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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme für einen Ausleger eines Baggers mit wenigstens einer antreibbaren Koppel zum Aufnehmen eines Werkzeugs, insbesondere Löffel oder Schnellwechsler.
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Ein Ausleger eines Baggers weist in der Regel wenigstens einen Arm und eine Koppel auf, wobei das Werkzeug mit beiden schwenkbar verbunden ist. Mittels einer ersten Schwenkachse ist das Werkzeug schwenkbar an dem Arm befestigt. Die Koppel ist relativ zum Arm bewegbar und in der Regel mit einem Hydraulikzylinder angetrieben. Die Koppel ist wiederum mittels einer zweiten Schwenkachse mit dem Werkzeug verbunden, wobei die ersten und zweiten Schwenkachsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Mittels des Hydraulikzylinders wird die Koppel relativ zum Arm verschoben, wodurch die zweite Schwenkachse relativ zur ersten Schwenkachse verschoben wird, sodass das Werkzeug verschwenkt werden kann. Die wesentliche Kraftaufnahme und die Rotationsachse des Werkzeugs werden durch den Arm definiert. Die Koppel dient zur Kraftübertragung und Übersetzung des Antriebs des Hydraulikzylinders auf das Werkzeug.
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Als Werkzeug werden hier sowohl Schnellwechsler als auch andere Werkzeuge wie insbesondere Löffel oder auch andere Anbaugeräte, etwa Bohr- und Rammwerkzeuge, verstanden. Ein Schnellwechsler dient zur Aufnahme solcher Anbaugeräte. Ein Schnellwechsler ist dabei in der Regel dauerhaft mit dem Ausleger verbunden und so ausgebildet, dass auf einfache und rasche Art und Weise Anbaugeräte mit diesem verbunden werden können. Beispielsweise können solche Schnellwechsler von der Firma Lehmatic erhalten werden und sind beispielsweise in
EP 0 483 232 B1 bekannt.
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Beim Durchführen von Baggerarbeiten werden mit Löffeln neben dem Ausheben von Löchern oder Bewegen von Erdraum auch weitere Tätigkeiten durchgeführt wie etwa das Absieben mittels eines Sieblöffels oder auch Verdichten des Erdbodens durch Klopfen mit einem Löffel. Sowohl beim Absieben als auch beim Verdichten muss das Werkzeug stoßartig bewegt werden, gerüttelt werden, um diese Tätigkeit effektiv durchzuführen. Der Baggerführer wird dazu in der Regel den Antrieb des Werkzeugs kurz und impulsartig betätigen, um so eine Stoßbewegung mit dem Werkzeug auszuüben. Dazu bewegt er beispielsweise den Antriebshebel des Hydraulikantriebs rasch hin und her, um so das Werkzeug in eine Rüttelbewegung zu versetzen.
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Dies hat sich als einfacher, gangbarer Weg erwiesen, bringt allerdings eine Reihe von Nachteilen mit sich. Zum einen hängt die Rüttelbewegung stark von der Geschicklichkeit des Baggerführers ab, andererseits bringt diese Art der Bedienung einen erhöhten Verschleiß an Antrieben mit sich. Weiterhin ist die Art der Bewegung, das heißt Intensität und Schnelligkeit, begrenzt und nur bedingt wiederholbar. Dies ist insbesondere beim Verdichten von Boden nachteilig. Es ist sehr schwierig den Boden mit immer der selben Kraft zu beaufschlagen und so eine gleichmäßige Verdichtung zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugaufnahme sowie einen Schnellwechsler anzugeben, der bezüglich dieser Probleme wenigstens teilweise verbessert ist. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Werkzeugaufnahme der eingangs genannten Art gelöst durch eine antreibbare Exzenterwelle, die sich durch die Koppel erstreckt und mittels der das Werkzeug an der Werkzeugaufnahme befestigt ist.
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Üblicherweise ist das Werkzeug mittels einer Verbolzung sowohl mit dem Arm als auch mit der Koppel verbunden, das heißt entlang sowohl der ersten als auch der zweiten Achse ist eine Verbolzung vorgesehen, mittels der das Werkzeug schwenkbar mit dem Arm und der Koppel verbunden ist. Erfindungsgemäß wird die Verbolzung zwischen Werkzeug und Koppel durch eine antreibbare Exzenterwelle ersetzt. Durch den Hub der Exzenterwelle ist auf diese Weise eine Relativbewegung zwischen Koppel und Werkzeug möglich. Diese Relativbewegung ist definiert durch die Geometrie der Exzenterwelle und deren Antriebsgeschwindigkeit. Bei einem rotierenden Antreiben der Exzenterwelle wird so, bei im Wesentlichen starr gehaltener Koppel und Arm, eine Rüttelbewegung auf das Werkzeug übertragen, ohne dass ein Baggerführer diese manuell durch rasches Hin- und Herbewegen des Antriebshebels erzeugen muss. Der Baggerführer muss lediglich einen Antrieb für die Exzenterwelle einschalten, wodurch das Werkzeug in Bewegung gesetzt wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Exzenterwelle einen mittleren Lagerabschnitt und einen ersten und einen zweiten seitlichen Exzenterzapfen auf, wobei die Exzenterwelle mit dem mittleren Lagerabschnitt an der Koppel drehbar gelagert ist. Üblicherweise ist ein Werkzeug mittels zweier Kopplungsstege mit der Koppel verbunden, wobei sich die Kopplungsstege jeweils seitlich von der Koppel erstrecken und eine Durchgangsbohrung aufweisen. Eine Verbolzung wird dann durch die Durchgangsbohrungen an den Kopplungsstegen und die Koppel geführt. Gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch erfindungsgemäß die Verbolzung durch die Exzenterwelle ersetzt. Die Exzenterwelle weist demnach einen Lagerabschnitt auf, der in der Koppel aufgenommen ist. Da die Koppel im Betrieb der Exzenterwelle im Wesentlichen starr gehalten wird, definiert dieser Lagerabschnitt durch seine Zentralachse auch im Wesentlichen die Rotationsachse der Exzenterwelle. Seitlich erstrecken sich an beiden gegenüberliegenden Stirnenden des Lagerabschnitts die Exzenterzapfen, die den Exzenter der Exzenterwelle definieren.
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Dabei ist bevorzugt, dass die beiden Exzenterzapfen denselben Durchmesser aufweisen und koaxial zueinander angeordnet sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Exzenterzapfen dazu ausgebildet sind, mit entsprechenden Ausnehmungen des Werkzeugs in Eingriff zu kommen, um so das Werkzeug an der Koppel aufzunehmen. Demnach erstrecken sich die Exzenterzapfen bevorzugt durch die Durchgangsbohrungen der Kopplungsstege des Werkzeugs, und das Werkzeug ist mit den Exzenterzapfen verbunden. Hierdurch wird eine einfache Möglichkeit realisiert, bei Rotation der Exzenterwelle um die Zentralachse des Lagerabschnitts der Exzenterwelle das Werkzeug relativ zur Koppel in eine schwingende Bewegung zu versetzen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Exzenterzapfen einen geringeren Durchmesser auf als der mittlere Lagerabschnitt. Hierdurch ist eine besonders einfache Konstruktion erreicht, die ein einfaches Einbauen der Exzenterwelle in die Koppel ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Exzenterwelle einen Hub in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 3 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt etwa 5 mm auf. Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Hub ausreicht, um eine effektive Schwingung und damit eine effektive Rüttelbewegung auf das Werkzeug zu übertragen. Der Hub ist in einem Bereich, der keine zu großen Beschleunigungskräfte hervorruft, sodass noch eine tragbare Belastung für die Exzenterwelle und auch den Ausleger erreicht wird. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Hub ausreicht, um Boden zu verdichten, Erdraum abzusieben oder Abbrucharbeiten durchzuführen. Hub bedeutet hier, dass die Zentralachsen des Lagerabschnitts und die Zentralachse der Exzenterzapfen einen Abstand e haben, der bevorzugt der Hälfte des Hub entspricht.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass ein Motor zum Rotieren und Antreiben der Exzenterwelle vorgesehen ist. Der Motor ist vorzugsweise als Hydraulikmotor ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Motor einen Anschluss zum Verbinden mit einem Hydrauliksystem des Baggers auf. Üblicherweise weist ein Bagger ein Hydrauliksystem auf, welches auch die Hydraulikkolben des Hydrauliklinearantriebs des Auslegers versorgt. Dieses Hydrauliksystem kann verwendet werden, um einen Hydraulikmotor für die Exzenterwelle anzutreiben. Hydraulikmotoren haben ferner den Vorteil, dass diese ein sehr hohes Drehmoment bereitstellen können. Die Ausbildung des Motors als Hydraulikmotor hat daher gleich zwei Vorteile. Zum einen ist ein solcher Motor in der Lage, ein ausreichendes Drehmoment bereitzustellen, andererseits kann er über das Hydrauliksystem des Baggers versorgt werden, sodass keine zusätzliche Energieversorgung erforderlich ist. Weiterhin sind solche Hydraulikmotoren robust und wenig störanfällig.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Motor unmittelbar oder mittelbar mit einem axialen Ende der Exzenterwelle gekoppelt. Gemäß dieser Ausführungsform wirkt der Motor folglich vorzugsweise auf einen der beiden Exzenterzapfen ein. Dies führt zu dem Vorteil, dass die Konstruktion vereinfacht ist. Andererseits ist aber auch der Motor selbst der Schwingbewegung ausgesetzt. Vorzugsweise ist der Motor dabei an dem Werkzeug abgestützt. Eine besonders einfache Realisierung wird erzielt, wenn das Werkzeug als Schnellwechsler ausgebildet ist. Der Motor kann in einem solchen Fall fest mit dem Schnellwechsler verbunden sein und muss folglich beim Wechseln des Anbaugeräts nicht mit ummontiert werden. Alternativ ist der Motor mit einer reversibel lösbaren Verbindung mit dem Werkzeug gekoppelt und kann so beim Wechseln des Werkzeugs ummontiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist der Motor an einem Stützabschnitt des Auslegers des Baggers, insbesondere an der Koppel, abgestützt. Hierzu kann eine spezielle Stützvorrichtung vorgesehen sein, die auch den Hub der Exzenterwelle ausgleicht.
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Bevorzugt ist ferner eine Alternative, in der der Motor unmittelbar oder mittelbar mit dem mittleren Lagerabschnitt der Exzenterwelle zusammenwirkt. In einem solchen Fall ist der Motor bevorzugt an der Koppel abgestützt und wirkt mittelbar oder unmittelbar auf den mittleren Lagerabschnitt ein. Dies hat den Vorteil, dass der Motor selbst beim Rotieren der Exzenterwelle nicht der Schwingbewegung ausgesetzt ist und ein Wechseln von Werkzeugen, sowohl des Schnellwechslers als auch anderer Anbaugeräte, einfach realisiert werden kann. Bevorzugt ist der Motor in einem solchen Ausführungsbeispiel über ein Getriebe mit der Exzenterwelle gekoppelt, sodass der Motor beabstandet von der Exzenterwelle an der Koppel angeordnet sein kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Motor dazu eingerichtet, die Exzenterwelle mit einer Drehzahl in einem Bereich von 200 bis 1000 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt 500 bis 600 Umdrehungen pro Minute, anzutreiben. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass diese Drehzahlen besonders geeignet sind, insbesondere im Zusammenspiel mit den oben genannten Bereichen des Hubs der Exzenterwelle, um dasd Werkzeug in eine effektive Schwingung zu versetzen. Durch diese Drehzahl wird eine weitaus höhere Schwingung erreicht als dies manuell durch rasches Hin- und Herbewegen eines Antriebshebels des Hydraulikantriebs der Koppel möglich ist. Bereits mit geringeren Drehzahlen lassen sich gute Ergebnisse erreichen, wobei sich gezeigt hat, dass Drehzahlen im Bereich zwischen 500 und 600 Umdrehungen pro Minute insgesamt die besten Ergebnisse liefern.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Exzenterzapfen dazu ausgebildet, in entsprechenden Gleitlagern des Werkzeugs aufgenommen zu sein. Gleitlager haben den Vorteil, dass diese konstruktiv einfach sind und hohen Radialkräften standhalten können und dadurch in diesem Anwendungsfall weniger verschleißanfällig sind als Kugellager. Alternativ können auch Kugellager eingesetzt werden, bevorzugt aber Nadel- oder Rollenlager.
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Vorzugsweise ist auch an der Koppel für den mittleren Lagerabschnitt ein Gleitlager vorgesehen. Auch dies hat hier insbesondere konstruktive Vorteile sowie Vorteile in der Verschleißanfälligkeit.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Werkzeugaufnahme einen Schnellwechsler auf, wobei die Exzenterwelle in dem Schnellwechsler aufgenommen ist und in diesem gleitend gelagert ist. Besonders in Verbindung mit einem Schnellwechsler kommen die Vorteile der Erfindung zur Geltung. Durch die antreibbare Exzenterwelle ist kein zusätzlicher Montageaufwand beim Wechseln von Anbaugeräten verursacht.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch einen Schnellwechsler für einen Bagger mit einem Grundkörper, der eine Bolzenaufnahme zur Aufnahme eines Bolzens zum Befestigen des Schnellwechslers an einem Ausleger des Baggers aufweist, einer Exzenterwelle, die rotierbar an dem Grundkörper gelagert ist und einem Motor zum rotierenden Antreiben der Exzenterwelle, wobei der Motor an dem Grundkörper abgestützt ist.
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Es soll verstanden werden, dass die Werkzeugaufnahme gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und der Schnellwechsler gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Aspekte haben, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind. Insofern beziehen sich die Unteransprüche, die sich auf die Werkzeugaufnahme beziehen, ebenso auf den Schnellwechsler. Beispielsweise weist die Exzenterwelle des Schnellwechslers bevorzugt ebenso einen Hub in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 3 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt etwa 5 mm auf, und der Motor des Schnellwechslers ist bevorzugt als Hydraulikmotor ausgebildet und dazu eingerichtet, die Exzenterwelle mit einer Drehzahl in einem Bereich von 200 bis 1000 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt 500 bis 600 Umdrehungen pro Minute, anzutreiben.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Baggers;
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2 eine Seitenansicht einer Werkzeugaufnahme mit Schnellwechsler;
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3 eine weitere Seitenansicht der Werkzeugaufnahme mit Schnellwechsler;
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4 eine Frontalansicht der Werkzeugaufnahme mit Schnellwechsler; und
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5 eine schematische Schnittdarstellung durch die Werkzeugaufnahme mit Schnellwechsler.
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Ein Bagger 1 weist einen Ausleger 2, eine Aggregateeinheit 4, einen Kettenantrieb 6 sowie eine Fahrerkanzel 8 auf. Der Ausleger 2 weist wiederum einen Arm 10 sowie eine an dem Arm 10 schwenkbar angeordnete Koppel 12 auf. Die Koppel 12 ist als Kniehebelmechanismus ausgebildet und mit Bezug auf 2 weiter beschrieben. Die Koppel 12 wird über einen Hydraulikzylinder 14 angetrieben. Am vorderen Ende des Arms 10 ist eine Werkzeugaufnahme 16 vorgesehen. An der Werkzeugaufnahme 16 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Schnellwechsler 18 aufgenommen. Dieser ist um eine erste Achse A1 schwenkbar mit dem Arm 10 und um eine zweite Achse A2 schwenkbar mit der Koppel 12 gekoppelt. An dem Schnellwechsler 18 ist ein Löffel 20 befestigt (1).
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In 2 ist als Detail aus 1 ein Schnellwechsler 18 dargestellt, der an einem Arm 10 eines Auslegers 2 befestigt ist. An dem Schnellwechsler 18 ist in 2 kein Löffel oder ein anderes Anbaugerät aufgenommen. Der Schnellwechsler 18 weist einen Grundkörper 22 mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kopplungsstegen 24, 26 auf. Jeder Kopplungssteg 24, 26 weist zwei Durchbrüche 28, 30, 32, 34 auf, durch die die Achsen A1, A2 verlaufen. Entlang der Achse A1 ist eine Verbolzung 36 vorgesehen, um den Schnellwechsler 18 mit dem Arm 10 zu koppeln.
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Die Koppel 12 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Kniehebelmechanismus ausgebildet und weist einen ersten Schenkel 38 und einen zweiten Schenkel 40 auf. An dem Gelenk 42 zwischen den beiden Schenkeln 38, 40 greift der Hydraulikzylinder 14 an, um den zweiten Schenkel 40 bezogen auf 2 nach unten zu verschwenken und so den Schnellwechsler 18 um die Achse A1 entgegen dem Uhrzeigersinn zu schwenken.
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Die Koppel 12, insbesondere der erste Schenkel 38 der Koppel 12, ist über die Achse A2 mit dem Schnellwechsler 18 verbunden. Die Achse A2 ist erfindungsgemäß durch eine Exzenterwelle 44 realisiert, von der in 2 nur ein Exzenterzapfen 46 zu erkennen ist. Der Exzenterzapfen 46 ist in einem Gleitlager 48 aufgenommen, welches an dem Grundkörper 22 des Schnellwechslers 18 vorgesehen ist.
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Zum Antreiben der Exzenterwelle 44 ist ein Motor 50 vorgesehen (vgl. 3–5). Der Motor 50 ist als Hydraulikmotor ausgebildet und weist Hydraulikanschlüsse 52 auf. Mittels der Hydraulikanschlüsse 52 ist der Hydraulikmotor 50 mit dem Hydrauliksystem des Baggers 1 gekoppelt. Der Hydraulikmotor 50 ist mit einem Flansch 54 gegen den Grundkörper 22 des Schnellwechslers geschraubt. Er stützt sich beim Antreiben der Exzenterwelle 44 gegen den Schnellwechsler 18 ab.
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Die Funktionsweise und genaue Konstruktion der Erfindung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf 5 näher erläutert.
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In 5 ist eine schematische Schnittdarstellung durch die Werkzeugaufnahme 16 dargestellt. Am unteren Ende des ersten Schenkels 38 der Koppel 12 ist ein Gleitlager 56, 58 in einem Gehäuse 60 angeordnet (vgl. auch 4). Durch das Gleitlager 56, 58, welches zweiteilig ausgebildet ist, erstreckt sich die Exzenterwelle 44. Genauer gesagt erstreckt sich ein mittlerer Lagerabschnitt 62 der Exzenterwelle 44 durch das Gleitlager 56, 58. Der mittlere Lagerabschnitt 62 weist einen ersten Durchmesser D1 auf. An zwei axialen Enden des mittleren Lagerabschnitts 62 sind Exzenterzapfen 46, 64 vorgesehen, die jeweils einen Durchmesser D2 haben und koaxial zur Achse A2 ausgerichtet sind. Die Achse A2 bildet die gemeinsame Zentralachse der Exzenterzapfen 46, 64 und die Drehachse der Exzenterwelle 44 mit Bezug auf den Schnellwechsler 18. Der mittlere Lagerabschnitt 62 hat als Zentralachse die Achse A3, welche die Rotationsachse der Exzenterwelle 44 mit Bezug auf die Koppel 12 bzw. das Gehäuse 60 ist. Sie verläuft zentral durch das Gleitlager 56, 58 und wird bei herkömmlichen Werkzeugaufnahmen herkömmlicher Bagger durch eine Verbolzung realisiert.
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Die Exzenterzapfen 46, 64 sind in Gleitlagern 48, 68 in entsprechenden Durchgangslöchern 28, 34 in den Kopplungsstegen 24, 26 des Schnellwechslers 18 aufgenommen und bilden so Lagerzapfen.
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Zwischen den Kopplungsstegen 24, 26 und dem Gehäuse 60 sind zusätzlich Gleitscheiben 70, 72 vorgesehen, die in Anlage mit einem Wellenabsatz 45 stehen, über den die Exzenterwelle 44 definiert wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel haben die Achsen A2 und A3 einen Abstand e zueinander, der den Hub der Exzenterwelle 44 definiert. Der Hub ist doppelt so groß wie der Abstand e, und die Achse A2 rotiert im Betrieb (bei feststehendem Ausleger) um die Achse A3 herum. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Hub von 5 mm vorgesehen, sodass der Abstand e 2,5 mm beträgt.
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Zum Antreiben der Exzenterwelle 44 ist der Motor 50 vorgesehen, der entsprechend den 2 bis 4 ausgebildet ist. Der Motor 50 weist eine Ausgangswelle 74 auf, die direkt mit dem Exzenterzapfen 64 gekoppelt ist. Der Motor 50 ist mittels eines Flansches 54 gegen den Kopplungssteg 24 befestigt und stützt sich so an dem Schnellwechsler 18 ab.
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Wird der Motor 50 eingeschaltet, dreht dieser den Exzenterzapfen 64 und so die Exzenterwelle 44. Die Exzenterwelle 44 rotiert um die Achse A3, sodass sich der Schnellwechsler 18 samt Motor 50 in Bezug auf 5 auf und ab bewegt, und zwar mit einem Hub von 2 × e. Hierdurch wird eine schwingende Bewegung auf den Löffel 20 übertragen. Der Schenkel 38 wirkt als Pleuel und bewegt sich leicht um das Gelenk 42, um die Bewegung der Achse A2 auf die Achse A1 zu auszugleichen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Exzenterwelle 44 und der Motor 50 Teil des Schnellwechslers 18. Ist kein Schnellwechsler 18 vorgesehen, sondern wird ein Löffel 20 direkt an der Koppel 12 und dem Arm 10 befestigt, wird der Motor 50 ebenfalls vorzugsweise direkt an dem Löffel 20 mittels des Flansches 54 angeschraubt. Allerdings ist offensichtlich, dass die Verwendung eines Schnellwechslers 18 wesentlich einfacher ist und so die Erfindung für eine Vielzahl von Anbaugeräten verwendet werden kann.
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Es ist ebenso möglich, bestehende Bagger mit bereit an diesen montierten Schnellwechslern 18 mit der Erfindung nachzurüsten. In diesem Fall wird die bestehende Verbolzung durch die Exzenterwelle samt Motor 50 ersetzt. Gegebenenfalls müssen Gleitlager 56, 58, 48, 68 entsprechend nachbearbeitet werden, und gegebenenfalls müssen Gleitscheiben 70, 72 vorgesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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