DE2441955A1 - REGULATING PISTON FOR COMBUSTION ENGINE - Google Patents
REGULATING PISTON FOR COMBUSTION ENGINEInfo
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Description
Regelkolben für VerbrennungskraftmaschinenControl pistons for internal combustion engines
Die Erfindung betrifft einen Regelkolben für Verbr.ennungskraftmaschinen mit im Kolbenschaft an geeigneter Stelle/eingegossenen band- oder streifenförmigen Regelgliedern, die vorzugsweise aus Stahl bestehen.The invention relates to a control piston for internal combustion engines with band-shaped or strip-shaped regulating elements, which are preferably made of steel, cast in a suitable place in the piston skirt.
Im Bestreben, unter allen Betriebs zuständen ein möglichst kleines Laufspiel zwischen Kolben und Zylinder von Verbrennungskraftmaschinen zu erreichen und beizubehalten, sind in all jenen Otto- und Dieselmotoren, in denen von Leichtmetallkolben im Hinblick auf Geräuscharmut, Ölverbrauch, Fressicherheit, Nutenverschleiß und allgemeiner Anpassungsfähigkeit an stark wechselnde Betriebsbedingungen Außergewöhnliches verlangt wird, sogenannte Regelkolben eingesetzt. Es sind dies Kolben, die zumeist im Schaft an geeigneter Stelle eingegossene Regelglieder aus Stahl aufweisen, mit deren Hilfe die dem Leichtmetall eigene, vor allem in Richtung senkrecht zur Bolzenachse unter Betriebstemperatur unerwünscht hohe Ausdehnung verhindert und in Richtung Bolzenachse "umgelenkt" wird. Das in Laufrichtung· gemessene Kolbenwarmspiel kann auf diese Art und Weise im ganzen Betriebsbereich nahezu konstant gehalten werden, obgleich der Zylinder unter Temperatur auch einen größeren Durchmesser annimmt. Da die Ausdehnung des Leichtmetalls aber nicht ganz verhindert wird, ist das Aufbringen einer größeren Schaftovalität als diese normalerweise z.B. bei einem Einmetallkolben notwendig ist, erforderlich.In an effort to keep as small as possible under all operating conditions Achieving and maintaining the running clearance between the piston and cylinder of internal combustion engines is essential in all of those gasoline and diesel engines in those of light metal pistons with regard to low noise, oil consumption, seizure safety, groove wear and more in general Adaptability to strongly changing operating conditions is required, so-called control pistons are used. There are these pistons, the control elements which are mostly cast into the shaft at a suitable point made of steel, with the help of which the light metal has its own, especially in the direction perpendicular to the bolt axis at operating temperature undesirably high expansion is prevented and is "deflected" in the direction of the bolt axis. The piston clearance measured in the running direction can in this way be kept almost constant over the entire operating range, even though the cylinder is under temperature also assumes a larger diameter. Since the expansion of the light metal is not completely prevented, the application of a greater shaft ovality than this normally found in a single-metal piston, for example is necessary, required.
χ _ 2 -χ _ 2 -
angeordneten, vorzugsweisearranged, preferably
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Die Schrumpf spannung, die zwischen Schaft und eingegossenem Regelglied besteht, bewirkt eine elastische Dehnung des Kolbenschaftes und eine elastische Stauchung des Regelgliedes. Bei Erwärmung bewirkt die Wärmeausdehnung bis zum völligen Abbau der Schrumpfspannung nur einen entsprechenden Abbau der elastischen Verformungen, wobei eine Durchmesservergrößerung des Kolbenschafts nur in dem Ausmaß eintritt, in welchem der Durchmesser des Regelgliedes größer wird. Der Schaft verhält sich also hinsichtlich seiner radialen Wärmeausdehnung so, als ob er aus einem Werkstoff bestände, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen demjenigen des Werkstoffs für das Regelglied und demjenigen des Werkstoffs für den Kolbenschaft liegt. Dabei tritt eine Annäherung an das Ausdehnungsverhalten des Regelgliedes um so vollkommener ein, je geringfügiger die durch die Schrumpfspannung bewirkte elastische Stauchung des Regelgliedes im Verhältnis zur elastischen Dehnung des Kolbenschaftes ist. Der mittlere Ausdehnungskoeffizient bewirkt in dem vorhandenen Temperaturgefälle zwischen Kolbenkopf und Schaft eine noch größere Verformungsdifferenz. Sie liegt damit im Verhältnis zur Temperaturdifferenz höher und verstärkt dementsprechend nochmals die Ovalverformung des Kolbenschaftes durch den Kolbenkopf. Bei dem annähernd gleichbleibenden Schaftumfang wird dadurch eine Durchmesservergrößerung in Bolzenrichtung und Durchmesserverkleinerung in Druck- und Gegendruckrichtung erreicht (DT-PS 909 163, DT-AS 1 078 387).The shrinkage tension between the shaft and the molded control element exists, causes elastic expansion of the piston skirt and an elastic compression of the regulating member. When heated, the thermal expansion causes the shrinkage stress to completely dissipate only a corresponding reduction in the elastic deformations, with an increase in the diameter of the piston skirt only to that extent occurs, in which the diameter of the control member becomes larger. The shaft behaves in terms of its radial thermal expansion as if it were made of a material with a coefficient of thermal expansion between that of the material for the Control member and that of the material for the piston skirt. Thereby an approximation of the expansion behavior of the control element occurs the more perfect the ratio, the smaller the elastic compression of the regulating element caused by the shrinkage stress for elastic expansion of the piston skirt. The mean coefficient of expansion causes an even greater difference in deformation in the existing temperature gradient between the piston head and the skirt. It is therefore higher and stronger in relation to the temperature difference accordingly again the oval deformation of the piston skirt by the piston head. With the almost constant shaft circumference an increase in diameter in the direction of the bolt and a reduction in diameter in the direction of pressure and counter-pressure is achieved as a result (DT-PS 909 163, DT-AS 1 078 387).
Die bimetallische Regelung (DT-PS 1 003 990) arbeitet etwas anders, da sie nicht auf die Temperaturdifferenz angewiesen ist. Hier wird die Verformung des Kolbenschaftes nur durch den heißen Kolbenkopf zusätzlich verstärkt. Eingegossene Stahlstreifen bilden mit dem einseitig verbundenen Leichtmetall Bimetallelemente; sie sind teilweise bis zur Schaftmitte und bis zum unteren Schaftende angeordnet. Im Motorbetrieb wird durch die größere Wärmedehnung des IeLchtmetails eineThe bimetallic control (DT-PS 1 003 990) works a little differently, because it does not depend on the temperature difference. Here, the deformation of the piston skirt is only caused by the hot piston head reinforced. Cast steel strips form bimetal elements with the light metal connected on one side; they are partially up to Arranged in the middle of the shaft and down to the lower end of the shaft. When the engine is running, the greater thermal expansion of the light-emitting detail creates a
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Krümmung erzeugt. Zusammen mit der größeren Ausdehnung in Bolzenrichtung wird eine gewünschte Durchmesserverkleinerung senkrecht dazu, d.h. in Druck- und Gegendruckrichtung, erzieltCreates curvature. Together with the greater expansion in the direction of the bolt a desired reduction in diameter is achieved perpendicular to this, i.e. in the pressure and counter pressure direction
Von der Kombination des Schrumpfspannungseffektes und der Bimetallwirkung wird bei dem Regelkolben gemäß DT-PS 1 245 657 Gebrauch gemacht. Der Grundgedanke ist hierbei die Beeinflussung der gesamten Schafttragfläche durch das Re gel glied in Form, eines Bandes, damit ein möglichst geringes Einbäuspiel erreicht wird. Im oberen Schaftbereich ist das geschlossene, eingegossene Regelband an den tragenden Schaftflächen zu einer Brücke abgeknickt land verläuft auf dieser Länge innerhalb der Kolbenwand. Vom Kolbenkopf geht mit sanftem Übergang eine ringsum gleichmäßige Wandstärke in den Schaft über und verleiht damit diesem Regelkolben eine besonders gute Festigkeit. Mit diesem in verschiedenen Varianten gebauten sogenannten Bandstreifenkolben werden sehr gleichmäßige Regelwerte an Schaftober- und unterkante erreicht. Auch diesem Kolben wird beim Erstarrungsvorgang des Leichtmetalls durch das geschlossene Regelband wieder eine große Schrumpf spannung erteilt. Die Ovalverformung nach dem Gieß- und Bearbeitungsvorgang gleicht derjenigen der vorgenannten Regelkolben. Die überlagerte Bimetall-Wirkung im Bereich des geköpften Bandstreifens wölbt den Schaft seitlich in der Druck- und Gegendruckrichtung nach außen. Es stellt sich eine ausgeprägte Abplattung senkrecht zur Bolzenrichtung ein. Die stärkere Regelung des Bandstreifenkolbens erfordert jedoch eine größere Ovalität bei der Bearbeitung. s The control piston according to DT-PS 1 245 657 makes use of the combination of the shrinkage tension effect and the bimetallic effect. The basic idea here is to influence the entire shaft support surface through the re gel member in the form of a band, so that the lowest possible installation clearance is achieved. In the upper part of the skirt, the closed, cast-in control band on the supporting skirt surfaces is bent to form a bridge and runs along this length within the piston wall. From the piston head, an even wall thickness all around merges into the skirt with a gentle transition and thus gives this control piston a particularly good strength. With this so-called strip strip piston, which is built in different variants, very even control values are achieved on the upper and lower edge of the skirt. During the solidification process of the light metal, this piston is again given a high shrinkage tension due to the closed control band. The oval deformation after the casting and machining process is the same as that of the aforementioned control pistons. The superimposed bimetal effect in the area of the decapitated strip of tape arches the shaft laterally outwards in the direction of pressure and counter-pressure. There is a pronounced flattening perpendicular to the direction of the bolt. The tighter regulation of the strip piston, however, requires a greater ovality during machining. s
Darüber hinaus besteht der Nachteil der genannten Regelkolben darin, daß schon zu Beginn der thermischen Belastung des Kolbens die eingegossenen Regelglieder der Ausdehnung des aus Leichtmetall bestehenden KoIbenschaftes hemmend entgegenwirken, wodurch zu BeginnIn addition, the disadvantage of the control pistons mentioned is that that already at the beginning of the thermal load on the piston the cast Control elements counteract the expansion of the piston shaft, which is made of light metal, so that at the beginning
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des Motorbetriebs das Warmspiel des Kolbens verzögert erreicht wird.of the engine operation, the warming of the piston is reached with a delay.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in einem Regelkolben eingegossenen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Regelglieder so zu gestalten, daß die Regelwirkung erst dann einsetzt, wenn vorzugsweise in Druck- und Gegendruckrichtung das gewünsch-ι te Wainrspiel des Kolbens erreicht ist.It is the object of the present invention that in a control piston cast-in control elements, preferably made of steel to be designed in such a way that the control effect only begins when the desired ι is preferably in the pressure and counter-pressure direction te piston clearance has been reached.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Regelkolben, bei dem die Regelglieder, die ring-, segmentförmig oder dgl. ausgebildet sein können, mindestens an einer Stelle unterbrochen und ihre Enden im Bereich der Unterbrechung mit begrenztem Spiel miteinander verbunden sind.This task is solved by a control piston in which the control elements, which can be ring-shaped, segment-shaped or the like, interrupted at least at one point and their ends connected to one another in the area of the interruption with limited play are.
Zweckmäßigerweise ist die Unterbrechung des Regelgliedes im Bereich der Bolzenebene oder der Druck- Gegendruckebene angeordnet.The interruption of the control element is expediently in the area the bolt level or the pressure counter-pressure level arranged.
Ein solcher Regelkolben kann im Motorbetrieb den durch die thermische Belastung hervorgerufenen Deformationen des Zylinders,verglichen mit herkömmlichen Regelkolben, sehr schnell folgen und durch Spiel und Elastizität eine erleichterte Anpassung ermöglichen. Denn die Regelglieder stellen sich bei Beginn des Motorbetriebs der thermischen Ausdehnung des Kolbenschafts nicht dehnungshemmend entgegen, so daß die Regelwirkung erst dann einsetzt, wenn der Kolben sein Warmspiel erreicht hat. Darüber hinaus wird die Schrumpfbewegung des Kolbens bei Unterkühlung nicht gemindert. Ein weiterer Vorteil ist u.a. darin zu sehen, daß durch den vollständigen bzw. teilweisen Abbau von Schrumpfspannungen beim Gießvorgang eine gegenüber bekannten Regelkolben geringere Ovalität des Kolbenschafts notwendig ist.Such a control piston can reduce the thermal pressure during engine operation Deformations of the cylinder caused by load with conventional control pistons, follow very quickly and allow easier adjustment through play and elasticity. Because the control elements do not oppose the thermal expansion of the piston skirt at the start of engine operation, so that the control effect only begins when the piston has reached its warm play. In addition, the shrinking movement of the piston is not reduced in case of hypothermia. Another advantage can be seen, among other things, in the fact that the complete or partial Reduction of shrinkage stresses during the casting process requires a piston skirt that is less oval than known control pistons is.
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Eine weitere Ausgestaltung des Regelkolbens besteht darin, daß sich die Enden der Regelglieder im Bereich der Unterbrechung in der Weise überlappen, daß ein auf dem einen Ende angebrachter Nocken in eine auf dem anderen Ende angeordnete Vertiefung oder Durchbrechung, die z.B. als Langloch ausgebildet sein können, mit Spiel verbindend eingreift. Die Vertiefung oder Durchbrediung ist mit ihrer Länge in Umfangsrichtung so bemessen, daß die Regelwirkung des eingegossenen Regelgliedes erst dann einsetzt, wenn der Nocken an der in Umfangsrichtung außen liegenden Begrenzung der Vertiefung oder Durchbrechung anschlägt.Another embodiment of the control piston is that the ends of the control elements overlap in the region of the interruption in such a way that a cam mounted on one end in a recess or opening arranged on the other end, which, for example, can be designed as an elongated hole, engages connecting with play. The length of the recess or penetration is in Dimension the circumferential direction so that the control effect of the cast-in control element only begins when the cam on the in the circumferential direction external boundary of the recess or opening strikes.
Im Bereich der Überlappung ist wenigstens eines der Enden des Regelgliedes gekröpft ausgebildet, wobei die Kröpfung entweder nach außen oder innen gerichtet sein kann. In manchen Fällen ist es zweckmäßig; wenn beide Enden abgekröpft sind.At least one of the ends of the control element is in the area of the overlap formed cranked, wherein the crank can be directed either outward or inward. In some cases it is useful; when both ends are bent.
Bei einer vorzugsweisen Ausbildung des Regelkolbens ist ein in Höhe der Bolzenaugen im Kolbenschaft eingegossenes Regelglied wenigstens im Bereich des einen Bolzenauges unterbrochen. Die Verbindung der sich in diesem Bereich überlappenden Enden des Regelgliedes erfolgt durch den Kolbenbolzen, der durch eine in den sich überlappenden Enden des Regelgliedes vorhandene Bohrung geführt ist.In a preferred embodiment of the control piston, a is in height of the bolt eyes in the piston skirt cast-in control element interrupted at least in the area of the one bolt eye. The connection of the ends of the control element overlapping in this area takes place through the piston pin, which through one in the overlapping ends of the control element existing bore is guided.
Der erfindungs gern äße Regelkolben kann vorzugsweise so gestaltet sein, daß ein im Bereich der Schaftoberkante eingegossenes Regelglied vorzugsweise im Bereich oberhalb wenigstens der einen Bolzennabe unterbrochen ist. Die sich dabei überlappenden Enden sind mit einer, vorzugsweise nach der spanenden Bearbeitung des Kolbens angebrachten Bohrung, in die ein die Verbindung der Enden erzeugender Paßstift mit Spiel eingesetzt ist, versehen. Es steht nichisimWege, die Verbindung der sich überlappenden Enden der unterbrochenen Regelglieder erst nach demThe fiction like ate control piston can preferably be designed so that a control element cast in the region of the upper edge of the shaft is preferably interrupted in the region above at least one pin hub is. The overlapping ends are with a, preferably after the machining of the piston made hole in which a dowel pin producing the connection of the ends is inserted with play is provided. It is not in the way, the connection between itself overlapping ends of the interrupted control elements only after
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Gießen und Erstarren des Kolbens bei einer bestimmten Temperatur vorzunehmen.Pour and solidify the piston at a certain temperature.
Das Spiel zwischen den sich überlappenden Enden kann derart ausgelegt sein, daß der Nocken erst ab einer bestimmten Temperatur während der Erstarrung des Kolbens oder sofort ab Gießbeginn dem durch die Erstarrung hervorgerufenen Schrumpfvorgang entgegenwirkt.The play between the overlapping ends can be designed in this way be that the cam only from a certain temperature during the solidification of the piston or immediately from the start of casting the solidification-induced shrinkage process counteracts.
Der erfindungs gern äße Regelkolben eignet sich insbesondere für den
Einbau in aus Leichtmetall bestehende Zylinder mit unbewehrter Laufbahn,
Es zeigen:The fiction like ate control piston is particularly suitable for installation in cylinders made of light metal with an unreinforced raceway,
Show it:
Figur 1. einen Längsschnitt durch die Bolzenebene eines Kolbens mit im Bereich des Schaftoberkante eingegossenem ringförmigem Regelglied 1.Figure 1. a longitudinal section through the bolt plane of a piston with cast in the area of the upper edge of the skirt annular regulating member 1.
Figur 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie I - I der Figur 1, wobei sich die Enden des im Bereich der Druck-Gegendruckebene an einer Stelle unterbrochenen Regelgliedes 1 überlappen; dabei greift ein auf dem einen Ende angebrachter Nocken 2 in eine in dem nach innen abgekröpften anderen Ende angebrachte, als Langloch ausgebildete Vertiefung 3 mit Spiel ein.FIG. 2 shows a cross section along the section line I - I of FIG. 1, the ends of the in the area of Pressure-counterpressure level interrupted at one point Overlap control element 1; a cam 2 attached to one end engages in one in which inside cranked other end attached, designed as an elongated hole recess 3 with play.
Figur 3 einen Querschnitt durch einen Kolben mit im BereichFIG. 3 shows a cross section through a piston with in the area
der Schaftoberkante eingegossenem, ringförmigem Regelglied 4, das im Bereich der Bolzenebene an einer Stelle unterbrochen ist. Ein auf dem einen Ende der sich im Bereich der Unterbrechung überlappenden Enden angebrachter, nietartig gestalteter Nocken 5 greift in ein in dem anderen nach außen abgekröpften Ende vorhandenes Langloch 6 ein.the upper edge of the shank cast, annular control member 4, which in the area of the bolt plane on a Position is interrupted. One on one end of the overlapping ends in the area of the interruption attached, rivet-like shaped cam 5 engages in an existing in the other end bent outwards Slot 6.
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Figur 4 einen Querschnitt durch einen Kolben im "Bereich der Schaftoberkante mit eingegossenen segmentartigen Regelgliedern 1, die im Bereich der tragenden Schaftflächen verankert und im Bereich der Bolzenebene jeweils unterbrochen sind. Ein jeweils auf dem einen Ende der sich überlappenden Enden angeordneter nietenartiger Nocken 8 greift in ein in dem anderen nach außen abgekröpften Ende vorhandenes Langloch 9 verbindend ein. .FIG. 4 shows a cross section through a piston in the "area of the upper edge of the shaft with cast-in segment-like control members 1, which are anchored in the area of the supporting shaft surfaces and are interrupted in the area of the bolt plane connecting an elongated hole 9 present in the other end which is angled outwards.
Figur 5 einen Kolbenquerschnitt mit im Bereich der Schaftoberkante eingegossenem ringförmigem Regelglied 10, das im Bereich der Druck-Gegendruckebene an beiden Stellen unterbrochen ist, wobei die im Bereich der Unterbrechungen sich überlappenden Enden nach außen ge- . kröpft sind. Die beiden Enden sind jeweils durch einen auf dem einen Ende angebrachten in ein auf dem anderen Ende befindliches Langloch 11 eingreifenden Nocken 12 verbunden.FIG. 5 shows a piston cross section with in the region of the upper edge of the skirt cast ring-shaped regulating member 10, which is in the area of the pressure-counterpressure level at both points is interrupted, the ends overlapping in the area of the interruptions towards the outside. are cranked. The two ends are each attached by one on one end into one on the other End located elongated hole 11 engaging cams 12 connected.
Figur 6 einen Querschnitt durch einen Kolben mit im Bereich der Schaftoberkante eingegossenen segmentartigen Regelgliedern 13, die in den Bolzennaben verankert sind. Die in der D ruck-Gegendruckebene jeweils unterbrochenen Regelglieder überlappen sich und sind durch einen nietartigen, auf dem einen nach außen gekröpften Ende befindlichen, in ein in dem anderen nach außen gekröpften Ende angebrachtes Langloch 14 greifenden Nocken 15 mit Spiel verbunden.FIG. 6 shows a cross section through a piston with segment-like control elements cast in the region of the upper edge of the skirt 13, which are anchored in the pin hubs. The control elements interrupted in the pressure / counterpressure level overlap and are connected by a rivet-like, on one end that is bent outwards, into an elongated hole 14 provided in the other end that is cranked outwards associated with play.
Figur 7 einen Querschnitt durch den oberen Teil eines Kolbenschafts mit einem eingegossenen ringförmigen Regelglied 16, das im Bereich der Bolzenebene an einer StelleFIG. 7 shows a cross section through the upper part of a piston skirt with a cast-in ring-shaped regulating member 16, which in the area of the bolt plane at one point
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unterbrochen ist, wobei die sich in diesem Bereich überlappenden Enden durch einen Niet 17 miteinander verbunden sind. Der Durchmesser des Niets 17 ist kleiner als der Durchmesser der in den sich überlappenden Enden angebrachten Bohrung 18 ausgebildet. Im Bereich der Überlappung ist das Regelglied 16 nicht vom Kolbenwerkstoff umgössen.is interrupted, the ends overlapping in this area by a rivet 17 with one another are connected. The diameter of the rivet 17 is smaller than the diameter in the overlapping Bore 18 attached to the ends. In the area of the overlap, the control element 16 is not from Piston material encapsulated.
Figur 8 einen Querschnitt durch einen Kolben gemäß Figur 9 entlang der Schnittlinie g - g mit einem in Höhe der Bolzenaugen eingegossenem Regelglied 19, das im Bereich des einen Bolzenauges unterbrochen ist. Die sich im Bereich der Unterbrechung überlappenden Enden werden durch den durch die in diesen Enden befindliche Bohrung 20 mit Spiel geführten Kolbenbolzen verbunden. Im Bereich des anderen Bolzenauges weist das Regelglied 19 eine entsprechende Bohrung 21 auf, durch die der Bolzen geführt werden kann.FIG. 8 shows a cross section through a piston according to FIG. 9 along the section line g - g with an at the level of Bolt eyes cast-in control element 19, which is interrupted in the area of one bolt eye. Which In the area of the interruption overlapping ends are through the hole located in these ends 20 connected with play guided piston pin. In the area of the other bolt eye, the control element 19 a corresponding hole 21 through which the bolt can be passed.
Figur 9 einen Längsschnitt durch den Kolben nach Figur 1 entlang der Schnittlinie h - h.FIG. 9 shows a longitudinal section through the piston according to FIG. 1 along the section line h - h.
Figur 10 einen Querschnitt durch einen Kolben mit im Bereich der Schaftoberkante eingegossenem Regelglied 22, das in der Bolzenebene an einer Stelle unterbrochen ist. Die sich in diesem Bereich überlappenden Enden sind durch einen Paßstift 23 verbunden, der über ein von außen in die angebrachte Bohrung 24 mit Spiel in diese eingesetzt ist.FIG. 10 shows a cross section through a piston with a regulating member 22 cast in the region of the upper edge of the skirt, which is shown in FIG Bolt level is interrupted at one point. The overlapping ends in this area are through a Dowel pin 23 connected, which is inserted into the bore 24 from the outside with play in this is.
- Patentansprüche - 9 -- Claims - 9 -
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Claims (9)
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Cited By (1)
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Families Citing this family (1)
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1975
- 1975-08-29 FR FR7526626A patent/FR2283325A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KOLBENSCHMIDT AG, 7107 NECKARSULM, DE |
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8130 | Withdrawal |