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Dokumentenidentifikation EP1062426 07.11.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 1062426
Titel RADIALKOLBENMOTOR MIT ROLLENFÜHRUNG
Anmelder Mannesmann Rexroth AG, 97816 Lohr, DE
Erfinder CUNNINGHAM, Sinclair, Kinghorn, Fife, GB
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Aktenzeichen 59902931
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 10.03.1999
EP-Aktenzeichen 999155633
WO-Anmeldetag 10.03.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/01551
WO-Veröffentlichungsnummer 0099046504
WO-Veröffentlichungsdatum 16.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 27.12.2000
EP date of grant 02.10.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.11.2002
IPC-Hauptklasse F03C 1/04

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialkolbenmotor mit Rollenführungen zur axialen Führung der Rollen, über die sich die Kolben am Hubring abstützen.

Aus US-A-5081906 (GB-B-2238086) ist ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechender Radialkolbenmotor bekannt, dem die Aufgabe zugrunde lag, den bislang im Zusammenhang mit der axialen Positionierung der Rollen verbundenen fertigungstechnischen Aufwand und somit die Fertigungs- und Montagekosten zu vermindern. Diese Aufgabe sollte dadurch gelöst werden, daß in den Räumen zwischen den Rollenstimseiten und der Zylindrinnenfläche als Rollenführung jeweils ein Keilstück mit einem, in Hubrichtung des Kolbens betrachtet, kreissegmentartigen Querschnitt angeordnet wird, welches die Rolle gegenüber dem Hubring im Zylinder axial positioniert. Die in der vorstehend genannten Druckschrift offenbarten Keilstücke lassen sich im wesentlichen in drei verschiedene Bauarten einteilen.

In einer ersten Bauart hat jedes Keilstück an der der Rolle zugewandten Seite eine an der Stimseite der Rolle anliegende ebene Oberfläche und an der der Rolle abgewandten Seite eine die Innenfläche des Zylinders kontaktierende zylindrische Oberfläche. Zudem ist dieses Keilstück in dem Raum zwischen Rolle, Kolben und Zylinderinnenfläche aufgenommen, ohne mit irgendeinem dieser Bauteile in fester Verbindung zu stehen. Aufgrund dieser in Kolbenhubrichtung frei beweglichen Anordnung des Keilstücks gegenüber der Rolle nimmt der Kolben bei einem Lasthub die Keilstücke in Richtung Hubring mit. Dabei erfolgt noch kein Kontakt zwischen den Keilstücken und den am Hubring ausgebildeten Nocken. Bei dem anschließenden Leerhub des Kolbens dagegen stoßen die Keilstücke an die am Hubring ausgebildeten Nocken. Dieser ständige Stoßkontakt zwischen den Nocken und den Keilstücken sowie die dazwischen auftretende Reibung kann zu einem starken Verschleiß der Keilstücke führen. Ein weiterer Nachteil dieser Bauart liegt darin, daß die Breite des Hubrings zumindest so groß sein muß, daß der Hubring neben der Rolle auch eine Anlagefläche für die beiden seitlich angeordneten Keilstücke bereitstellt. Abgesehen von einem hohen Gesamtgewicht des Radialkolbenmotors resultiert ein breiter Hubring infolge des höheren fertigungstechnischen Aufwands im Zusammenhang mit der Präzisionsbearbeitung des Hubrings in hohen Herstellkosten.

In einer zweiten Bauart weist jedes der beiden Keilstücke an der der Rolle zugewandten Seite einen mitnehmerartigen Vorsprung auf, der sich in einer am Kolben vorgesehenen Aussparung zwischen Kolben und Rolle in Richtung zum anderen Keilstück erstreckt. Da die Keilstücke in diesem Fall bei einem Leerhub des Kolbens von der Rolle wieder in den Zylinder mitgenommen werden, kann es daher im Grunde genommen nicht zu einem Stoßkontakt zwischen den Keilstücken und den Nocken kommen. infolge einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen der Rolle und den mitnehmerartigen Vorsprüngen der Keilstücke, die den Außenumfang der Rolle kontaktieren, kann es jedoch zu einem hohen Abrieb an den mitnehmerartigen Vorsprüngen kommen. Mit zunehmendem Abrieb der mitnehmerartigen Vorsprünge könnte sich der Bewegungsspielraum der Keilstücke in Kolbenhubrichtung schließlich derart vergrößern, daß es zu einem Stoßkontakt zwischen den Keilstücken und den Nocken kommen könnte. Ein weiterer Nachteil dieser Bauart ist, daß an den Rollenführungen mitnehmerartige Vorsprünge und am Kolben Aussparungen ausgebildet werden müssen, was den Fertigungsaufwand und damit die Herstellkosten erhöht.

Zudem tritt bei den beiden vorstehenden Bauarten die Reibung zwischen der Rolle und den Keilstücken an der ganzen Stirnfläche der Rolle auf. Dieser relativ großflächige Reibkontakt erfordert eine Präzisionsbearbeitung der Reibflächen beider Bauteile, was erneut in hohen Fertigungskosten resultiert.

Bislang wurde ferner davon ausgegangen, daß infolge des ständigen Kontakts der Rollen mit dem Hubring die Rollen und damit die jeweiligen Kolben automatisch eine bestimmte Drehlage im Zylinder bzw. gegenüber dem Hubring erhalten, was für einen zuverlässigen Betrieb des Radialkolbenmotors entscheidend ist. In bestimmten Fällen, beispielsweise bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Radialkolbenmotors, bei der den Zylindern zum ersten Mal Hydraulikfluid zugeführt wird, kann es jedoch dazu kommen, daß die Kolben und damit die Rollen soweit in dem jeweiligen Zylinder eingetaucht sind, daß ein Kontakt zwischen Rollen und Hubkurve noch nicht gegeben ist Um in diesen Fällen die erforderliche Drehlage des Kolbens im Zylinder zu gewährleisten, weist gemäß einer dritten Bauart eines der beiden Keilstücke an der der Zylinderinnenfläche zugewandten Seite eine längliche Nut auf, in die eine durch die Zylinderwand gehende Schraube, Klammer oder dergleichen eingreift und auf diese Weise eine Verdrehung des Kolbens im Zylinder und damit der Rolle gegenüber dem Hubring verhindert. Die Ausbildung der Nut verursacht jedoch eine Schwächung des betreffenden Keilstücks und damit eine Verkürzung der Lebensdauer des während des Betriebs des Radialkolbenmotors stark beanspruchten Keilstücks. Zudem findet der Gleitkontakt zwischen dem Keilstück und der Schraube oder Klammer statt, was im Hinblick auf eine gute Rollenführung nachteilig erscheint. Femer bedeutet eine derartige konstruktive Maßnahme einen hohen Fertigungsaufwand.

Die DE-A1-4421535 offenbart einen Rollenstößel für eine Radialkolbenpumpe. Der Rollenstößel umfaßt einen Rollenschuh, in dem eine Rolle formschlüssig geführt ist, über die der Rollenstößel an einem Nockenring anliegt Zur Lagefixierung der Rolle am Rollenschuh ist ein Halteelement in Form einer die Rolle umgreifenden Käfighalterung vorgesehen. Das Halteelement setzt sich beispielsweise aus zwei Stirnblechen zusammen, die jeweils am Rollenschuh mittels Abwicklungen gehalten sind und über seitlich der Rolle verlaufende Verbindungselemente, die Rolle fixieren. In einer anderen Ausführungsform ist das Halteelement über zwei Stirnbleche und damit verbundenen Abwinkelungen am Rollenschuh gehalten, wobei die Rolle stimseitig mit zwei zentrisch zur Längsachse der Rolle angeordneten Führungszapfen versehen ist, die in Ausnehmungen der Stimbleche ragen. In der DE-A1-4421535 findet sich jedoch kein Anhaltspunkt dafür, daß die Rollen sich jeweils über die stimseitig angeordneten Halteelemente axial an der Zylinderinnenwandung abstützen.

In Anbetracht der bei herkömmlichen Radialkolbenmotoren angetroffenen Nachteile besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, einen technisch optimierten Radialkolbenmotor zu schaffen, der sich durch einen geringen fertigungstechnischen Aufwand und gleichzeitig einen funktionssicheren Betrieb auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, der im besonderen dadurch gekennzeichnet ist, daß die an den Stimseiten der Rollen angeordneten Rollenführungen in Kolbenhubrichtung mit der jeweiligen Rolle verschiebefest verbunden sind.

Da die Rollenführungen in Kolbenhubrichtung, d.h. sowohl während des Lasthubs wie auch während des Leerhubs, von der jeweiligen Rolle mitgenommen werden, können die Rollenführungen in ihrer Größe so bemessen werden, daß sie nicht über den Außenumfang der jeweiligen Rolle hinausragen, so daß zwischen den Rollenführungen und dem Hubring kein Stoßkontakt stattfindet Dies führt schließlich zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Rollenführungen und damit zu einem funktionssicheren Betrieb des Radialkolbenmotors insgesamt Zudem wird bei der Herstellung der Rollenführungen Material eingespart.

Wenn die Rollenführungen nicht mit dem Hubring in Kontakt treten, kann die Breite des Hubrings ferner auf eine Breite reduziert werden, die maximal der Breite der Rollen entspricht. Auf diese Weise wird abgesehen vom Gesamtgewicht des Radialkolbenmotors auch der fertigungstechnische Aufwand und damit die Herstellkosten im Hinblick auf eine Präzisionsbearbeitung der Hubkurve des Hubrings erheblich vermindert.

Durch geeignete konstruktive Maßnahmen, beispielsweise durch die Ausbildung eines zylindrischen Vorsprungs an der Rollenführung, der in einer entsprechenden Ausnehmung an der Stimseite der Rolle eingesetzt ist, lassen sich ferner die Relativgeschwindigkeiten an den Reibflächen von Rolle und Rollenführungen und damit der Verschleiß beider Bauteile reduzieren. Durch den reduzierten Verschleiß wird selbst nach einer langen Betriebszeit ein zwischen Rolle und Rollenführungen entstehendes Spiel minimal gehalten. Dies trägt zu einem funkionssicheren und zuverlässigen Betrieb des Radialkolbenmotors insgesamt bei.

Weitere vorteilhaften Merkmale des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die in Hubrichtung verschiebefeste Verbindung von Rolle und Rollenführungen läßt sich durch fertigungstechnisch einfache Maßnahmen realisieren. Beispielsweise können die Rollenführungen an der der Stirnseite der Rolle zugewandten Seite einen zylindrischen Vorsprung aufweisen, der in eine an der Stirnseite der Rolle ausgebildete zentrische, zylindrische Ausnehmung einsetzbar ist. Ebenso wäre es natürlich auch denkbar, daß die Rollenführungen an der der Stirnseite der Rolle zugewandten Seite eine Ausnehmung aufweisen, in die ein an der Stirnseite der Rolle ausgebildeter Vorsprung einsetzbar ist. Die Ausnehmung und der mit der Ausnehmung in Eingriff stehende Vorsprung könnten aber auch konisch ausgebildet sein. Werden die Durchmesser der Ausnehmungen und der Vorsprünge so bemessen, daß sie gegenüber dem Außendurchmesser der Rolle klein sind, d.h. daß die Vorsprünge und die Ausnehmungen sich auf einen zentralen Bereich um die Drehachse der Rolle konzentrieren, und stehen die Vorsprünge in der Weise mit den jeweiligen Ausnehmungen in Eingriff, daß zwischen der Ringfläche der Rolle um die Ausnehmung und der Fläche um den Vorsprung der Rollenführung ein Spiel vorhanden ist, vermindern sich im Betrieb des Radialkolbenmotors die am Außenumfang des Vorsprungs und an der Innenumfangswand der Ausnehmung vorliegenden Umfangsgeschwindigkeiten und damit die Relativgeschwindigkeit zwischen Rolle und Rollenführungen. Da zudem an den beiden beabstandet angeordneten Flächen von Rolle und Rollenführung keine Reibung auftritt, wird eine Reduzierung des Reibungsabriebs an beiden Bauteilen erreicht.

Die die Zylinderinnenfläche kontaktierenden Oberflächen der Rollenführungen sind der Einfachheit halber vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wodurch eine optimale Führung der Kolben-Rollen-Anordnung im Zylinder erzielt wird. Da die Rolle normalerweise keine Druckbelastungen in Axialrichtung erfährt, wäre es aber auch denkbar, die an der Zylinderinnenfläche anliegende Oberfläche der Rollenführung bezüglich der Drehachse der Rolle rotationssymmetrisch bzw. kugelsegmentartig auszubilden. In diesem Fall wäre sogar eine sowohl in Hubrichtung des Kolbens wie auch in Rotationsrichtung der Rolle feste Verbindung zwischen Rollenführung und Rolle möglich. Dies hätte den Vorteil, daß im Betrieb des Radialkolbenmotors zwischen Rolle und Rollenführungen keine Reibung mehr auftritt und die zwischen Rollenführung und Zylinderinnenfläche auftretende Reibung erheblich vermindert wird.

Bislang wurde angenommen, daß die Rolle ständig mit der Hubkurve des Hubrings in Kontakt steht, wodurch die Drehlage des Kolbens im Zylinder und dementsprechend die Ausrichtung der Rolle gegenüber der Hubkurve automatisch vorgegeben wird. Wie es eingangs bereits erwähnt wurde, kann es jedoch auch dazu kommen, daß der Kontakt zwischen Rolle und Hubring abbricht. In diesem Fall kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine von der Rollenführung getrennt angeordnete Verdrehsicherung eine Verdrehung des Kolbens im Zylinder verhindert und damit eine bestimmte Ausrichtung der Rolle gegenüber dem Hubring eingehalten werden.

Zu diesem Zweck kann der Kolben an dem der Rolle abgewandten Endabschnitt eine bezüglich der Drehachse des Zylinderblocks senkrecht ausgerichtete Abflachung aufweisen, die an einer entsprechenden Anlagefläche der Verdrehsicherung anliegt, wodurch die Drehlage des Kolbens im Zylinder und der Rolle gegenüber der Hubkurve eindeutig vorgegeben wird. Als eine effektive Maßnahme hat sich ferner erwiesen, wenn der Zylinder wenigstens zwei Zylinderabschnitte verschiedener Innendurchmesser und der Kolben dementsprechend wenigstens zwei Kolbenabschnitte verschiedener, den entsprechenden Zylinderdurchmessern angepaßter Durchmesser aufweist. In diesem Fall ist die Verdrehsicherung im Zylinderabschnitt mit dem kleineren Innendurchmesser und die Abflachung dementsprechend am Kolbenabschnitt mit dem kleineren Durchmesser vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine große Druckbeaufschlagungsfläche am Kolben bewahrt und andererseits zur Ausbildung der Abflachung nur wenig Material vom Kolben weggenommen. Die zusätzliche Verdrehsicherung schafft gegenüber der eingangs erwähnten herkömmlichen Verdrehsicherung eine bessere Führung des Kolbens im Zylinder, da gemäß der vorliegenden Erfindung ein großflächiger Gleitkontakt zwischen Kolben und Verdrehsicherung stattfindet.

Die Verdrehsicherung hat vorzugsweise einen, in Hubrichtung des Kolbens betrachtet, kreissegmentförmigen Querschnitt mit einem der Zylinderinnenfläche entsprechenden Bogen und einer der Abflachung entsprechenden Sehne.

Da der Zylinderblock üblicherweise ohnehin axiale Zutrittsbohrungen aufweist, über die das Hydraulikfluid in die jeweiligen Zylinderräume gelangt, läßt sich der fertigungstechnische Aufwand im Hinblick auf die Fixierung der Verdrehsicherung im Zylinder dadurch vermindern, daß die Verdrehsicherung mittels eines Stifts im Zylinder fixiert wird, der über die Zutrittsbohrung in ein mit der Zutrittsbohrung fluchtendes Sackloch im Zylinderblock eingesetzt wird.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung hervor. Es zeigt

  • Fig. 1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors;
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderblock in Fig. 1 entlang der Linie II-II;
  • Fig. 3a einen in größerem Maßstab dargestellten Schnitt durch den Zylinderblock in Fig. 2 entlang der Linie III-III;
  • Fig. 3b eine Perspektivansicht des Kolbens;
  • Fig. 4 einen Schnitt durch den Zylinderblock entlang der Linie IV-IV in Fig. 1;
  • Fig. 5 eine Perspektivansicht der Rollenführung;
  • Fig. 6 einen Schnitt durch den Zylinderblock entlang der Linie VI-VI in Fig. 1;
  • Fig. 7 eine Perspektivansicht der Verdrehsicherung;
  • Fig. 8a und 8b Abwandlungen der Rollenführung in Fig. 5;
  • Fig. 9a und 9b Abwandlungen der Verbindung zwischen Rollenführung und Rolle in Fig. 5; und
  • Fig. 10a und 10b Abwandlungen des Zylinderblocks in Fig. 3a.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 wird nun eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors beschrieben. Der Radialkolbenmotor 2 besteht, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, im wesentlichen aus zwei Gehäuseteilen 4 und 6 sowie einem zwischen den beiden Gehäuseteilen 4 und 6 angeordneten Hubring 8. Die beiden Gehäuseteile 4 und 6 und der Hubring 8 sind mittels Schrauben 10 koaxial und fluiddicht aneinander geschraubt. An der Innenfläche des Hubrings 8 ist eine Hubkurve 12 mit einer Vielzahl von Nocken 14 ausgebildet, wie es im besonderen in Fig. 2 zu sehen ist.

Innerhalb des Hubrings 8 ist ein um eine Längs- bzw. Drehachse 16 drehbar angeordneter Zylinderblock 18 angeordnet. Wie es in Fig. 1 und 2 zu sehen ist, weist der Zylinderblock 18 eine mit einer Innenverzahnung versehene zentrische Aussparung 20 auf. In dieser Aussparung 20 ist ein Endabschnitt 22 einer Abtriebswelle 24, der mit einer der Innenverzahnung der Aussparung 20 entsprechenden Außenverzahnung versehen ist, axial verschiebbar aufgenommen. Die Abtriebswelle 24 ist über eine Lagerung 30 gegenüber den beiden Gehäuseteilen 4 und 6 und dem Hubring 8 drehbar gelagert. Die Lagerung 30 umfaßt zwei Kegelrollenlager 32 und 34, die im Gehäuseteil 4 untergebracht sind und hohe Axial- und Radialkräfte übertragen können. Der andere, aus dem Gehäuseteil 4 ragende Endabschnitt 26 der Abtriebswelle 24 weist einen Wellenflansch 28 zur Befestigung an einem nicht dargestellten Antriebselement eines anzutreibenden Geräts, beispielsweise an einem Rad eines Laders, auf.

Im Zylinderblock 18 sind des weiteren eine Vielzahl von bezüglich der Drehachse 16 sternförmig radial nach außen gerichteten Zylinder 36 mit einer bezüglich der Drehachse 16 senkrechten Zylinderachse 37 ausgebildet. Wie es in der vergrößerten Darstellung in Fig. 3a zu sehen ist, weist der Zylinder 36 einen bezüglich der Drehachse 16 radial außen liegenden Zylinderabschnitt 38 mit einem großen Innendurchmesser sowie einen radial innen liegenden Zylinderabschnitt 40 mit einem kleinen Innendurchmesser auf. Der Zylinderabschnitt 38 steht an der im wesentlichen zylindrischen Außenumfangsfläche 42 des Zylinderblocks 18 offen. Des weiteren ist im Zylinderblock 18 eine zur Längs- bzw. Drehachse 16 parallele, in den Zylinderabschnitt 40 mündende Zutrittsbohrung 43 ausgebildet, über die im Betrieb des Radialkolbenmotors 2 Hydraulikfluid zu- bzw. abgeführt wird.

Im Zylinder 36 ist ein Kolben 44 aufgenommen, der, wie es in Fig. 3b gezeigt ist, Kolbenabschnitte 46 und 48 aufweist. Der Kolbenabschnitt 46 hat einen Durchmesser, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des Zylinderabschnitts 38 entspricht. Der Kolbenabschnitt 48 weist an seinem Außenumfang zwei Abflachungen 48a und 48b auf, die, wie es in Fig. 6 zu sehen ist, senkrecht zur Drehachse 16 ausgerichtet sind. Der Durchmesser des Außenumfangs des Kolbenabschnitts 48 entspricht dem Innendurchmesser des Zylinderabschnitts 40. Die Abflachung 48b definiert eine Anlagefläche, die an einer entsprechend vorgesehenen Anlagefläche 50b einer nachstehend noch ausführlicher beschriebenen Verdrehsicherung 50 anliegt. Die Abflachung 48a ist der Zutrittsbohrung 43 zugewandt.

Wenn die Zylinder 36 im Betrieb des Radialkolbenmotors 2 über die Zutrittsbohrungen 43 mit Hydraulikfluid versorgt werden, werden die Kolben 44 selektiv in der Weise mit Druck beaufschlagt, daß sie eine Hubbewegung in Richtung zum Hubring 8 hin ausführen. Dabei stützen sie sich jeweils über eine entsprechende Rolle 54 an der am Hubring 8 ausgebildeten Hubkurve 12 ab. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, entspricht die axiale Breite B des Hubrings in dieser Ausführungsform des Radialkolbenmotors 2 im wesentlichen der axialen Länge der Rollen 54. An dem dem Hubring 8 zugewandten Endabschnitt der jeweiligen Kolbenabschnitte 46 ist eine Lagerung 56 ausgebildet, in der die jeweilige Rolle 54 gegenüber dem Kolben 44 um eine Drehachse 58 drehbar gelagert aufgenommen ist.

Wie es in den Figuren 1, 3a, 4 und 5 gezeigt ist, ist an jeder der beiden Stirnseiten 54a und 54b der Rolle 54 eine Rollenführung 60 angeordnet, wodurch die axiale Position der Rolle 54 im Zylinder 36 und damit gegenüber dem Kolben 44 und der Hubkurve 12 vorgegeben ist. Die Rollenführungen 60 sind jeweils in einem der zwischen den Stirnseiten 54a bzw. 54b der Rolle 54, dem Kolben 44 und der Zylinderinnenfläche des Zylinders 36 ausgebildeten Räume angeordnet. Fig. 5 zeigt eine Perspektivansicht der Rollenführung 60, die in Kolbenhubrichtung betrachtet einen im wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweist. An der der Stirnseite 54a bzw. 54b der Rolle 54 zugewandten Sehnenseite weist jede Rollenführung 60 einen bezüglich der Drehachse 58 axialen, zylindrischen Vorsprung 62 auf, der mit einer entsprechenden zentrischen Ausnehmung 54c bzw. 54d an den Stirnseiten 54a bzw. 54b der Rolle 54 in Eingriff steht. Die zylindrische Bogenseite 63 jeder Rollenführung 60 liegt an der Zylinderinnenfläche des Zylinders 36 an. Die Länge des axialen Vorsprungs 62 ist etwas größer als die Tiefe der Ausnehmung 54c bzw. 54d, so daß zwischen der Fläche der Rollenführung 60 um den zentrischen Vorsprung 62 und jeder Ringfläche an der Stirnseite 54a bzw. 54b der Rolle 54 um die zentrische Ausnehmung 54c bzw. 54d ein Spiel gegeben ist.

Durch die vorstehend beschriebene Art der Verbindung der Rollenführungen 60 mit der Rolle 54 werden die Rollenführungen 60 im Betrieb des Radialkolbenmotors 2, d.h. bei einer Hubbewegung der Kolben, in Kolbenhubrichtung von der jeweiligen Rolle 54 mitgenommen. Da wie vorstehend beschrieben die Breite des Hubrings der Länge der Rollen entspricht, findet im Betrieb des Radialkolbenmotors gemäß dieser Ausführungsform, unabhängig davon ob die Rollenführungen in Kolbenhubrichtung über die Rolle hinaus ragen, kein Stoßkontakt zwischen den Rollenführungen und dem Hubring statt. Zudem läßt sich der Verschleiß beider Bauteile infolge der im Betrieb des Radialkolbenmotors auftretenden Relativgeschwindigkeit zwischen Rollenführungen und Rolle erheblich vermindern, da die Reibung zwischen den beiden Bauteilen in einem Bereich auftritt, in dem die Relativgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist.

Wie es in Fig. 6 zu sehen ist und vorstehend bereits erwähnt wurde, ist an der Zylinderinnenfläche des Zylinderabschnitts 40 gegenüber der Zutrittsbohrung 52 eine sogenannte Verdrehsicherung 50 vorgesehen, die die Funktion hat, eine Verdrehung des Kolbens 44 im Zylinder 38 um eine Zylinderachse 37 zu verhindern. Entscheidend hierbei ist, daß eine bestimmte Drehlage des Kolbens 44 bezüglich der Zylinderachse 37 und damit der Rolle 54 gegenüber der Hubkurve 12 eingehalten wird. Die Verdrehsicherung 50 ist mittels eines Stifts 76, beispielsweise eines Kegelstifts, Zylinderstifts oder Kerbstifts, am Zylinderblock 18 in der Weise befestigt, wie es in Fig. 3a oder Fig. 6 gezeigt ist. Fig. 7 zeigt eine Perspektivansicht der Verdrehsicherung 50, die wie die Rollenführung 60, in Kolbenhubrichtung betrachtet, einen im wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweist, wobei die zylindrische Bogenseite 50a an der Zylinderinnenfläche des Zylinderabschnitts 40 und die Sehnenseite 50b an der am Kolbenabschnitt 48 des Kolbens 44 ausgebildeten Abflachung 48b anliegt. Im Gegensatz zur Rollenführung 60, die in dieser Ausführungsform des Radialkolbenmotors einen Vorsprung 62 aufweist, ist in der Verdrehsicherung 50 eine zylindrische Aussparung 78 ausgebildet, in der der Teil des Stifts 76 sitzt, der aus dem mit der Zutrittsbohrung 43 fluchtenden Sackloch 84 im Zylinderblock 18 ragt.

Mit dem Bezugszeichen 66 ist eine Fluidsteuerung dargestellt, mittels der im Betrieb des Radialkolbenmotors 2 über die Zutrittsbohrungen 43 Hydraulikfluid den jeweiligen Zylinderräumen zugeführt oder aus den jeweiligen Zylinderräumen abgeführt wird. Die Fluidsteuerung 66 ist im Gehäuseteil 6 fluiddicht und drehfest angeordnet. Um das Hydraulikfluid an die jeweiligen Zylinderräume verteilen zu können, weist die Fluidsteuerung 66 zwei voneinander getrennte Umfangsnuten 68 und 70 auf, die jeweils mit einem Fluidkanal 72 bzw. 74 in Verbindung stehen. Im Betrieb des Radialkolbenmotors 2 treten die Fluidkanäle 72 bzw. 74 abwechselnd mit den axialen Zutrittsbohrungen 43 in Verbindung, die im Zylinderblock 18 ausgebildet sind und jeweils mit einem der Zylinderräume kommunizieren.

Im Betrieb des Radialkolbenmotors 2 werden die Kolben 44 über die Fluidkanäle 68, 70, 72 und 74, die Zutrittsbohrungen 43 und die Zylinderräume mittels Hydraulikfluid derart angesteuert, daß sie bezüglich der Drehachse 16 radial nach außen gedrückt werden. Dabei stützen sie sich über die jeweilige Rolle 54 an der Hubkurve 12 des Hubrings 8 ab, wodurch der Zylinderblock 18 schließlich zu einer Drehbewegung um die Drehachse 16 veranlaßt wird. Die Drehrichtung wird durch die Ansteuerungsweise gewählt. Über die formschlüssige Verbindung von Abtriebswelle 24 mit Zylinderblock 18 wird auf die Abtriebswelle 24 ein Drehmoment übertragen. Diese stützt sich über die Kegelrollenlager 32 und 34 der Lagerung 30 ab. Ein Antriebselement, beispielsweise ein Rad eines hier nicht näher dargestellten Laders, das über den Flanschabschnitt 28 mit der Abtriebswelle 24 in Verbindung steht, erhält somit ein Drehmoment.

Die Figuren 8a und 8b zeigen Abwandlungen der im Zusammenhang mit der vorstehenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors beschriebenen Rollenführungen.

Die in Fig. 8a dargestellte Rollenführung 90 unterscheidet sich von der in Fig. 5 gezeigten Rollenführung 60 darin, daß sie an der dem Hubring 8 zugewandten oberen Außenfläche dem Außenumfang der Rolle 54 entsprechend abgerundet und in der Weise ausgebildet ist, daß sie in Kolbenhubrichtung nicht über den Außenumfang der Rolle ragt. Da die Rollenführung 90 in diesem Fall nicht über den Außenumfang der Rolle 54 hinausragt und zudem in Kolbenhubrichtung verschiebefest mit der Rolle 54 in Verbindung steht, könnte die Rollenführung 90 -natürlich nur zusammen mit der erfindungsgemäßen Rolle 54- auch für einen herkömmlichen Radialkolbenmotor mit einem Hubring verwendet werden, dessen Hubring eine Breite hat, die größer ist als die Länge der Rolle 54.

Während die die Zylinderinnenfläche kontaktierenden Oberflächen 63 der Rollenführungen 60 bisher der Einfachheit halber zylindrisch ausgebildet waren, weist die in Fig. 8b gezeigte Rollenführung 92 an der der Zylinderinnenfläche zugewandten Seite eine bezüglich der Drehachse 58 der Rolle 54 rotationssymmetrische bzw. kugelsegmentartige Oberfläche 93 auf. Da die Rolle und damit auch die Rollenführungen im Betrieb des Radialkolbenmotors normalerweise keine allzu hohen axialen Belastungen erfahren, sollte eine kugelsegmentartige Ausbildung der Rollenführungen nicht zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der Rollenführungen führen. Um in diesem Fall ständig eine zuverlässige axiale Positionierung der Rollen zu erzielen, ist es jedoch erforderlich, daß im Betrieb des Radialkolbenmotors die Kolben nur soweit angehoben werden, daß die Drehachse 58 jeder Rolle 54 sich selbst bei maximalem Kolbenhub noch innerhalb des Zylinders befindet. Diese Einschränkung ist bei den vorstehend erwähnten Rollenführungen infolge des großen Flächenkontakts jedoch nicht erforderlich.

In dem in Fig. 8b gezeigten, speziellen Fall könnten die Rollenführungen 92 nicht nur in Kolbenhubrichtung sondern auch in Drehrichtung der Rolle 54 form- und/oder kraftschlüssig mit der Rolle 54 in Verbindung stehen, so daß zwischen Rolle und Rollenführung keine Reibung mehr auftritt. Infolge der kleinen, im wesentlichen nur linienförmigen Anlage der Rollenführung 92 an der Zylinderinnenfläche wäre auch die zwischen Rollenführung 92 und Zylin-derinnenfläche auftretende Reibung erheblich vermindert. Da sich die Rollenführungen 90 und die Rolle 54 dann nicht mehr relativ gegeneinander drehen, könnte die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Rollenführung und Rolle auch auf eine beliebige andere Art und Weise realisiert werden. Auch wäre es denkbar die Rolle und die Rollenführungen einstückig auszubilden, d.h. die Rollenführungen an der Rolle vorzusehen.

Die Figuren 9a und 9b zeigen weitere Möglichkeiten, die Rollenführungen mit der Rolle in Verbindung zu bringen.

Während im vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors 2 an jeder Rollenführung ein Vorsprung 62 und an der Rolle entsprechende Ausnehmungen 54c bzw. 54d ausgebildet waren, weist die Rollenführung 94 gemäß Fig. 9a eine Ausnehmung 95 und die Rolle 96 einen entsprechenden Vorsprung 97 auf. Auch in diesem Beispiel ist zwischen den gegenüberliegenden Flächen an Rollenführung und Rolle um die Ausnehmung bzw. den Vorsprung ein Spiel vorhanden, wodurch die zwischen diesen Bauteilen auftretende Reibung in einem Bereich auftritt, in dem kleine Relativgeschwindigkeiten zwischen Rolle und Rollenführungen herrschen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur darauf beschränkt; ebenso wäre es natürlich auch möglich, daß die Rollenführungen im herkömmlichen Sinn, d.h. ohne Spiel, unmittelbar mit der Rolle in Kontakt stehen.

Die Rollenführung 98 in Fig. 9b zeichnet sich durch einen konischen Vorsprung 99 aus, der mit einer entsprechenden, konisch geformten, zentrischen Ausnehmung 101 an der Rolle 100 in Eingriff steht. In diesem Fall steht die Rollenführung ohne Spiel mit der Rolle in Eingriff, wobei jedoch, wie auch bei den vorangegangen Beispielen, der Kontaktbereich zwischen Rolle 100 und Rollenführungen 98 in einen bezüglich der Drehachse 58 zentralen Bereich verlegt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist eine Verdrehsicherung 50 vorgesehen, die eine Verdrehung des Kolbens 44 im Zylinder 36 und damit der Rolle 54 gegenüber der Hubkurve 12 verhindert. Da jedoch die Rollen normalerweise ständig mit der Hubkurve in Kontakt stehen, wodurch die Drehlage der Rolle und damit des Kolbens automatisch bestimmt wird, ist es nicht unbedingt erforderlich eine Verdrehsicherung vorzusehen. Dieser Fall ist in Fig. 10a gezeigt. Hier vereinfacht sich der Zylinder- und Kolbenaufbau wesentlich, da weder am Kolben 102 noch am Zylinderblock fertigungstechnische Maßnahmen vorgenommen werden müssen.

Jedoch kann auch durch eine andere relativ einfache konstruktive Maßnahme am Kolben und Zylinderblock, wie es beispielsweise in Fig. 10b gezeigt ist, eine Verdrehsicherung 106 für den Kolben 104 geschaffen werden, ohne daß Kolben und Zylinder abgestuft ausgebildet werden müssen.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß sämtliche vorstehend beschriebenen Merkmale, insbesondere im Zusammenhang mit der Gestaltung der Rollenführung, der Verbindung zwischen Rollenführungen und Rolle wie auch der Verdrehsicherung für den Kolben - sofern technisch möglich - untereinander kombiniert werden können.

Die vorliegende Erfindung schafft somit einen technisch optimierten Radialkolbenmotor mit einem Hubring und einem gegenüber dem Hubring um eine Drehachse drehbar angeordneten Zylinderblock mit einer Vielzahl von in Radialrichtung des Zylinderblocks ausgerichteten Zylindern. In den Zylindern ist jeweils ein in Radialrichtung verschiebbarer Kolben aufgenommen, der sich über eine Rolle am Hubring abstützt. Die Rolle ist in einer am Kolben vorgesehenen Lagerung um eine zur Drehachse des Zylinderblocks parallele Drehachse drehbar gelagert und stützt sich über an ihren Stirnseiten angeordnete Rollenführungen bezüglich ihrer Drehachse im Zylinder axial ab. Der erfindungsgemäße Radialkolbenmotor zeichnet sich im besonderen dadurch aus, daß die Rollenführungen in Kolbenhubrichtung mit der jeweiligen Rolle verschiebefest in Verbindung stehen und dementsprechend sowohl bei einem Lasthub wie auch einem Leerhub des Kolbens in Kolbenhubrichtung von der jeweiligen Rolle mitgenommen werden, wodurch kein Kontakt der Rollenführungen mit dem Hubring stattfindet.


Anspruch[de]
  1. Radialkolbenmotor (2) mit einem Hubring (8), einem gegenüber dem Hubring (8) um eine Drehachse (16) drehbar angeordneten Zylinderblock (18) mit einer Vielzahl von in Radialrichtung des Zylinderblocks (18) ausgerichteten Zylindern (36), in denen jeweils ein verschiebbarer Kolben (44) aufgenommen ist, der sich über eine Rolle (54, 96, 100) am Hubring abstützt, wobei die Rolle am Kolben um eine zur Drehachse (16) des Zylinderblocks (18) parallele Drehachse (58) drehbar gelagert angeordnet ist und sich über an ihren Stirnseiten angeordnete Rollenführungen (60, 90, 92, 94, 98) bezüglich ihrer Drehachse (58) axial an der Zylinderinnenwandung des Zylinders (36) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Rollenführungen (60, 90, 92, 94, 98) in Kolbenhubrichtung mit der jeweiligen Rolle (54, 96, 100) verschiebefest in Verbindung stehen.
  2. Radialkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführungen (60, 90, 92, 98) an der der Stirnseite der Rolle (54, 100) zugewandten Seite einen Vorsprung (62, 99) aufweisen, der in eine an der Stirnseite der Rolle ausgebildete Ausnehmung (54c, 54d, 101) einsetzbar ist.
  3. Radialkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführungen (96) an der der Stirnseite der Rolle (96) zugewandten Seite eine Ausnehmung (95) aufweisen, in die ein an der Stirnseite der Rolle ausgebildeter Vorsprung (97) einsetzbar ist.
  4. Radialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführungen (60, 90, 94, 98) an der der Stirnseite der Rolle abgewandten Seite eine der Zylinderinnenfläche entsprechende zylindrische Oberfläche haben.
  5. Radialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführungen (92) an der der Stirnseite der Rolle abgewandten Seite eine bezüglich der Drehachse (58) der Rolle rotationssymmetrische bzw. kugelsegmentartige Oberfläche hat.
  6. Radialkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführungen (92) in Drehrichtung der Rolle drehfest mit der Rolle in Verbindung stehen.
  7. Radialkolbenmotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von den Rollenführungen getrennt angeordnete Verdrehsicherung (50) zur Verhinderung einer Drehung des Kolbens im Zylinder.
  8. Radialkolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben an dem der Rolle abgewandten End-abschnitt eine Abflachung aufweist, die an einer entsprechenden Anlagefläche der Verdrehsicherung anliegt.
  9. Radialkolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder wenigstens zwei Zylinderabschnitte (38, 40) verschiedener Durchmesser und der Kolben dementsprechend wenigstens zwei Kolbenabschnitte (46, 48) verschiedener Durchmesser, die den entsprechenden Zylinderdurchmessern angepaßt sind, aufweist, wobei die Verdrehsicherung im Zylinderabschnitt (40) mit dem kleineren Durchmesser und die Abflachung am Kolbenabschnitt (48) mit dem kleineren Durchmesser vorgesehen ist.
  10. Radialkolbenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung in Kolbenhubrichtung betrachtet einen kreissegmentförmigen Querschnitt mit einem der Zylinderinnenfläche entsprechenden Bogen und einer der Abflachung entsprechenden Sehne besitzt.
  11. Radialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung mittels eines über eine Zutrittsbohrung (43) zur Zu- und Abfuhr von Hydraulikfluid in den Zylinderraum eingeführten Stifts (76) an der Zylinderinnenfläche des Zylinderabschnitts (40) mit dem kleineren Durchmesser fixiert ist, wobei der Stift (76) in einer mit der Zutrittsbohrung (43) fluchtenden Aussparung (84) im Zylinderblock (18) befestigt ist.
Anspruch[en]
  1. A radial piston engine (2) with a cam ring (8), a cylinder block (18) disposed to rotate relative to the cam ring (8) around an axis of rotation (16), the said block having a plurality of cylinders (36) aligned in radial direction of the cylinder block (18), in each of which cylinders there is accommodated a slidable piston (44), which is braced via a roller (54, 96, 100) against the cam ring, wherein the roller is mounted on the piston to rotate around an axis of rotation (58) parallel to the axis of rotation (16) of the cylinder block (18) and, relative to its axis of rotation (58), is braced axially in the cylinder (36) via roller guides (60, 90, 92, 94, 98) disposed at its end faces, characterized in that

    the roller guides (60, 90, 92, 94, 98) are rigidly connected to the respective roller (54, 96, 100) with respect to sliding in piston displacement direction.
  2. A radial piston engine according to claim 1, characterized in that the roller guides (60, 90, 92, 98) are provided on the side facing the end face of the roller (54, 100) with a projection (62, 99), which is insertable into a recess (54c, 54d, 101) formed on the end face of the roller.
  3. A radial piston engine according to claim 1, characterized in that the roller guides (96) are provided on the side facing the end face of the roller (96) with a recess (95), into which a projection (97) formed on the end face of the roller is insertable.
  4. A radial piston engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the roller guides (60, 90, 94, 98) have on the side facing away from the end face of the roller a cylindrical surface corresponding to the cylindrical inside surface.
  5. A radial piston engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the roller guides (92) have on the side facing away from the end face of the roller a surface which is rotationally symmetric or has the form of a spherical segment relative to the axis of rotation (58) of the roller.
  6. A radial piston engine according to claim 5, characterized in that the roller guides (92) are connected with the roller to rotate therewith in the direction of rotation of the roller.
  7. A radial piston engine (2) according to one of the preceding claims, characterized by an antirotation device (50), disposed separately from the roller guides, to prevent turning of the piston in the cylinder.
  8. A radial piston engine according to claim 7, characterized in that the piston is provided on the end portion facing away from the roller with a flattened part, which bears on a corresponding contact face of the antirotation device.
  9. A radial piston engine according to claim 8, characterized in that the cylinder is provided with at least two cylinder portions (38, 40) of different diameters and the piston is provided accordingly with at least two piston portions (46, 48) of different diameters matching the corresponding cylinder diameters, the antirotation device being provided in the cylinder portion (40) with the smaller inside diameter and the flattened part being provided on the piston portion (48) with the smaller diameter.
  10. A radial piston engine according to claim 9, characterized in that the antirotation device has a cross section which, viewed in piston displacement direction, is a circular segment, with an arc corresponding to the cylindrical inside face and a chord corresponding to the flattened part.
  11. A radial piston engine according to one of claims 7 to 10, characterized in that the antirotation device is fixed to the cylindrical inside face of the cylinder portion (40) with the smaller diameter by means of a pin (76), which is inserted via an inlet port (43) for supply and removal of hydraulic fluid in the cylinder space, the pin (76) being fastened in an opening (84) in the cylinder block (18) aligned with the inlet port (43).
Anspruch[fr]
  1. Moteur à pistons radiaux (2) avec une bague de course (8) et avec un bloc-cylindres (18) disposé de manière tournante autour d'un axe de rotation (16) en face de la bague de course (8) et comportant une pluralité de cylindres radiaux (36) orientés en direction radiale du bloc-cylindres (18), dans lesquels se trouve respectivement un piston coulissant (44), qui s'appuie par l'intermédiaire d'un galet (54, 96, 100) sur la bague de course, le galet étant disposé sur le piston de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation (58) parallèle à l'axe de rotation (16) du bloc-cylindres (18) et s'appuyant dans le sens axial par rapport à l'axe de rotation (58) sur la paroi intérieure du cylindre (36) par l'intermédiaire de guides de galets (60, 90, 92, 94, 98) disposés sur les côtés frontaux, caractérisé en ce qu'en direction de la course du piston les guides de galets (60, 90, 92, 94, 98) sont reliés en solidarité de déplacement avec le galet respectif (54, 96, 100).
  2. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le côté dirigé vers le côté frontal du galet (54, 100) les guides de galets (60, 90, 92, 98) comprennent une saillie (62, 99), qui peut être introduite dans un évidement (54c, 54d, 101) pratiqué dans le côté frontal du galet.
  3. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le côté dirigé vers le côté frontal du galet (96) les guides de galets (96) comprennent un évidement (95), dans lequel peut être introduite une saillie (97) formée sur le côté frontal du galet.
  4. Moteur à pistons radiaux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur le côté opposé au côté frontal du galet les guides de galets (60, 90, 94, 98) présentent une surface cylindrique, qui correspond à la surface intérieure des cylindres.
  5. Moteur à pistons radiaux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur le côté opposé au côté frontal du galet les guides de galets (92) présentent une surface, qui est en symétrie de rotation ou en forme de segment de sphère par rapport à l'axe de rotation (58) du galet.
  6. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'en direction de rotation du galet les guides de galets (92) sont reliés en solidarité de rotation avec le galet.
  7. Moteur à pistons radiaux (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour éviter une rotation du piston dans le cylindre, il existe une protection anti-rotation (50) disposée séparément par rapport aux guides de galets.
  8. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 7, caractérisé en ce que sur sa section terminale opposée au galet le piston est muni d'un plat, qui s'appuie sur une surface d'appui correspondante de la protection anti-rotation.
  9. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que le cylindre comprend au moins deux sections de cylindre (38, 40) de différents diamètres et le piston par conséquent au moins deux sections de piston (46, 48) de différents diamètres, qui sont adaptées aux diamètres correspondants du cylindre, la protection anti-rotation étant prévue dans la section de cylindre (40) avec le plus petit diamètre et le plat dans la section de piston (48) avec le plus petit diamètre.
  10. Moteur à pistons radiaux selon la revendication 9, caractérisé en ce que la protection anti-rotation comprend, dans une vue en direction de la course du piston, une section en forme de segment de cercle avec un coude correspondant à la surface intérieure du cylindre et une corde correspondant au plat.
  11. Moteur à pistons radiaux selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la protection anti-rotation est fixée sur la surface intérieure du cylindre de la section de cylindre (40) avec le plus petit diamètre à l'aide d'une broche (76) introduite par une forure d'accès (43) pour l'entrée et la sortie de fluide hydraulique dans le volume intérieur du cylindre, la broche (76) étant fixée dans un évidement (84) pratiqué dans le bloc-cylindres (18) et qui est en alignement avec la forure d'accès (43).






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