DE4103672C2 - Käfig zur Führung der Wälzkörper eines Umlaufschuhs für eine Linearführung - Google Patents
Käfig zur Führung der Wälzkörper eines Umlaufschuhs für eine LinearführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Käfig zur Führung der Wälz
körper eines Umlaufschuhs für eine Linearführung, welcher
die Wälzkörper endlos entlang einer Traglaufbahn, einer
Rücklaufbahn und deren beiden Enden verbindenden Umlenk
bahnen in zu diesen hin offenen Taschen führt, welche
durch beiderseits der Wälzkörper verlaufende Gurtabschnit
te und diese quer verbindende, zwischen den Wälzkörpern
hindurchverlaufende Stege gebildet sind, wobei die Gurtab
schnitte aus Kunststoff bestehen und seitlich jeweils eine
sich entlang derselben erstreckende Verstärkungseinlage
eingelegt ist.
Bei einem derartigen aus der DE 36 35 261 A1 bekannten
Käfig für den Umlaufschuh einer Linearführung ist der
Käfig abschnittsweise aufgebaut, wobei die einzelnen Ab
schnitte die Taschen für die Führung der Wälzkörper auf
weisen und durch Schlitzausbildungen im Bereich der Stege
flexibel gestaltet sind. In den seitlichen Gurtabschnit
ten, die durch die Stege miteinander verbunden sind, sind
Nuten vorgesehen, in welche wahlweise eine Verstärkungs
einlage in Form eines Drahtes, einer Spiralfeder oder dgl.
eingelegt werden kann. Diese dienen dazu, dem Käfig die
nötige Steifigkeit zu vermitteln. Die Nuten, in welche die
Verstärkungseinlagen nachträglich einlegbar sind, sind mit
ihrer Mittellinie auf der parallel zu der die Mittelpunkte
der Wälzkörper enthaltenden Bewegungslinie angeordnet.
Die vorgeschlagene Ausführungsform ist jedoch nur für
solche Lager sinnvoll, bei denen das Käfigband keiner
Verformung unterliegt. So können beispielsweise solche mit
einer Verstärkung versehenen Käfigbänder in Linear
führungen mit einer hin- und hergehenden Bewegung des
Käfigs eingesetzt werden. Desweiteren ist auch der Einsatz
eines solchen mit einer Stahldrahteinlage verstärkten
Käfigs für Ringlager denkbar.
Bei Linearlagern, welche Umlaufschuhe aufweisen, in denen
die Wälzkörper in einer endlosen Reihe umlaufend geführt
sind, tritt an den Umlenkbahnen eine Ablenkung des Käfigs
ein. Aus diesem Grunde sind bisher auch die Käfige aus
einzelnen Gliedern aufgebaut, die gelenkig miteinander
verbunden sind oder aber es wird auf eine Umfassung der
Wälzkörper im Sinne einer Zugkette verzichtet und ledig
lich zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Wälzkör
pern ein Druck- oder Führungsstück eingelegt. Diese Führ
ungselemente stellen sich in Hinsicht auf die Bewegung der
Wälzkörper auch in den Umlenkbereichen frei ein, haben
aber jedoch den Nachteil, daß bei Führungen mit einer
großen Führungslänge ein Haken auftreten kann. Das
einwandfreie Abrollen der Wälzkörper wird hierdurch einge
schränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Käfig zur Führung der Wälzkörper vorzuschlagen, bei dem
sich das Band möglichst ohne großen Widerstand umlenken
läßt und die zwischen den einzelnen Wälzkörpern
befindlichen Führungselemente in geometrisch richtiger
Weise, insbesondere in den Umlenkbereichen, auf die
veränderte Lage einstellen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Gurtabschnitte durchgehend ausgebildet sind und daß
die Mittelachse der Verstärkungseinlage und die neutrale Fa
ser des Gurtabschnittes im Tragabschnitt in einem konstanten
Abstand zur Längsachse des Umlaufschuhs und im Umlenk- und
Übergangsbereich auf einer Kurve geführt sind, die sich dem
Mittelpunkt der mit einem konstanten Radius verlaufenden
Umlenkbahn für die Wälzkörper derart annähert, daß eine ge
dachte geradlinig verlaufende Verbindungslinie zwischen den
Drehachsen zweier unmittelbar benachbarter Wälzkörper beim
Passieren der Umlenkbereiche und der Übergangsbereiche die
Mittelachse im Umlenkbereich tangiert und dabei eine kon
stante Länge aufweist.
Von Vorteil bei einer solchen Ausbildung ist, daß die Ver
stärkungseinlage in Bewegungsrichtung, d. h. in Längsrichtung
des Käfigbandes, eine hohe Festigkeit aufweist und damit die
genügende Stabilität zur Führung erzeugt, während jedoch die
Verstärkungseinlage in den Umlenkbereichen in Querrichtung
der Verformung einen geringstmöglichen Widerstand entgegen
setzt und damit zu einer hohen Lebensdauer und geringen
Reibungsverlusten führt. Ein weiterer Vorteil ist darin be
gründet, daß der Verlauf der neutralen Faser im Übergangs-
und Umlenkbereich bewirkt, daß sich die Stege, die die Wälz
körper führen in die geometrisch richtige Position gegenüber
den Wälzkörpern einstellen können. Es wird beispielsweise
hierdurch eine Annäherung der Gurtabschnitte in Richtung auf
den Mittelpunkt des Umlenkbereiches bewirkt, damit ein
gleichbleibender Abstand der Drehachsen der Wälzkörper ge
währleistet ist, um eine möglichst geringe Reibung zu errei
chen und ein Haken zu vermeiden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mit
telachse der Verstärkungseinlage und die neutrale Faser des
Gurtabschnittes im Tragabschnitt mit der Bewegungslinie der
Drehachsen übereinstimmen.
Hierdurch erfolgt eine Einleitung der Zugkräfte der Wälz
körper unmittelbar im Bereich der neutralen Faser in die
Gurtabschnitte und verhindert beispielsweise ein Abheben
der Gurtabschnitte im Umlenkbereich.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ver
stärkungseinlage jeweils aus einem aus einer Vielzahl von
einzelnen Drähten oder Fäden gebildeten Seil besteht.
Hierbei besteht das Seil bevorzugt aus einer Vielzahl von
Stahldrähten. Es ist jedoch auch möglich, daß Seil aus
einem Faserwerkstoff mit Langfasern herzustellen, die eine
hohe Zugfestigkeit aufweisen. Dies ist beispielsweise bei
Kohle- oder Aramidfasern gegeben.
Da die Stege und die Gurtabschnitte unterschiedlichen
Forderungen unterliegen, ist nach einem weiteren wesent
lichen Merkmal vorgesehen, die Stege aus einem verschleiß
festen und günstige Reibeigenschaften aufweisenden ersten
Kunststoff auszubilden, während die Gurtabschnitte aus
flexiblem und eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisen
den zweiten Kunststoff bestehen. Beide sind stoffschlüssig
miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann
beispielsweise durch ein Zweikomponentenspritzverfahren
oder dgl. Fertigungsverfahren erzielt werden. Alternativ
ist es beispielsweise auch möglich, die Stege separat
herzustellen und mit Ösen zu versehen, mit denen sie schon
auf den beiden Seilen aufgefädelt und in den nötigen Ab
ständen festgelegt sind. Anschließend werden diese wieder
in der Gesamtheit in ein Werkzeug eingelegt und es werden
die Gurtabschnitte hergestellt. Dabei ist es auch möglich,
daß die Stege als separate Bauteile hergestellt werden,
ohne Ösen für die Seile aufzuweisen.
Die Stege unterliegen einer höheren Reibung infolge der
Relativbewegung zwischen den Wälzkörpern und den Ausneh
mungen der Taschen, die durch die Stege gebildet werden.
Die Gurtabschnitte unterliegen jedoch einer ständig
wechselnden Biegung und müssen entsprechend flexibel sein,
um die Reibverhältnisse insgesamt günstig zu beeinflussen.
Ein entsprechend biegeweicher Werkstoff ist daher zu
wählen, der eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisen muß.
Zur Verstärkung der Gurtabschnitte kann vorgesehen sein,
daß mindestens auf einer der Flächen der Gurtabschnitte
zahnartige Vorsprünge verteilt angeordnet sind. Diese
behindern die Biegung nicht.
Es sind verschiedene Führungsmöglichkeiten für den Käfig
denkbar. So ist es möglich, den Käfig ausschließlich an
den Wälzkörpern zu führen. Hierzu sind entsprechend enge
Toleranzen der Taschen, in denen die Wälzkörper aufgenom
men sind, vorzusehen. Alternativ ist es möglich, die ebene
Fläche der Gurtabschnitte zu nutzen, um damit den Käfig an
einem innen- oder außenliegenden Führungsbord seitlich der
beiden Laufbahnen abzustützen. Die Führung kann über die
ebene Fläche an einem außen- oder innenliegenden Bord,
erfolgen.
Als bevorzugter Werkstoff für die Stege kommt Polyamid in
frage. Ferner wird als bevorzugter Werkstoff für die Gurt
abschnitte Polyesterurethan vorgeschlagen oder die Gurt
abschnitte und Stege können einstückig aus Polyester
urethan oder sonstigen flexiblen Kunststoff bestehen.
Der Käfig nach der Erfindung ist sowohl für Wälzkörper in
Form von Kugeln als auch für Rollen einsetzbar. Das bevor
zugte Einsatzgebiet sind jedoch Rollenumlaufschuhe und
Rollenumlaufeinheiten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung schematisch dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rollenumlauf
schuh,
Fig. 2 einen Querschnitt zu Fig. 1 im Bereich des
Grundkörpers,
Fig. 3 im vergrößerten Maßstab eine perspektivische
Ansicht des Käfigs,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Abschnitts des
Käfigs,
Fig. 5 einen Querschnitt zu Fig. 4 durch die die
Drehachse enthaltende Mitte einer Tasche,
Fig. 6 im vergrößerten Maßstab nur einen Teilbereich
unter Hinweglassung von Einzelheiten bezüg
lich des Grundkörpers und der Umlenkkopf
stücke bezüglich des Verlaufes des Käfigs und
der Anordnung der neutralen Faser des einge
betteten Seiles,
Fig. 7 eine Alternative zu Fig. 2, aus der erkenn
bar ist, daß der Käfig mit einer ebenen
Fläche an einem äußeren Führungsbord geführt
ist.
Der in den Fig. 1, 2 und 7 dargestellte Umlaufschuh 1
ist zur Bildung eines Linearlagers entlang einer Lauf
fläche 2 geradlinig bewegbar. Die Lauffläche 2 kann Be
standteil einer Laufschiene, eines Maschinenbettes oder
dgl. Elementes sein. Der Umlaufschuh 1 besteht aus dem
Grundkörper 3 mit der der Lauffläche 2 zugewandten Trag
laufbahn 4 und der dieser abgewandten Rücklaufbahn 7.
Traglaufbahn 4 und Rücklaufbahn 7 sind als Nuten gestal
tet, in denen die Wälzkörper in Form der Rollen 8 geführt
sind. Hierzu erfolgt eine Führung der Stirnflächen 9 der
Rollen 8 an den seitlichen Borden 10 der Traglaufbahn 4 und
Rücklaufbahn 7. Traglaufbahn 4 und Rücklaufbahn 7 setzen
sich im Umlenkbereich 27 in Umlenkbahnen 5 fort, die durch
an den Enden des Grundkörpers 3 angebrachten Kopfstücken 6
gebildet werden.
Im Umlenkbereich 27 erfolgt eine Ablenkung der Rollen 8 von
der Traglaufbahn 4 zur Rücklaufbahn 7 bzw. von der Rück
laufbahn 7 zur Traglaufbahn 4 hin. Die Umlenkbahnen 5 für
die Wälzkörper 8 weisen hierbei einen konstanten Radius R1
auf, wobei die Bewegungslinie der Drehachsen 11 mit 12 be
zeichnet ist. Die Führung der Mittelachse 25 der Verstär
kungseinlage 23 und der neutralen Faser der Gurtabschnitte
15 erfolgt hingegen im Übergangsbereich 28 der Traglauf- 4
und Rücklaufbahn an den Enden zu den beiden Umlenkbahnen 5
sowie im Umlenkbereich 27 auf einer Führungsbahn 29, die
eine Kurve beschreibt.
Aus Fig. 6 ist erkennbar, daß diese Änderung der Führungs
bahn 29 bezüglich des Mittelpunktes M des Umlenkbereiches
27, der sich auf der Längsachse befindet, durch einen ver
ringerten Abstand und symmetrisch zur Längsachse des Umlauf
schuhes 1 erfolgt. Eine Änderung der Führungsbahn 29 erfolgt
in der Art, daß gemäß Fig. 6 ein Übergang zu einer ellip
senähnlichen Form gegeben ist, wobei die Führungsbahn 29
durch das Führungsbord 26 des Umlaufschuhes 1 vorgegeben
ist. Somit wird der Abstand der Drehachsen 11 zweier benach
barter Wälzkörper 8 über den ganzen Umfang des Umlaufschuhes
1 konstant gehalten. Hierdurch wird eine besondere Führung
erreicht, da bezüglich des als endloses Band gestalteten
Käfigs 14 keine Dehnung oder Stauchung als Folge aus Ab
standsänderungen zwischen den Mittelpunkten
zweier aufeinanderfolgender Rollen 8 beim Übertritt in die
Umlenkbahnen 5 ergibt. Die Rollen 8 wälzen um ihre Dreh
achsen 11 in den Laufbahnen 4, 5, 7 ab. Die Mittelachse 25
der Gurtabschnitte 15 und die neutrale Faser 25 der Ver
stärkungseinlage 23 ist im Übergangs- 28 und Umlenkbereich
27 auf einer Kurve geführt, so daß die Verbindungslinie 24
zweier aufeinander folgender Rollen 8 in den Umlenkbe
reichen 27 eine Tangente an die neutrale Faser 25 bildet.
Die Rollen 8 werden durch einen Käfig 14 gehalten, welcher
entsprechend den Fig. 3 bis 6 ausgebildet ist. Dort ist
erkennbar, daß der Käfig 14 seitlich der Rollen 8 angeord
nete Gurtabschnitte 15 umfaßt, welche durch zwischen den
aufeinanderfolgenden Rollen quer verlaufende Stege 16 mit
einander verbunden sind. Die Gurtabschnitte 15 sind in
Nuten 13 des Grundkörpers 3, welche seitlich der Traglauf
bahn 4 und der Rücklaufbahn 7 angeordnet sind, geführt
bzw. laufen in diesen. Die Nuten 13 setzen sich im Bereich
der Nuten der Umlenkbahnen 5 fort. Der Käfig 14 ist nun
anhand der Fig. 3 bis 6 im einzelnen beschrieben. Es
ist erkennbar, daß zwischen den Stegen 16 jeweils Taschen
17 gebildet sind, die zur Aufnahme der Rollen 8 dienen.
Die seitlichen Führungsflächen 18, 19 zweier zueinander
beabstandeter Stege 16 sind konkav oder schräg verlaufend
ausgebildet und ihre Wölbung oder Schräge ist der der Rol
len 8 angepaßt. Es ist einfach jedoch auch denkbar, daß
die Stege 16 im Querschnitt gesehen an einem Ende konkav
oder schräg und an dem anderen Ende von der Mitte aus
gehend, rechtwinklig ausgebildet sind, wobei das recht
winklige Ende in seiner Breite der mittleren Breite ent
spricht. Zur Verbesserung der Flexibilität der Stege 16
zum Eindrücken der Wälzkörper 8 in die Taschen 17 sind
Ausnehmungen 20 vorhanden. Die Taschen erlauben einen
radialen Durchtritt der Außenkontur der Wälzkörper 8,
damit diese in Kontakt zu der Lauffläche 2 bzw. zum Bahn
grund der Traglaufbahn 4 gelangen können. Die Mittelpunkte
der Taschen, die im Querschnitt gesehen mit den Führungs
flächen 18, 19 als Teilbogen den Querschnitt der Rollen um
fassen, entspricht dem Mittelpunkt bzw. der Lage der Dreh
achsen 11 der Rollen 8. Da eine Relativbewegung zwischen
der Außenkontur der Rollen 8 und den Führungsflächen 18, 19
der Stege 16 eintritt, sind diese bevorzugt aus einem rei
bungsarmen und verschleißfesten Kunststoffmaterial, insbe
sondere Polyamid, hergestellt, während die seitlichen
Gurtabschnitte 15 aus einem flexibleren und für eine hohe
Biegewechselzahl und damit hohe Standzeit geeigneten
Kunststoffwerkstoff, insbesondere Polyesterurethan, be
stehen.
Die Biegeweichheit und das Erfordernis einer hohen Ge
nauigkeit der Abstandshalterung, d. h. geringe Längendeh
nung der Gurtabschnitte 15 in Längsrichtung wird durch die
Verwendung und Einbettung von Verstärkungseinlagen 23 in
Form von beispielsweise Seilen in die Gurtabschnitte 15
gewährleistet. Die Seile bestehen entweder aus einer Viel
zahl von Stahldrähten oder aber auch aus einem Faserwerk
stoff, dessen Langfasern zu einem endlosen Seil verarbei
tet sind. Hierzu eignen sich besonders Kohlefasern, Kevlar
oder dgl.. Diese Werkstoffe weisen eine sehr hohe Zug
festigkeit auf. Ihre Verarbeitung zu Seilen und die Ver
wendung von dünnen einzelnen Stahldrähten bzw. Fasern
erlaubt aber quer zur Zugrichtung ein einfaches Verbiegen.
Dem Verbiegen der Gurtabschnitte 15 in den Umlenkbahnen 5
wird daher nur ein äußerst geringer Widerstand entgegenge
setzt, während jedoch in Zugrichtung, d. h. in Längsrich
tung des Käfigs 14, eine hohe Genauigkeit der Abstandshal
terung der Stege 16 und damit Führungsgenauigkeit der
Laufrollen 8 erzielt wird. Eine geometrisch genaue Ein
stellung der Stege 16 bezüglich der Wälzkörper 8 in den
Übergangsbereichen 28 wird dadurch erreicht, daß die Mit
telachse 25 der Gurtabschnitte 15 und die neutrale Faser
25 der Seile einen wie bereits beschriebenen Kurvenverlauf
annimmt.
Die Gurtabschnitte 15 des Käfigs 14 können zwei ebene
Gurtflächen 21 aufweisen, welche außen bzw. innen liegen.
Es ist jedoch auch möglich eine der Gurtflächen 21 mit
zahnartigen Vorsprüngen 22 zu versehen, die die Festigkeit
der Gurtabschnitte 15 unterstützen, deren Biegung im Be
reich der Umlenkbahnen 5 aber nicht behindern.
1
Umlaufschuh
2
Lauffläche
3
Grundkörper
4
Traglaufbahn
5
Umlenkbahn
6
Kopfstück
7
Rücklaufbahn
8
Wälzkörper/Rollen
9
Stirnfläche
10
Bord
11
Drehachse der Rollen
12
Bewegungslinie der Drehachsen
13
Nut
14
Käfig
15
Gurtabschnitt
16
Steg
17
Tasche
18
,
19
Führungsflächen der Stege
20
Ausnehmung in Stegen
21
ebene Gurtfläche
22
Vorsprünge/Zähne
23
Verstärkungseinlage
24
Verbindungslinie
25
Mittelachse/neutrale Faser
26
Führungsbord
27
Umlenkbereich
28
Übergangsbereich
29
Führungsbahn
MMittelpunkt
R1
MMittelpunkt
R1
Radius der Umlenkbahnen
Claims (11)
1. Käfig zur Führung der Wälzkörper (8) eines Umlaufschuhs
(1) für eine Linearführung, welcher die Wälzkörper (8)
endlos entlang einer Traglaufbahn (4), einer Rücklauf
bahn (7) und deren beiden Enden verbindenden Umlenkbah
nen (5) in zu diesen hin offenen Taschen (17) führt,
mit beiderseits der Wälzkörper (8) verlaufenden Gurtab
schnitten (15) und diese quer verbindenden, zwischen
den Wälzkörpern (8) hindurchverlaufenden Stegen (16),
wobei die Gurtabschnitte (15) aus Kunststoff bestehen
und in diese jeweils eine sich entlang derselben er
streckende Verstärkungseinlage (23) eingelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gurtabschnitte (15) durchgehend ausgebildet
sind und daß die Mittelachse (25) der Verstärkungsein
lage (23) und die neutrale Faser des Gurtabschnittes
(15) im Tragabschnitt in einem konstanten Abstand zur
Längsachse des Umlaufschuhs (1) und im Umlenk- (27) und
Übergangsbereich (28) auf einer Kurve geführt sind, die
sich dem Mittelpunkt (M), der mit einem konstanten Ra
dius (R1) verlaufenden Umlenkbahn (5) für die Wälzkör
per (8) derart annähert, daß eine gedachte, geradlinig
verlaufende Verbindungslinie (24) zwischen den Drehach
sen (11) zweier unmittelbar benachbarter Wälzkörper (8)
beim Passieren der Umlenkbereiche (27) und der Über
gangsbereiche (28) die Mittelachse (25) im Umlenkbe
reich (27) tangiert und eine konstante Länge aufweist.
2. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachse (25) der Verstärkungseinlage (23)
und die neutrale Faser des Gurtabschnittes (15) im
Tragabschnitt mit der Bewegungslinie (12) der Dreh
achsen (11) übereinstimmen.
3. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkungseinlagen (23) aus einem aus einer
Vielzahl von einzelnen Drähten oder Fäden gebildeten
Seil bestehen.
4. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Seil aus Stahldrähten besteht.
5. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Seil aus Langfasern hoher Zugfestigkeit, ins
besondere Kohle- oder Aramidfasern, besteht.
6. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (16) aus einem verschleißfesten und
günstige Reibeigenschaften aufweisenden ersten Kunst
stoff und die Gurtabschnitte (15) aus flexiblen und
eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisenden zweiten
Kunststoff bestehen und beide stoffschlüssig mitein
ander verbunden sind.
7. Käfig nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens auf einer der Flächen der Gurtab
schnitte (15) zahnartige Vorsprünge (22) verteilt
angeordnet sind.
8. Käfig nach Anspruch 1 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gurtabschnitte (15) mit einer ebenen Fläche
(21) an einem innen- oder außenliegenden Führungsbord
(26) seitlich der Laufbahnen (4, 5, 7) abgestützt sind.
9. Käfig nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (16) aus Polyamid bestehen.
10. Käfig nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gurtabschnitte (15) aus Polyesterurethan
bestehen.
11. Käfig nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wälzkörper (8) Rollen sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: INA WAELZLAGER SCHAEFFLER OHG, 91074 HERZOGENAURAC |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: INA-SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |