DE19841102C1 - Crankcase for internal combustion engine contains cylinder liners for formation of cylinders, liners in upper area having at least one reinforcement component with holes corresponding at least approximately to outer diameter of liners - Google Patents
Crankcase for internal combustion engine contains cylinder liners for formation of cylinders, liners in upper area having at least one reinforcement component with holes corresponding at least approximately to outer diameter of linersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Patentan spruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a crankcase for a Internal combustion engine according to the preamble of Patentan Proposition 1 defined art.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Brennkraft maschinen mit Kurbelgehäusen aus Leichtmetallwerkstof fen, ist es im allgemeinen notwendig, Zylinderlauf buchsen einzusetzen, da der Werkstoff des Kurbelgehäu ses selbst für eine Verwendung als Zylinderlaufbahn keine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist. Da bei ist jedoch insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem die Zylinderlaufbuchsen einander am nächsten liegen, also im sogenannten Zwickelbereich, die ther mische Standfestigkeit des Werkstoffes der Zylinder laufbuchsen nicht ausreichend.In internal combustion engines, especially in internal combustion machines with crankcases made of light metal material fen, it is generally necessary to run the cylinder insert bushings because the material of the crankcase ses itself for use as a cylinder race does not have sufficient wear resistance. There is, however, particularly in the area in which is the closest to the cylinder liners lie, so in the so-called gusset area, the ther Mix stability of the material of the cylinder bushings not sufficient.
Bei einem qualitativ hochwertigen Grundmaterial für das Kurbelgehäuse kann es ausreichend sein, durch aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Beschich tungsverfahren eine Laufschicht auf das Grundmaterial aufzubringen. Solche Beschichtungsverfahren können beispielsweise das Nikasil-Beschichtungsverfahren, Plasmaspritzen oder PVD-Spritzen sein.With a high quality base material for the crankcase may be sufficient by out Beschich known to the general state of the art a running layer on the base material to apply. Such coating processes can for example the Nikasil coating process, Plasma spraying or PVD spraying.
Hier ergeben sich jedoch, insbesondere bei der Verwen dung von Nikasil-Beschichtungen, giftige Prozeßabfälle und ein damit verbundenes hohes Umweltrisiko. Here, however, arise, especially when using formation of Nikasil coatings, toxic process waste and the associated high environmental risk.
Weiterhin ist es bekannt, sogenannte Preforms, die beispielsweise aus Lokasil bestehen können, als Zylin derlauffläche zu verwenden. Dies wird insbesondere bei Druckgießverfahren und teilweise auch bei Sandgießver fahren durchgeführt.It is also known, so-called preforms can consist of Lokasil, for example, as a Zylin to use the tread. This is particularly true at Die casting process and sometimes also with sand casting driving done.
Hierbei müssen jedoch nachteiligerweise Einschränkun gen bei der Gestaltung sowie hohe Werkzeugkosten hin genommen werden.Here, however, disadvantageously restrictions design and high tooling costs be taken.
Zusätzlich ist bei sämtlichen Lösungen mit Zylinder laufbuchsen der Festsitz der Zylinderlaufbuchsen sowie die Festigkeit derselben kritisch, und es sind dadurch sehr häufig sehr große Abstände der einzelnen Zylinder voneinander notwendig, um durch eine ausreichende Ma terialmenge die gewünschte Festigkeit zu erhalten. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Kühlung im Zwic kelbereich, wodurch insbesondere bei im Druckgießver fahren hergestellten Brennkraftmaschinen oder bei schlecht gekühlten Zylinderlaufbuchsen hohe Tempera turbelastungen auftreten. Es ergeben sich durch diese hohen Temperaturbelastungen große, temperaturabhängige Unrundheiten und eine abnehmende Festigkeit der Zylin derlaufbuchsen.In addition, all solutions are with cylinders liners the tight fit of the cylinder liners as well the strength of the same is critical, and it is through it very often very large distances between the individual cylinders from each other in order to achieve a sufficient degree quantity of material to obtain the desired strength. On Another disadvantage is the poor cooling in the Zwic kelbereich, whereby especially in the die casting drive manufactured internal combustion engines or at badly cooled cylinder liners high tempera turbo loads occur. It results from this high temperature loads large, temperature-dependent Out of roundness and a decreasing strength of the cylinder the liners.
Um dennoch eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, müssen in solchen Fällen die Zylinderlaufbuchsen nach teiligerweise sehr dickwandig und, wie bereits oben erwähnt, mit einem großen Abstand voneinander ausge führt werden.In order to maintain sufficient strength, In such cases, the cylinder liners must be readjusted sometimes very thick-walled and, as already above mentioned, with a large distance apart leads.
Aus der DE-PS 117 899 ist es bekannt, Laufbuchsen und einen diese umgebenden und mit diesen einen Kühlraum bildenden Kühlmantel im dem Brennraum abgewandten End bereich miteinander zu verbinden. Im dem Brennraum zugewandten Endbereich verfügt der Kühlmantel über einen innenliegenden Flansch mit hohlzylinderförmiger Bohrung, der (unter Abdichtung) an den Laufbuchsen anliegt. Der Flansch bildet eine mechanische Verstär kung der Laufbuchsen. Problematisch ist die Herstel lung und Fertigung der beteiligten Bauteile sowie de ren Montage, beispielsweise der Bohrungen.From DE-PS 117 899 it is known to bushings and a surrounding and with this a cold room forming cooling jacket in the end facing away from the combustion chamber area to connect with each other. In the combustion chamber the cooling jacket has facing the end region an internal flange with a hollow cylindrical Bore, the (under seal) on the liners is present. The flange forms a mechanical reinforcement the bushings. The manufacturer is problematic development and production of the components involved and de Ren assembly, for example the holes.
Zum allgemeinen Stand der Technik bei Zylinderlauf buchsen bzw. Kurbelgehäusen mit Zylinderlaufbuchsen wird des weiteren auf die Druckschriften EP 07 44 541, JP 59-3142 A und JP 5-321751 A verwiesen.The general state of the art in cylinder operation bushings or crankcases with cylinder liners is further referred to the publications EP 07 44 541, JP 59-3142 A and JP 5-321751 A referenced.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurbel gehäuse für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem unter Einsatz eines einfach herzustellenden und/oder montierbaren Versteifungselementes der Zylin derlaufbuchsen möglichst große Zylinderbohrungsdurch messer bei möglichst geringen Zylinderabständen und gleichzeitig großer Stabilität und Verschleißfestig keit der Zylinderlaufbuchsen realisierbar sind.It is an object of the present invention to provide a crank to create a housing for an internal combustion engine which using an easy to manufacture and / or mountable stiffening element of the Zylin the largest possible cylinder bore knife with the smallest possible cylinder spacing and great stability and wear resistance at the same time speed of the cylinder liners can be realized.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im kenn zeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.This task is in a generic device by the in the kenn drawing part of claim 1 mentioned features solved.
Durch die erfindungsgemäße Anbringung eines Verstär kungselements im oberen Bereich der Zylinderlaufbuch sen ergibt sich eine sehr gute Versteifung der Zylin derlaufbuchsen und somit eine Erhöhung der Festigkeit derselben. Die Zylinderlaufbuchsen können sehr viel hohen Drücken ausgesetzt werden bzw. dünnwandig ausge bildet sein, da das Verstärkungselement eine weitaus größere Festigkeit als die Zylinderlaufbuchsen selbst aufweisen kann, weil es nicht gleichzeitig als Reib partner für den Kolben dienen muß oder als Kühlmantel dienen muß und so das Material für das Verstärkungs element ausschließlich nach Festigkeitsgesichtspunkten ausgewählt werden kann.By attaching a reinforcement according to the invention kungselements in the upper area of the cylinder log This results in very good stiffening of the cylinder the bushings and thus an increase in strength the same. The cylinder liners can do a lot exposed to high pressures or thin-walled be formed because the reinforcing element is a lot greater strength than the cylinder liners themselves can have because it is not at the same time as friction partner for the piston or as a cooling jacket must serve and so the material for the reinforcement element only according to strength considerations can be selected.
Durch die erfindungsgemäß möglichen dünnwandigeren Zylinderlaufbuchsen sind größere Durchmesser der Zy linderbohrungen und somit ein größerer Hubraum der Brennkraftmaschine bei gleicher Baugröße derselben möglich. Die um das Verstärkungselement vergrößerte Wandstärke im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchsen erhöht dabei nicht nur die Festigkeit der Zylinder laufbuchsen, sondern trägt gleichzeitig auch zur Stei gerung der Formbeständigkeit derselben bei, beispiels weise im Bezug auf Unrundheiten.Due to the thin-walled possible according to the invention Cylinder liners are larger diameters of the Zy smaller bores and thus a larger displacement of the Internal combustion engine with the same size of the same possible. The enlarged around the reinforcing element Wall thickness in the upper area of the cylinder liners not only increases the strength of the cylinders bushings, but also contributes to the stei Reduction of the dimensional stability of the same, for example wise in terms of out-of-roundness.
Infolge der separaten Ausbildung des Verstärkungsele ments ist dieses auf besonders einfache Weise und/oder sehr genau fertigbar. Das erfindungsgemäße Verstär kungselement kann infolge dessen separaten Ausbildung beabstandet zu einem Kühlmantel bzw. einer Zylinder bank angeordnet sein, so daß Durchtrittsöffnungen zu oberhalb des Verstärkungselementes angeordneten gebil det sind. Die Montage des Verstärkungselementes ist durch die erfindungsgemäße Gestaltung desselben ein fach, da eine Vormontage oder eine integrale Fertigung der Laufbuchsen und des Kühlmantels bzw. der Zylinder bank 2 in einem ersten Arbeitsschritt erfolgen kann und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt die ge wünschte Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Laufbuchse durch Aufschieben des Verstärkungsele mentes von oben auf die Laufbuchsen erzielt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist weiterhin das Verstärkungselement unabhängig vom Kühlmantel oder anderen beteiligten Bauteilen demontierbar.As a result of the separate design of the reinforcement element, it can be manufactured in a particularly simple manner and / or very precisely. The reinforcing element according to the invention can be arranged at a distance from a cooling jacket or a cylinder bank as a result of its separate design, so that passage openings are formed above the reinforcing element. The assembly of the reinforcing element is the same due to the inventive design, since a pre-assembly or an integral production of the liners and the cooling jacket or the cylinder bank 2 can be done in a first step and at any later time the desired change in the mechanical properties the liner can be achieved by sliding the reinforcement element from above onto the liners. In the solution according to the invention, the reinforcing element can also be removed independently of the cooling jacket or other components involved.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung kann vorgesehen sein, daß wenigstens eine Zylin derbank mit mehreren Zylinderlaufbuchsen vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement einen brillenartigen Aufbau aus mehreren zusammenge faßten Verstärkungsringen aufweist.In a very advantageous embodiment of the Erfin dung can be provided that at least one cylin derbank provided with several cylinder liners is, wherein the at least one reinforcing element a pair of glasses-like structure together has reinforced rings.
Durch das brillenartige Verstärkungselement werden somit alle Zylinderlaufbuchsen einer Zylinderbank zu sammengefaßt und die Festigkeit jeder einzelnen Zylin derlaufbuchse erhöht. Dadurch ergibt sich im oberen Bereich des Kurbelgehäuses, also demjenigen Bereich, in welchem der Zylinderkopf aufgesetzt wird, eine sehr gute Auflagefläche für eine Zylinderkopfdichtung. Es kann somit auch bei den erfindungsgemäß möglichen ge ringen Zylinderabständen eine sehr gute Abdichtung zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf stattfinden.Through the glasses-like reinforcing element thus all cylinder liners to a cylinder bank summarized and the strength of each individual cylinder the liner increased. This results in the upper one Area of the crankcase, i.e. the area in which the cylinder head is placed, a very good contact surface for a cylinder head gasket. It can thus also in the ge possible according to the invention ring gaps provide a very good seal take place between the crankcase and the cylinder head.
Durch das brillenartige Verstärkungselement ist des weiteren im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchsen am Umfang derselben kein Wasserraum mehr vorgesehen, was die Problematik bezüglich der Abdichtung des Kurbelge häuses gegenüber dem Zylinderkopf noch weiter ent schärft.Due to the glasses-like reinforcing element further in the upper area of the cylinder liners on The scope of the same no longer provided what the problem with the sealing of the cranks compared to the cylinder head sharpens.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un teransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei spiel.Further advantageous refinements and developments gene of the invention result from the remaining Un claims and from the following based on the Drawing shown in principle game.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch ein Kurbelgehäu se mit einem um die Zylinderlaufbuchsen ange ordneten brillenartigen Verstärkungselement, Fig. 1 is a horizontal section through a Kurbelgehäu se with an attached to the cylinder liners arranged spectacle-type reinforcing member,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das brillenartige Verstär kungselement und Fig. 2 is a plan view of the glasses-like reinforcing element and
Fig. 3 einen Teil des Kurbelgehäuses mit dem um die Zylinderlaufbuchsen angeordneten erfindungsge mäßen Verstärkungselement in einem Schnitt nach der Linie III-III aus Fig. 1. Fig. 3 shows a part of the crankcase with the arranged around the cylinder liners erfindungsge MAESSEN reinforcing member in a section along the line III-III in FIG. 1.
In Fig. 1 ist ein Kurbelgehäuse durch einen Horizon talschnitt durch eine Zylinderbank 2 dargestellt. Das Kurbelgehäuse 1 ist Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Zylinder bank 2 weist sechs Zylinder 3 auf, welche jeweils durch Zylinderlaufbuchsen 4 gebildet sind. Insgesamt weist die vorliegende Brennkraftmaschine zwölf Zylin der 3 auf zwei Zylinderbänke 2 aufgeteilt auf, der Einfachheit halber ist hier jedoch nur die eine Zylin derbank 2 dargestellt. Selbstverständlich sind jedoch auch beliebige andere Anzahlen von Zylindern 3 mög lich.In Fig. 1, a crankcase is shown by a horizontal valley section through a cylinder bank 2 . The crankcase 1 is part of an internal combustion engine, not shown in its entirety. The cylinder bank 2 has six cylinders 3 , which are each formed by cylinder liners 4 . Overall, the present internal combustion engine has twelve Zylin on the 3 split into two cylinder banks 2, for simplicity, however, only one bank turned Zylin 2 is shown here. Of course, however, any other number of cylinders 3 are possible.
Um die sechs Zylinderlaufbuchsen 4 ist in ihrem oberen Bereich ein brillenartiges Verstärkungselement 5 ange ordnet, welches insgesamt sechs Bohrungen 6 aufweist, in welchen sich die Zylinderlaufbuchsen 4 befinden. Auf diese Weise werden die Zylinderlaufbuchsen 4 zu sammengefaßt und jede für sich verstärkt. Selbstver ständlich ist auch die andere, nicht dargestellte Zy linderbank mit einem identisch ausgebildeten bril lenartigen Verstärkungselement 5 versehen. Im oberen Bereich des Kurbelgehäuses 1 befindet sich zwischen dem Verstärkungselement 5 und dem Kurbelgehäuse 1 ein Wasserraum 7, in welchem Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Zylinderlaufbuchsen 4 strömt.Around the six cylinder liners 4 , an eyeglass-like reinforcing element 5 is arranged in its upper region, which has a total of six bores 6 , in which the cylinder liners 4 are located. In this way, the cylinder liners 4 are summarized and each reinforced individually. Of course, the other cylinder bench, not shown, is also provided with an identically designed lens-like reinforcing element 5 . In the upper area of the crankcase 1 , between the reinforcing element 5 and the crankcase 1, there is a water space 7 , in which coolant flows for cooling the cylinder liners 4 .
Liegt in einer nicht dargestellten Ausführungsform eine Brennkraftmaschine mit nur einem Zylinder 3 vor, so braucht selbstverständlich kein brillenartiges Ver stärkungselement 5 vorgesehen sein, sondern lediglich ein Verstärkungsring 8. Man könnte auch sagen, daß das Verstärkungselement 5 aus so vielen einzelnen Verstär kungsringen 8 zusammengesetzt ist, wie die Zylinder bank 2 Zylinder 3 aufweist. Dies ist in Fig. 2 gut erkennbar, wo das Verstärkungselement 5 für sich dar gestellt ist.Is in an embodiment, not shown, an internal combustion engine with only one cylinder 3 , so of course no glasses-like Ver reinforcing element 5 must be provided, but only a reinforcing ring 8th One could also say that the reinforcing element 5 is composed of as many individual reinforcing rings 8 as the cylinder bank 2 has cylinder 3 . This is clearly visible in Fig. 2, where the reinforcing element 5 is provided for itself.
Die Bohrungen 6 des Verstärkungselements 5 weisen zu sammen mit dem Außendurchmesser der Zylinderlaufbuch sen 4 jeweils eine Preßpassung auf, wodurch beispiels weise eine Überdeckung im Bereich von 20 bis 70 µm gegeben ist. Dadurch sind die Zylinderlaufbuchsen 4 sehr stramm in dem Verstärkungselement 5 befestigt.The bores 6 of the reinforcing element 5 together with the outer diameter of the cylinder liners 4 each have an interference fit, as a result of which there is, for example, an overlap in the range from 20 to 70 μm. As a result, the cylinder liners 4 are fastened tightly in the reinforcing element 5 .
In demjenigen Bereich, in welchem zwei benachbarte Zylinderlaufbuchsen 4 einander am nächsten liegen, verbreitert sich das Verstärkungselement 5 jeweils zwischen den zwei entsprechenden Zylinderlaufbuchsen 4 in senkrechter Richtung der Längsachse der Zylinder bank 2. Dieser Bereich wird im allgemeinen Zwickelbe reich genannt und stellt den am höchsten belasteten Bereich des Kurbelgehäuses 1 dar.In the area in which two adjacent cylinder liners 4 are closest to each other, the reinforcing element 5 widens between the two corresponding cylinder liners 4 in the vertical direction of the longitudinal axis of the cylinder bank 2 . This area is generally called gusset rich and represents the most heavily loaded area of the crankcase 1 .
Das Verstärkungselement 5 besteht im vorliegenden Fall aus einem Leichtmetallwerkstoff bzw. einer Leichtme tallegierung, wie z. B. SAE 390. Alternativ kann das Verstärkungselement 5 auch aus einem Stahlwerkstoff oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen. Die Her stellung des Verstärkungselements 5 erfolgt durch Stanzen und es müssen lediglich die Bohrungen 6 bear beitet werden, um die notwendige Genauigkeit für die Passung mit den Zylinderlaufbuchsen 4 zu erreichen.The reinforcing element 5 consists in the present case of a light metal material or a light alloy, such as. B. SAE 390 . Alternatively, the reinforcing element 5 can also consist of a steel material or other suitable materials. The position of the reinforcing element 5 is produced by punching and only the holes 6 have to be machined in order to achieve the necessary accuracy for the fit with the cylinder liners 4 .
Das Kurbelgehäuse 1 besteht ebenfalls aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere aus einem Alumini umwerkstoff, der in diesem Fall jedoch geringere Fe stigkeitseigenschaften aufweisen muß als der Werkstoff des Verstärkungselements 5. Dadurch kann für das Kur belgehäuse 1 ein kostengünstigeres Material verwendet werden. Die Zylinderlaufbuchsen 4 bestehen ebenfalls aus einem Leichtmetallwerkstoff, wiederum insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, der gleichzeitig gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften aufweisen sollte.The crankcase 1 also consists of a light metal material, in particular of an aluminum umwerkstoff, which in this case, however, must have lower Fe properties than the material of the reinforcing element 5 . As a result, a cheaper material can be used for the cure 1 . The cylinder liners 4 also consist of a light metal material, again in particular an aluminum material, which at the same time should have good wear and sliding properties.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Kurbelgehäuse 1 im Bereich eines der Zylinder 3. Die Zylinderlaufbuch sen 4 sind als halbnasse Zylinderlaufbuchsen 4 ausge bildet und sind jeweils an einem Absatz 9 abgestützt, der durch das obere Ende des Kurbelgehäuses 1 gebildet wird. Selbstverständlich sind jedoch auch andere an sich bekannte Bauformen der Zylinderlaufbuchsen 4 denkbar, wie z. B. nasse oder trockene Zylinderlauf buchsen 4. Fig. 3 shows a section through the crankcase 1 in the region of one of the cylinder 3. The cylinder liners 4 are formed as a semi-wet cylinder liners 4 and are each supported on a shoulder 9 which is formed by the upper end of the crankcase 1 . Of course, however, other known designs of the cylinder liners 4 are also conceivable, such as. B. wet or dry cylinder barrel 4 .
Der Wasserraum 7 befindet sich somit bei der halbnas sen Zylinderlaufbuchse 4 nicht nur, wie in Fig. 1 dar gestellt, im oberen Bereich zwischen dem Verstärkungs teil 5 und dem Kurbelgehäuse 1 sondern auch, wie in Fig. 3 erkennbar, zwischen den einzelnen Zylinderlauf buchsen 4, jedoch in Achsrichtung der Zylinder 3 be trachtet nur im mittleren Bereich der Zylinderlauf buchsen 4. Somit ist eine ausreichende Kühlung sämtli cher Zylinder 3 gewährleistet.The water chamber 7 is thus in the semi-wet cylinder liner 4 not only, as shown in Fig. 1, in the upper region between the reinforcing part 5 and the crankcase 1 but also, as can be seen in Fig. 3, between the individual cylinder barrels 4 , but in the axial direction of the cylinder 3 be viewed only in the central region of the cylinder liners 4 . Sufficient cooling of all cylinders 3 is thus ensured.
In Fig. 3 ist des weiteren zu erkennen, daß das Ver stärkungselement 5 eine relativ geringe Höhe, nämlich zwischen 5 und 10 mm aufweist. Die Zylinderlaufbuchse 4 ist in demjenigen Bereich, an dem sie von dem Ver stärkungselement 5 umgeben ist, mit einer reduzierten Wandstärke ausgebildet, welche ohne das Verstärkungs element 5 dem auftretenden Zünddruck nicht standhalten würde.In Fig. 3 it can also be seen that the reinforcing element 5 has a relatively small height, namely between 5 and 10 mm. The cylinder liner 4 is surrounded in that region in which they reinforcing element of the United 5, formed with a reduced wall thickness which would not withstand element without the gain 5 to the ignition pressure occurring.
Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, klei nere Abstände der Zylinder 3 voneinander zu realisie ren und somit eine sehr kurz bauende Brennkraftmaschi ne herzustellen, die in demjenigen Bereich mit der höchsten Belastung, nämlich jeweils dem Zwickelbereich zwischen zwei Zylinderlaufbuchsen 4, eine besonders hohe Steifigkeit bzw. Festigkeit aufweist.The arrangement described makes it possible to realize smaller distances of the cylinders 3 from one another and thus to produce a very short-sized internal combustion engine which has a particularly high rigidity in the area with the highest load, namely the gusset area between two cylinder liners 4 or has strength.
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Legal Events
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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