigersinn, wogegen die Exzenterwelle, dargestellt durch den kurzen, von Punkt 2 ausgehenden Pfeil, gegen den Uhr- zeigersinn dreht. In FIGS. 4a to 4e, the sequence of the movement processes of an equivalent kinematics according to FIGS . 1 and 2 is shown. The circles are drawn in full lines 13 and 14 en $ piston rotor toothing part with the transmission ratio 1: 2, are shown in dashed lines, the circles 16, 17 and 18 of the Nachdrehgetriebes with the transmission ratio 1: 3. The symmetrical structure of the high-speed rotary gear can be seen. The positions of the eccentric and the piston rotor shown in succession are each rotated by 45o in relation to one another . As can be seen from the long arrow , the piston runs clockwise, while the eccentric shaft, shown by the short arrow starting from point 2, rotates counterclockwise.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit auf der Seiten- wand des Kolbenläufers liegender tolbenljWuferverzahnung ist in den Fig. 5ä, und 5b gezeigt..Als EntwurfsgzG=@alaye für dfe Maschine ist wieder wie im Beispiel der Fig. a und ?% e`.i herzkurvenförmiger Kolbenläufer ;i mit außenliegender Hüllkurve 6 als Umschließungskörper angenommen. Die Kolbenläuferverzahnung besteht wieder aus dem innenverzahnten Zahn- kranz 13, der im Kolbenläufer fest angeordnet ist, und dem außenverzahnten Zahnrad 14, das mit der Nachdrehwelle ver- bunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist für die Kolben- läuferverzahnung ein Übersetzungsverhältnis von 4:I5 gewählt. Dieses Ausführungsbeispiel läßt eine durchgehende Exzenter- welle für mehrere Kolbenläufer zu. Aus den Fig. 52 und 5b läßt sich der Bewegungsablauf leicht ersehen. Bei einer Bewegung des Exzenters 10 im Uhrzeigersinn, wie er der Pfeilrichtuz.,2g des Kurbelkreises 7 entspricht, macht auch das mit der Exzenterwelle fest verbundene Glockenrad 18 die gleiche Drehbewegung mit. Über das Satellitenrad 17 wird das Sonnen- rad 1& entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wobei das Über- setzungsverhältnis zwischen Glockenrad und Sonnenrad so ge- wählt ist, daß zusammen mit der Kolbenläuferverzahnung wie- der das Übersetzungsverhältnis der Urkinematik erreicht wird. Die Drehbewegung des Sonnenrades 16 wird über die Nach- drehwelle, die hier als Hohlwelle 15' ausgebildet ist, den Zahnrad 14 mitgeteilt und im gleichen Drehsinn, d. h. entge- gen dem Uhrzeigerdrehsinn, auf die Innenverzahnung 13 des Kolbenläufers 5 gegeben. Der Vorteil dieser Anordnung be- steht in der durchgehenden und an keiner Stelle geschwächten Exzenterwelle 12. Das außenverzahnte Zahnrad 14 und die damit verbundene hohle Nachdrehwelle 15' können mit solchen Durch- messern gewählt werden, wie es ihre Festigkeit erfordert. Die Satellitenräder 17 des Planetengetriebes können in einfacher Weise an einem Festteil, z. B. der Gehäusewand, angebracht werden. Bei der Fig. 5b sind die Teilkreise der Kolbenläufer- verzahnung ausgezogen, die Teilkreise des Nachdrehgetriebes gestrichelt dargestellt. A further embodiment having on the side wall of the piston rotor lying tolbenljWuferverzahnung is shown in FIGS. 5A and 5b gezeigt..Als EntwurfsgzG = @ Alaye for dfe machine again as in the example of Figure a. And?% E`.i heart curved Piston runner ; i assumed with outer envelope curve 6 as the enclosing body. The piston rotor teeth again consists of the internally toothed gear rim 13 which is fixedly disposed in the piston rotor and the external gear 14, comparable with the Nachdrehwelle is prevented. In this exemplary embodiment, a transmission ratio of 4: 15 is selected for the piston rotor toothing. This embodiment allows a continuous eccentric shaft for several piston rotors. From FIGS. 52 and 5b, the motion sequence can be easily seen. When the eccentric 10 moves clockwise, as corresponds to the direction of the arrow, 2g of the crank circle 7, the bell wheel 18 firmly connected to the eccentric shaft also makes the same rotary movement. The sun gear 1 & is rotated counterclockwise via the satellite gear 17, the gear ratio between bell gear and sun gear being selected so that, together with the piston rotor toothing, the gear ratio of the original kinematics is achieved again. The rotation of the sun gear 16 is rotatable shaft on the demand, which is formed here as a hollow shaft 15 ', communicated to the gear 14 and in the same direction, ie entge- given gene the clockwise direction, on the internal toothing 13 of the piston rotor. 5 The advantage of this arrangement is the continuous eccentric shaft 12, which is not weakened at any point . The externally toothed gear 14 and the hollow post- rotating shaft 15 'connected to it can be selected with such diameters as their strength requires. The satellite gears 17 of the planetary gear can easily be attached to a fixed part, e.g. B. the housing wall, are attached . In FIG. 5b, the pitch circles of the piston rotor toothing are drawn out, the pitch circles of the post- rotating gear are shown in dashed lines.
Ein anderes Beispiel für die freie W4hlbarkeit der Kolbenläuferverzahnung ist in Fig. 6 gezeigt. Dort -ist ein Übersetzungsverhältnis der Kolbenläuferverzahnung in der Größe 1;4 gewählt. Die Exzenterwelle ist wieder als Hohl- welle 12# ausgebildet, durch die die Nachdrehwelle 15 hin- durchgesteckt ist. Wegen des gewählten Verzahnungsverhält- nisses ist es möglich, die Verzahnung des Rades 14 aus der Nachdrehwelle aus einem Stück herzustellen und die gesamte Anordnung durch die hohle Exzenterwelle 12# hindurchzustekken. In den Exzenter 10 wird noch als Zwischenrad das kleine Zahnrad 23' eingelegt, um die Verbindung zum innenverzahnten Zahnkranz 13 des Kolbenläufers 5 herzustellen. Da dieses Zwischenrad 23' eine Umkehr des Drehsinnes bewirkt, muß die Wahl des Nachdrehgetriebes N so getroffen werden, daß diese Drehrichtungsumkehr in der Kolbenläuferverzahnung wieder aufgehoben wird. Dies kann z. B. in der Weise erreicht werden, daß in der Fig. 6a ein Nachdrehgetriebe nach Art der Fig. 3 mit außenverzahnten Zahnrädern verwendet wird, bei dem aber das Umkehrzahnrad 23 weggelassen ist. Der Einfachheit halber ist dieses Nachdrehgetriebe hier nicht besonders dargestellt. Another example for the free selection of the piston rotor toothing is shown in FIG. 6. There a transmission ratio of the piston rotor toothing of size 1; 4 is selected. The eccentric shaft is again wave as a hollow # 12 formed by the back Nachdrehwelle 15 is pushed through. Because of the selected toothing ratio, it is possible to produce the toothing of the wheel 14 from the post- rotating shaft in one piece and to insert the entire arrangement through the hollow eccentric shaft 12 #. The small gear 23 ′ is also inserted into the eccentric 10 as an intermediate gear in order to establish the connection to the internally toothed ring gear 13 of the piston rotor 5. Since this intermediate gear 23 'causes a reversal of the direction of rotation, the choice of the post- rotation gear N must be made in such a way that this reversal of the direction of rotation is canceled again in the piston rotor toothing . This can e.g. B. can be achieved in such a way that in Fig. 6a a post-rotation gear is used according to the type of Fig. 3 with externally toothed gears , but in which the reversing gear 23 is omitted. For the sake of simplicity , this post-rotation gear is not specifically shown here.
Ähnlich wie das Beispiel der Fig. 3 und 6 ist auch das Beispiel der Fig. 7 aufgebaut und zeigt eine Kolbenläuferverzahnung mit dem Verhältnis 1:4. Auf eine nähere Be- schreibung der Wirkungsweise kann hier wohl verzichtet wer- den, jedoch ist zu erwähnen, daß dieses Beispiel für Maschi- nen geeignet ist, bei denen mehrere Einheiten auf einer ge- meinsamen Exzenterwelle angeordnet sind. Die Exzenterwelle ist hier als Hohlwelle 12# ausgebildet. Auf dieser Bohlwelle sitzen in der üblichen Weise die den einzelnen Maschinenein- heiten zugehörigen Exzenter. Die Nachdrehwelle 15 ist ebenfalls durchgehend für sämtliche Maschineneinheiten vorgese- hen. Dies ist deshalb möglich, weil bei gleichgewählten Kolbenläuferverzahnungen in den einzelnen Maschineneinheiten das Übersetzungsverhältnis des Nachdrehgetriebes für alle Einheiten gleich ist. Die Zeichnung läßt erkennen, daß große Freizügigkeit bei der Wahl der Durchmesser für die Exzenter- welle und bei der Wahl des Kolbenläuferverzahnungsverhältnisses gegeben ist. The example of FIG. 7 is constructed similarly to the example in FIGS. 3 and 6 and shows piston rotor toothing with a ratio of 1: 4. A more detailed description of the mode of operation can be dispensed with here , but it should be mentioned that this example is suitable for machines in which several units are arranged on a common eccentric shaft. The eccentric shaft is designed here as a hollow shaft 12 # . The eccentrics associated with the individual machine units sit on this pile shaft in the usual way. The post- rotating shaft 15 is also provided continuously for all machine units . This is possible because if the piston rotor toothing is selected the same in the individual machine units, the transmission ratio of the post -rotating gear is the same for all units. The drawing shows that there is great freedom in the choice of the diameter for the eccentric shaft and in the choice of the piston rotor tooth ratio .
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |