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Dokumentenidentifikation DE60122272T2 30.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001219843
Titel Rollenlagerkäfig
Anmelder Nippon Thompson Co. Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yokota, c/o Nippon Thompson Co.,Ltd., Yasunori, Kamakura-shi, Kanagawa-ken 248-0022, JP
Vertreter Patentanwälte Westphal Mussgnug & Partner, 78048 Villingen-Schwenningen
DE-Aktenzeichen 60122272
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.12.2001
EP-Aktenzeichen 013103155
EP-Offenlegungsdatum 03.07.2002
EP date of grant 16.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse F16C 33/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rollenlagerkäfig, der beispielsweise für ein niedrigeres größeres Ende, bezeichnet als Stange, insbesondere „Pleuelfuß" einer Verbindungsstange in einem Motor und speziell insbesondere an einem Rollenlagerkäfig, der für den Einsatz in einem geteilten Schalenrollenlager geeignet ist, welches um eine Kurbelwelle passt angewandt wird, in welcher Kurbelzapfen integral mit Kurbelarmen ausgebildet sind.

Da von heutigen Motoren gefordert wird höhere Leistungen abzugeben, muss die Kurbelwelle für derartige leistungsstarke Maschinen entsprechend standfest sein, um den erhöhten Drehzahlen Stand zu halten. Um dieses zu erreichen werden die Nocken oder Kurbelzapfen integral mit den Kurbelarmen ausgebildet, um die Festigkeit oder Steifigkeit der Kurbelwelle zu verbessern. Die geteilten Schalenrollenlager sind aufgrund des integralen Aufbaus der Kurbelzapfen mit den zugehörigen Kurbelarmen obligatorisch an den Pleuelfüßen der Verbindungsstangen anzubringen, womit der Käfig ebenso in einer geteilten Form auszulegen ist. Hoch aufgeladene Motoren mit hoher Drehzahl verursachen sehr harte Betriebsbedingungen an den Lagerungen.

Ein Beispiel eines herkömmlichen Lagerkäfigs wird in der japanischen offen gelegten Schrift Nr. 219149/1996 und in der korrespondierenden EP-A-0754872 offenbart.

Ein bekannter Käfig ist so gestaltet, dass er im Querschnitt einem Durchgang entspricht und zum Tragen der Lasten geeignet ist, welche bei Motoren mit hohen Drehzahlen auftreten. Soweit ist der Käfig in seinen äußeren Bereichen mit Rückhalteelementen ausgestattet, um die Rollenelemente gegen Herausfallen aus dem Käfig zu bewahren.

Ein weiteres Beispiel eines Lagerkäfigs mit einem durchgangsähnlichen Aufbau im Querschnitt wird in der japanischen offen gelegten Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 168014/1989 offenbart. Dieser bekannte Lagerkäfig wird ebenso dazu verwendet, die Rollenelemente gegen Herausfallen aus dem Käfig zu bewahren und trägt somit die schweren Lasten, welche bei schnell laufenden Motoren zu tragen sind. Entsprechend weist ein Lagerkäfig, wie er in der 1 entsprechend der obigen Beschreibung bildlich dargestellt ist, eine Unterteilung auf, die zwei benachbarte Taschen voneinander trennt, wobei die schlanke Zone mit Auskragungen versehen ist, welche sich bis in die Taschen geringfügig über die Flanken der verstärkten Bereiche erstrecken, um wiederum die Rollenelemente gegen radiales Herausfallen aus dem Käfig zu bewahren.

In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 240660/2000 wird eine Rollenlagerung offenbart, welche in zwei Hälften aufgespalten ist und welche vorzugsweise für die Kurbelwelle ausgelegt ist, mit Kurbelzapfen, welche integral mit den Kurbelwangen dargestellt sind. Die Rollenrückhaltelagerung ist derart gestaltet, dass durch eine Reduzierung im äußeren Durchmesser eine Annäherung der entgegengesetzt gegenüberliegenden zusammentreffenden Enden in einer ungefähr ovalen Form erreicht wird. Der oben beschriebene Aufbau soll die Rückhalteeinrichtung gegen jede unvorteilhafte Deformation bewahren, welche eine radiale Ausbauchung an den diametral gegenüberliegenden anstoßenden Enden der Rückhaltehälften verursachen könnte.

Ein weiterer Rollenlagerkäfig mit Unterteilungen wird in dem offen gelegten japanischen Gebrauchsmuster Nr. 6746/1994 offenbart, worin ein ringförmiger Käfig mit zentrierter Rundung in zwei Hälften entlang einer diametralen Ebene aufgeteilt ist, welche an den umfangsseitig mittig gelagerten Punkten von jeweils zwei diametral gegenüberliegenden Käfiglamellen anliegt. Die Käfighälften sind mit beliebigem Beschichtungsmaterial mit vorbestimmter Stärke bedeckt, an irgendeiner ihrer Seiten der getrennten Enden, welche sich umfangsseitig berühren.

Weiterhin wird in der japanischen offen gelegten Patentschrift Nr. 72332/1997 ein Koppelstangenlageraufbau für Schifffahrtsmotoren offenbart, worin ein Nadellager für einen Pleuelfuß zusammengesetzt ist aus einem Paar von halbkreisförmigen Käfighälften, welche zusammengesetzt werden zu einem vollständigen runden Käfig.

Keiner der im Stand der Technik offenbarten Lagerkäfige mit Unterteilungen erzielt jedoch eine Lösung für ein wesentliches Problem, bei dem der geteilte Käfig wesentlichen Deformationen unterworfen ist, wobei er radiale Ausbauchungen an den zusammenstoßenden Enden der Käfighälften nach außen hin aufweist, aufgrund zu großer zentrifugaler Kräfte die auftreten, wenn die Lagerung mit hoher Geschwindigkeit umläuft. Dies verursacht einen ungenauen Sitz der Lagerung an der Bohrungsoberfläche in dem Pleuelfuß, was sich in falscher Lagerung auswirkt, beispielsweise auch in mangelnder Schmierölzuführung, Festsetzen oder Klemmen zwischen Lagerung und Pleuel usw.

Ein Beispiel bezüglich bekannter Lagerkäfige des geteilten Typs, die das oben beschriebene Problem lösen sollen ist in 10 dargestellt. Der bekannte unterteilte Lagerkäfig 40 ist allgemein aus einem Paar von halbkreisförmigen Käfighälften 41 aufgebaut, welche an einem Rand 39 ausgekehlt sind, an dem die zusammenstoßenden Enden der halbkreisförmigen Käfighälften 41 mit der äußeren peripheren Oberfläche des Käfigs zusammenkommen. In den umfangsseitig an dem Käfig angeordneten Taschen sind Rollen 43 eingesetzt.

Bei den bekannten Lagerkäfigen, entsprechend dem geteilten Typ wie er oben beschrieben ist, werden Auskehlungen an den Ecken an den halbkreisförmigen Käfighälften 41, in getrennter Form angebracht, welche im Voraus durch Aufteilung eines zylindrischen Käfigmaterials vorbereitet wurden. Dieser Auskehlungsvorgang ist äußerst unvorteilhaft für die genaue Ausführung der Größe eines Auskehlungsbereichs 39. Somit werden sich nicht nur in dem ausgekehlten Bereich 39 Streuungen in der Größe ergeben, sondern es werden sich ebenso an dem Rand, an dem die Kehlungsbereiche mit dem zugehörigen äußeren Umfang 42 des Käfigs zusammenwirken, scharfe Kanten ergeben. Tendenziell wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass mangelnde Schmierölversorgung auftritt, Festsetzen der Lagerung usw. an den aneinander stoßenden Enden 38 und an jedem weiteren Bereich in der Nähe der Enden. Bei den bekannten Lagerkäfigen des unterteilten Typs können darüber hinaus, da der zylindrische Käfig einer Wärmebehandlung zur Ausführung der Trennung in halbkreisförmige Käfighälften 41 unterzogen wird, die sich ergebenden Käfighälften nicht dazu beitragen, zum Zeitpunkt des Schnittvorgangs eine ringförmige Ausdehnung nach außen zu zeigen. Somit ist es schwierig, den Kehlungsbereich an den Ecken mit hoher Genauigkeit darzustellen.

Ein hauptsächliches Anliegen der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung des wesentlichen Problems wie es oben beschrieben ist und insbesondere darin, einen Rollenlagerkäfig des geteilten Typs bereitzustellen, welcher wesentliche Funktionen der Lagerung sicherstellt, beispielsweise eine Koppelstange für hohe Verdichtungen, für Motoren mit hoher Drehzahl und insbesondere für einen Rollenlagerkäfig, der leicht herzustellen ist und in dem Auskehlungsbereiche präzise ausführbar sind und an dem weiterhin in vorteilhafter Weise die Lagerung ausführbar ist, welche den rauen Bedingungen widerstehen kann, die bei hohen Verdichtungen oder hohen Drehzahlen in Motoren auftreten können.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rollenlagerkäfig, in welchem ein zylindrischer Käfig entlang jeder diametralen Fläche in ein Paar von zwei halbkreisförmige Käfighälften gespalten ist, welche gegenüberliegend angeordnet sind und welche mit ihren Passenden in gegenseitigen Kontakt kommen, worin die halbkreisförmigen Käfighälften jeweils aus halbkreisförmigen Einfassungen aufgebaut sind, welche axial gegenseitig beabstandet voneinander angeordnet sind und sich am Umfang parallel zueinander erstrecken, und Käfiglamellen, die zwischen den halbkreisförmigen Einfassungen in gleichmäßigen Intervallen um gekrümmte Oberflächen der Einfassungen positioniert und integral mit den Einfassungen ausgebildet sind, um eine Tasche zwischen jeweils zwei benachbarten Käfiglamellen zu bilden, und worin eine Walze drehbar aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkreisförmigen Käfighälften an äußeren Umfangsbereichen in der Nähe der Pass-Enden angephast sind, um damit angephaste ebene Bereiche zu bilden, und dass die angephasten ebenen Bereiche auf den äußeren Umfangsbereichen annähernd senkrecht auf den Passflächen der halbkreisförmigen Käfighälften stehen und ebenso in Flächen liegen, welche sich parallel zueinander diametral gegenüberliegend erstrecken.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rollenlagerkäfig offenbart, in welchem die Käfiglamelle mit dem Pass-Ende weitgehend in Kreisumfangsbreite mit anderen Käfiglamellen gleich ist. Darüber hinaus sind die Käfiglamellen mit ihren äußeren Oberflächen bündig zu den äußeren Peripherien der Einfassungen positioniert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird offenbart, dass die Käfiglamelle eine innere Oberfläche aufweist, die in einem axial mittleren Bereich zur Bildung einer Aussparung eingelassen ist, welche sich in der Tiefe radial nach außen hin über einen Durchmesser über einen Teilkreis auf den Walzen erstreckt und in axialer Länge kleiner als die Tasche ist, sodass die Käfiglamelle an dem mittleren Bereich aufgrund der Aussparung schlanker ausgebildet ist, wobei axial gegenüberliegende Enden in ihrer Stärke belassen sind und umfangsseitig gegenüberliegende Seitenwände der stärkeren Enden stellen Führungsoberflächen dar, auf welchen die Walze abrollt.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Rollenlagerkäfig offenbart, in dem auf den stärkeren Ende der Käfiglamellen äußere der Rückhaltenasen angebracht sind, die in die Tasche hineinreichen, um die Walze gegen Herausfallen aus der zugehörigen Tasche zu bewahren und innere Rückhaltenasen, die ebenfalls in die Tasche hineinragen, um die Walze gegen Herausfallen nach innen aus der zugehörigen Tasche zu bewahren.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Rollenlagerkäfig vor, der einen ringförmigen Vorsprung an der Stelle aufweist, wo die innere periphere Oberfläche und irgendein Ende der axial gegenüberliegenden Endoberflächen der halbkreisförmigen Einfassungen zusammenkommen, bis in eine Tiefe angephast ist, die bis zu einem Drittel einer axialen Stärke der zugehörigen Einfassung reicht, um eine geneigte ringförmige Oberfläche auszubilden, die bis zu einer Ebene ansteigt, die senkrecht zu einer axialen Richtung der Einfassung liegt, bei einem Winkel mit weniger als 45°.

Als weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Rollenlagerkäfig offenbart, in welchem der Rand, an dem die äußere Peripherie der halbkreisförmigen Einfassung und die Käfiglamelle mit dem zugehörigen Passende zusammenkommen, angephast ist. Die Anphasung in den Zonen in der Nähe der Passenden ermöglichen, da sie vor dem Einschneiden des zylindrischen Käfigs in zwei Hälften geschieht, die Vorbereitung der Anphasung, sogar in Bereichen, welche sich gleichermaßen über beide der halbkreisförmigen Käfighälften erstrecken. Die Anphasung der Ränder in der Nähe der Passenden führt somit vorteilhaft zu der Vermeidung von Interferenzen an der inneren Oberfläche der Bohrung in den Stabenden der Verbindungsstange, welche andernfalls an diesen Rändern während der Rotation des Walzenlagerkäfigs auftreten würden, womit ein sanfter Umlauf des Rollenlagerkäfigs gesichert ist.

Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Rollenlagerkäfig offenbart, in dem eine Ecke, an der die axiale Endoberfläche der halbkreisförmigen Einfassung mit der äußeren Peripherie der halbkreisförmigen. Einfassung zusammentrifft, geringfügig abgerundet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Rollenlagerkäfig offenbart, in welchem der schlanke Bereich der Käfiglamellen mit einer inneren Oberfläche bestimmt ist mit einer axialen Länge, die sich über einen Bereich erstreckt, der 50 bis 80 % einer axialen Länge der Tasche ausmacht.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung offenbart einen Rollenlagerkäfig, in welchem eine geneigte Oberfläche, die den schlanken Bereich mit jedem der stärkeren Enden verbindet, derart zu einer Ebene ansteigt, die senkrecht zu dem schlanken Bereich liegt, bei einem Winkel von weniger als 45°.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung offenbart einen Rollenlagerkäfig, in welchem die äußeren Rückhaltenasen, die an den verstärkten Enden der Käfiglamelle ausgebildet sind, eine derartige Gestalt aufweisen, dass ihre radial nach außen gerichteten Spitzen bündig mit der äußeren Peripherie der Käfiglamellen abschließen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Rollenlagerkäfig, in welchem eine axiale mittlere Zone der Käfiglamelle seitlich an umfangsseitig gegenüberliegenden Wangen reduziert ist, um die Tasche in der Breite zu vergrößern.

Schließlich offenbart eine weitere Ausgestaltung der Erfindung einen Rollenlagerkäfig, in welchem der Käfig in einem von außen geführten Aufbau dargestellt ist, in welchem die äußere Peripherie an einer Bohrungsoberfläche in einem Stabende einer Verbindungsstange ausgerichtet ist.

Bei einem Rollenlagerkäfig des geteilten Typs, der entsprechend der Erfindung aufgebaut ist, wird der Vorgang der Anphasung in den Bereichen in der Nähe der Passenden der beiden Käfighälften vorbereitend zum Trennen des zylindrischen Käfigmaterials in zwei Käfighälften ausgeführt. Das oben beschriebene Bearbeitungsverfahren verhindert in vorteilhafter Weise, dass die angephasten Bereiche an ihrem Umfang beschädigt werden. Genau dadurch wird die hochpräzise Messung der angephasten Bereiche erleichtert und sichert somit das Verfahrensmanagement hinsichtlich der Materialabtragsarbeit, um die angephasten Bereiche in eine voraus gewählte Form zu bringen. Darüber hinaus ermöglicht die Anbringung von Anphasungen, die am Käfigmaterial vor dem Abtrennprozess vorgenommen werden, den Abschluss der angephasten Bereiche an der äußeren Peripherie mit hoher Genauigkeit. Nebenbei werden die angephasten Bereiche im Wesentlichen gleichmäßig ausgeführt, wodurch die Darstellung von Stößen zwischen dem angephasten; geraden Bereich und der gekrümmten Oberfläche um den Rollenlagerkäfig in eine gleichmäßig gerundete Zone auszubilden. Bearbeitung des Stoßes, an dem der abgeschrägte, gerade Bereich mit der gekrümmten Oberfläche der äußeren Peripherie mit in Form irgendeiner glatten und runden Oberfläche zusammentrifft dient besonders dazu, alles daran vorbeizuführen, was an der äußeren Peripherie des Käfigs andernfalls ungleichmäßige Kräfte verursachen könnte, die am Stoß angreifen und gegen die Bohrungsoberfläche in dem verstärkten Ende des Stabes der Verbindungsstange vorliegt, entlang der die Rollenelemente abrollen. Somit ist der geteilte Käfig der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, um die auf ihn aufgebrachten Lasten in Hochgeschwindigkeitsmaschinen zu tragen, ohne dass es zu Ausfällen bei der Abstützung kommt.

Die Trennung des zylindrischen Käfigmaterials in zwei Käfighälften wird unter Einsatz eines Elektrodrahterosionsverfahrens vollzogen, worin die Schnittfugenbreite oder die Breite des Schnittes klein ist, wodurch folglich weniger Material abzuführen ist, als bei anderen herkömmlichen Trennbearbeitungsverfahren. Somit wird vorzugsweise das Elektrodrahterosionsverfahren zur genauen Trennung des Käfigmaterials in zwei Halbkugel-/Halbkreiskäfighälften angewandt. Das Abschrägungsverfahren unter Einsatz der Drahtelektrode wird vorzugsweise zur Vereinfachung der Bearbeitungsfunktion eingesetzt, wodurch insbesondere eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung ermöglicht wird.

Der oben beschriebene Rollenlagerkäfig wiegt weniger, wodurch die äußere Peripherie des Käfigs größer ist und eine Oberflächen-Oberflächen-Kontaktspannung klein gehalten wird, welche zwischen der Bohrungsfläche in der Verbindungsstange am verstärkten Stabende und der äußeren Peripherie des Rollenlagerkäfigs auftritt, sodass die Abstützung der Lasten, welche durch die hohe Geschwindigkeit beim Umlauf auftreten ohne einen Fehler hinsichtlich der Lagerung bedient wird, wie beispielsweise eine falsche Schmierung, ein Festsetzen der Lagerung oder ähnliches.

Weitere Ziele oder Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann bei der Betrachtung der begleitenden Figuren und der folgenden Beschreibungen offenbart, worin besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung als Varianten zu verstehen sind, Modifikationen oder als Auswahl von Teilen, welche insgesamt innerhalb des Rahmens der begleitenden Patentansprüche fallen, ohne die Grenzen der Erfindung zu verlassen.

Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, wobei folgendes dargestellt ist:

1 zeigt eine Frontansicht mit der Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung eines Rollenlagerkäfigs entsprechend der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt eine Querschnittsdarstellung in Längsrichtung mit der Darstellung jeder halbkreisförmigen Käfighälfte, aufgenommen entlang der Ebene II-II entsprechend der 3, aufgenommen in der Ebene, welche senkrecht zu einer axialen Richtung des Rollenlagerkäfigs entsprechend 1 liegt,

3 zeigt eine teilweise aufgebrochene Ansicht der halbkreisförmigen Käfighälfte nach 2, aufgenommen in der Ebene I-I betrachtet aus der Sicht nach innen in der Richtung eines Pfeils E entsprechend dieser Figur,

4 zeigt eine Teilansicht in der Aufsicht einer halbkreisförmigen Käfighälfte, entsprechend 2, betrachtet in der Richtung des Pfeils F dieser Figur,

5 zeigt eine vergrößerte Teilansicht mit der Darstellung eines abgeschrägten Bereichs, eingekreist und gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen G in 1,

6 zeigt eine in der Längsrichtung betrachtete Querschnittsdarstellung mit der Darstellung des zylindrischen Käfiglagers, aufgenommen in der Ebene, welche senkrecht zu einer axialen Richtung desselben liegt, welche vorbereitend zur Trennung in zwei halbkreisförmige Käfighälften dargestellt ist, um den Rollenlagerkäfig entsprechend der Erfindung darzustellen,

7 zeigt eine vergrößerte Teilansicht mit der Darstellung eines abgeschrägten Bereichs, eingekreist und markiert mit dem Bezugszeichen H in 6,

8 zeigt eine schematische Darstellung eines abgeschrägten Bereichs an einer äußeren Peripherie des Rollenlagerkäfigs entsprechend der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Käfigmaterial, welches zur Abschrägung vorbereitet ist,

9 zeigt eine vergrößerte Teilansicht mit der Darstellung einer genauen Teilansicht, eingekreist und gekennzeichnet mit C in 3,

10 zeigt eine Vorderansicht eines bekannten Rollenlagerkäfigs zur Erklärung von abgeschrägten Bereichen, die an den halbkreisförmigen Käfighälften eingearbeitet sind.

Unter detailliertem Bezug auf die 1 bis 9 werden nun vorteilhafte Ausgestaltungen eines Rollenlagerkäfigs entsprechend der vorliegenden Erfindung erklärt werden.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung, die wie später beschrieben aufgebaut ist, ist ein Rollenlagerkäfig 1 des geteilten Typs vorhanden, der im Wesentlichen aus einem Paar von halbkreisförmigen Käfighälften 2 zusammengestellt ist und Merkmale im Zusammenbau aufweist, welche insbesondere an den Stoßenden 8 und den Bereichen in der Nähe der Enden vorliegen. Der Rollenlagerkäfig 1 ist aus einem zylindrischen Käfiglager 10 dargestellt, welches durch eine Trennfunktion in zwei Käfighälften unterteilt ist, um ein Paar von halbkreisförmigen Käfighälften 2 darzustellen. Dieses zylindrische Käfiglager 10, wie es in 6 und 7 dargestellt ist, wird an einem diametral, gegenüberliegenden, abgeschrägten Bereich 9 abgetrennt, genauer betrachtet entlang einer diametralen Ebene 11, welche an umfangsseitig mittigen Punkten liegt in Bezug auf zwei diametral gegenüberliegende Käfiglamellen 4, von denen jede doppelt ausgeführt ist, im Vergleich zu weiteren Käfiglamellen 4 in der umfangsmäßigen Breite. Jede der paarig ausgeführten, halbkreisförmigen Käfighälften 2 passt in eine Bohrung in dem Stabende der Verbindungsstange derart, dass sie gegenseitig aneinander gegen das jeweilige Gegenstück an ihren Passenden 8 anstoßen, um dabei einen Zylinder auszuformen, um den Rollenlagerkäfig 1 zu vervollständigen.

Die halbkreisförmigen Käfighälften 2 sind jeweils derart in einem Paar von halbkreisförmigen Einfassungen 3 zusammengestellt und, gegenseitig beabstandet, und derart parallel zueinander umfangsseitig erstreckt, um eine voraus gewählte axiale, intervallartige Beabstandung zwischen ihnen einzuhalten und Käfiglamellen 4, die an regelmäßigen Intervallen entlang der gekrümmten Oberfläche der Einfassungen 3 positioniert sind und integral mit den Einfassungen 3 verbunden sind, um ein Fenster oder eine Tasche 6 zwischen jeweils zwei benachbarten Käfiglamellen 4 darzustellen, in welchen ein Rollenelement 7 wie eine Nadelrolle eingebracht ist. An Passenden 8 der halbkreisförmigen Käfighälften 2 sind sowohl die Einfassung 3 als auch die Käfiglamelle 4 dargestellt, die teilweise an einer äußeren Peripherie 22 der zugehörigen halbkreisförmigen Käfighälfte 2 reduziert sind in einer Art, um eine abgeschrägte gerade Zone 9 an einer radial äußeren Ecke 5 bereitzustellen und einen Bereich in der Nähe der Ecke 5 eines Passendes 8 der halbkreisförmigen Käfighälfte 2. Darüber hinaus wird vorzugsweise die Abtragung eines Randes 23 ausgeführt, wo die radiale äußere Ecke 5 mit dem zugehörigen Passende 8 zusammentrifft zur Bildung eines abgerundeten Randes 23C.

Die Ausführung der Abschrägung an der radial äußeren Ecke 5. in der Nähe des Passendes 8 zur Ausbildung des abgeschrägten geraden Bereichs 9 geschieht an der zylindrischen Käfiglagerung 10, dargestellt in 6 vorbereitend zur Auftrennung des Lagers 10 in zwei halbkreisförmige Käfighälften 2 durch Abtrennen eines gewünschten Volumens des Materials von der äußeren Peripherie 22 des Käfiglagers 10 in einer Art, wodurch der abgeschrägte gerade Bereich 9, welcher sich axial von der Käfiglagerung 10 über eine umfangsseitige Breite mit seitlicher Symmetrie relativ zu einer diametralen Ebene 11 erstreckt, welche an einer Schnittlinie entlang des Käfiglagers 10 liegt und wo die Trennung in zwei Käfighälften geschieht. Das Volumen 12, welches von der äußeren Peripherie 22 des Käfiglagers 10 entfernt wird, wird bestimmt hinsichtlich des Betrags einer Deformation, welche in dem Rollenlager mit geteiltem Käfig 1 auftreten kann, wobei eine zentrifugale Kraft, die aufgrund des Hochgeschwindigkeitsumlaufs an dem Rollenlager mit geteiltem Käfig 1 ausgeübt wird an das verstärkte Ende des Verbindungsstabes angepasst ist usf. Die Ausbildung des geraden, abgeschrägten Bereichs 9 an dem zylindrischen Käfiglager 10 vor dem Trennprozess ermöglicht es, die beiden abgeschrägten geraden Bereiche 9 an der äußeren Peripherie des Käfiglagers 10 genau in diametral gegenüberliegender Positionen anzuordnen. Dies ermöglicht eine hochgenaue Messung des abgeschrägten Bereichs 9 in einfacher Weise und trägt dazu bei, die Durchführung des Verfahrens des Materialabtrags zu unterstützen, wodurch die abgeschrägten geraden Bereiche 9 in einer vorausgewählten Form dargestellt werden. Die an dem Käfiglager vor dem Schneidprozess ausgeführte Funktion zur Abschrägung bzw. Anphasung ermöglicht darüber hinaus den Abschluss der angeschrägten geraden Bereiche 9 an der äußeren Peripherie 22 mit hoher Genauigkeit. Nebenbei kann jeder Stoß zwischen dem abgeschrägten geraden Bereich 9 und den gekrümmten Oberflächen, welche sich über die Einfassung 3 und die Käfiglamelle 4 erstrecken, jeweils vorteilhaft als ein glatter gerundeter Bereich ausgebildet werden.

Da lediglich zwei diametral gegenüber liegende Käfiglamellen 4 eine umfangsseitige Breite aufweisen, die doppelt so groß ist wie die anderer Käfiglamellen 4 an der Stelle, wo das zylindrische Käfiglager 10 in zwei Käfighälften 2 getrennt wird, wird jeder umfangsseitige Abschluss einer Käfiglamelle 4 mit dem Passende 8 der halbkreisförmigen Käfighälfte 2 bezüglich der umfangsseitigen Breite gleich sein mit anderen Käfiglamellen 4. Bei den halbkreisförmigen Käfighälften 2, die wie oben beschrieben aufgebaut sind, treten keine tatsächlich wesentlichen mechanischen Kräfte auf, da das Passende 8 durch die Kombination der halbkreisförmigen Einfassungen 3 mit der Abschlusskäfiglamelle besteht, die eine seitliche Breite aufweist, welche nicht kleiner ist als die bei anderen Käfiglamellen 4. Die Trennung des zylindrischen Käfiglagers 10 wird unter Verwendung von beispielsweise einer Drahterosionsbearbeitungsmaschine durchgeführt. Da moderne, hoch entwickelte Drahterosionsverfahren einen dünnen Draht als Elektrode benutzen, der so klein wie beispielsweise 0,1 mm im Durchmesser ist, wird die Schnittfuge oder Breite des Schnitts klein sein, wodurch folglich weniger Material abgetragen wird, als bei anderen traditionellen Schneidbearbeitungsverfahren. Insofern ist die Drahterosionsbearbeitung ein bevorzugtes Verfahren zur genauen Aufteilung der Käfiglagerung 10 in zwei halbkreisförmige Käfighälften 2.

Die schattierten Bereiche an dem Käfiglager 10 in 8 (III) werden zunächst abgeschrägt unter Verwendung der Drahterosionsbearbeitung, um die abgeschrägten geraden Zonen 9 auszubilden, welche gegenseitig diametral gegenüberliegen. Danach wird das Käfigmaterial 10 in zwei halbkreisförmige Käfighälften 2 entlang der axialen Schneidebene 11 entsprechend 8 (IV) durch die Wirkung des Drahterosionsverfahrens unter Einsatz eines dünnen Drahtes getrennt. Gleichzeitig wird die Kante 23 zu einer runden Kante 23C unter Einsatz der dünnen Drahtelektrode geschliffen, die für eine einfache Bearbeitung sorgt, sogar wenn eine besonders hohe Bearbeitungsgenauigkeit möglich sein soll. Es wird davon ausgegangen, dass irgendeine Materialabtragsmethode anstelle der Drahterosionsbearbeitung eingesetzt werden kann, um Teile am Werkstück abzuschrägen, insbesondere an der äußeren Peripherie des Käfiglagers 10 und den Kanten 23 der halbkreisförmigen Käfighälften 2.

Entsprechend 5, in der ein abgeschrägter Bereich wie in 1 eingekreist und mit G bezeichnet, vergrößert dargestellt wird, kann der gerade, abgeschrägte Bereich 9 genau abgeschlossen werden durch die Entfernung eines speziellen Teils mit dem Bezugszeichen 12 aus der äußeren Peripherie 22 des Käfiglagers 10, derart, dass eine im Wesentlichen gerade Oberfläche erzeugt wird. Weiterhin wird, während eine Grenze 9c an der der abgeschrägte gerade Bereich 9 mit der gekrümmten Oberfläche der äußeren Peripherie 22 zusammenläuft die Kante 23 jeweils durch glatte und runde Oberflächen ausgeführt, wobei der abgeschrägte Bereich, der das Passende 8 trifft, so bearbeitet ist, dass er einer sanft gerundeten Kante 23C ausläuft und nicht mit einer scharfen Kante. Bei dem Teilkäfig 1, der wie oben beschrieben bearbeitet ist, tritt normalerweise bei der äußeren Peripherie 22 des Käfigs 1 kein ungleichmäßig angedrückter Sitz an den Grenzen 9C gegen die Bohrungsoberfläche in dem verstärkten Endstück der Stange auf, entlang der die Kugeln rollen. Damit ist der Teilkäfig der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, dass wirksam die Lasten getragen werden, welche bei heutigen Hochgeschwindigkeitsmaschinen auftreten, ohne Fehler an der Lagerung wie beispielsweise Ölverlust an den Passenden 8 oder an einem Bereich in der Nähe der Enden.

Die Käfiglamelle 4 entsprechend 3 ist derart angeordnet, dass ihre radial äußere Oberfläche 22P mit der äußeren Peripherie 22 der halbkreisförmigen Einfassungen 3 fluchtend abschließt, sodass die Käfiglamelle in gleicher Ebene wie die äußere Peripherie 22 des halbkreisförmigen Randes 3 über die gesamte Länge davon gehalten wird. Die Käfiglamelle 4 weist ebenso eine radial innere Oberfläche 24 auf, die an einem axial mittleren Bereich abgesenkt ist, um eine Aussparung 19 zu bilden, die sich in der Tiefe radial nach außen hin über einen Teilkreisdurchmesser D für die aufeinander folgenden Rollen 7 erstreckt oder einen Abstand D über den Teilkreis an den diametral gegenüberliegenden Rollen 7 und in axialer Länge kürzer ist als die zugehörige Tasche 6. Die Darstellung der Aussparung 19 an der inneren Oberfläche 24 der Käfiglamelle 4 resultiert in einer Verjüngung der Käfiglamelle 4 in dem mittleren Bereich 14 derselben, wobei die axial gegenüberliegenden Enden 13 ihre Stärke behalten. Umfangsseitig gegenüberliegende Wangen der stärkeren Enden 13 definieren das Fenster oder die Tasche 6 und stellen gleichzeitig die Führungsoberflächen 18 dar, auf denen die Rollen 7 abrollen.

An den stärkeren Enden 13 der Käfiglamelle 4 sind äußere Rückhaltenasen 15 vorhanden, die in die Tasche 6 hineinragen, um das Rollenelement 7 gegen Herausfallen nach außen hin aus der zugehörigen Tasche 6 zu bewahren und innere Rückhaltenasen 16, welche ebenso in die Tasche 6 hineinragen, um das Rollenelement 7 gegen Herausfallen nach innen aus der zugehörigen Tasche zu bewahren. Die inneren Rückhaltenasen 16 werden durch die Einprägung von Nuten 28 an der inneren umfangsseitigen Oberfläche 24 der Käfiglamelle 4 hergestellt unter Verwendung von beispielsweise Rändelwerkzeugen usf., um das verdrängte Material in die zugehörige Tasche 6 fließen zu lassen. Weiterhin sind die äußeren Rückhaltenasen 15 an den stärkeren Enden 13 der Käfiglamelle 4 derart gestaltet, dass ihre radial äußeren Spitzen bündig mit der äußeren Peripherie 22 der Käfiglamelle 4 abschließen.

Entsprechend der 3 und 9 wird der verjüngte Bereich 14 der Käfiglamelle 4 durch eine innere Oberfläche 24T einer axialen Länge Bj bestimmt, welche sich über einen Bereich von 50 % bis 80 % erstreckt, vorzugsweise ungefähr 60 %, wie es hier dargestellt ist, einer axialen Länge Bp der Tasche 6. Auf der inneren peripheren Oberfläche 24 des Käfigs ist eine schräge Oberfläche 20 angesetzt, die den verjüngten Bereich 14 und jedes der breiteren Enden 13 verbindet, um bis zu einer Ebene abzufallen, die senkrecht auf dem verjüngten Bereich 14 steht, mit einem Winkel (&thgr;2/2) geringer als 45°. Vorzugsweise ist der Winkel (&thgr;2/2) auf 30° eingestellt. Ein ringförmiger Rand, an dem die innere periphere Oberfläche 28 mit dem jeweiligen Ende der axial gegenüberliegenden Endoberflächen 25 der halbkreisförmigen Einfassungen 3 zusammentrifft ist angephast bzw. abgeschrägt bis zu einer Tiefe, die ein Drittel der axialen Stärke der zugehörigen Einfassung 3 ausmacht, um eine schräge, ringförmige Oberfläche 21 auszubilden, die bis zu einer Ebene abfällt, welche senkrecht auf einer axialen Richtung der Einfassung 3 ist mit einem Winkel &thgr;, welcher kleiner als 45° ist. Dies bedeutet, dass die angestellte schräge Oberfläche 21 auf der halbkreisförmigen Einfassung 3 an einer ringförmigen Linie auf der inneren Peripherie der halbkreisförmigen Einfassung 3 beginnt, welche beabstandet ist von einer axial inneren Endebene, die senkrecht zu der axialen Richtung liegt, bei zwei Drittel des axialen Abstandes der halbkreisförmigen Einfassung 3. Die Kante 23, an der die zu der axialen Richtung senkrechte Endoberfläche mit der äußeren Peripherie 22 des halbkreisförmigen Randes 3 zusammentrifft, ist geringfügig gerundet. Es sei angemerkt, dass die Kante 23, an der die Endoberfläche senkrecht zu der axialen Richtung liegt, mit der äußeren Peripherie 22 der halbkreisförmigen Einfassung 3 zusammentrifft, in dem Maß gerundet sein sollte, dass dort keine Störungen oder Einwirkungen mit einer Kante R des mit der Kurbelwelle integralen Kurbelzapfens auftritt, der mit der gerundeten Kante 23 zusammenpasst.

Weiterhin ist ein axial mittlerer Bereich der Käfiglamelle 4 seitlich an umfangsmäßig gegenüberliegenden Wangen reduziert, um die Tasche 6 in der Breite bei 17 zu erweitern, wodurch ein Zufluss von Schmieröl eingerichtet ist. Dieser Aufbau trägt zu einer leichteren Schmierölführung um die Rollenelemente bei. Eine ringförmige Kante 26 ist dort geringfügig abgerundet, wo die axiale Endoberfläche 25 mit der äußeren Peripherie 22 der halbkreisförmigen Einfassung 3 zusammentrifft.

Ein Paar von halbkreisförmigen Käfighälften 2 wird dargestellt mit den Käfiglamellen 4 und halbkreisförmigen Randzonen/Einfassungen 3, welche wie oben beschrieben, aufgebaut sind. Nur der Zusammenbau der halbkreisförmigen Käfighälften 2, wobei die Passenden 8 mit ihren Gegenstücken aneinander stoßen, kann den Rollenlagerkäfig 1 darstellen, welcher von geringem Gewicht ist und die äußere Peripherie 22 des Käfigs 1 in seiner Größe verstärkt. Der Rollenlagerkäfig 1, der, wie oben beschrieben, vollständig aufgebaut ist, ist klein ausgelegt hinsichtlich der Oberflächen-Oberflächen-Kontaktspannung, die zwischen der Bohrungsoberfläche in dem verstärkten Ende der Verbindungsstange und der äußeren Peripherie 22 des Rollenlagerkäfigs 1 vorhanden sind, aufgrund der zentrifugalen Kraft, welche durch die hohe Drehzahl verursacht wird, womit dieser in der Lage ist, die aufgebrachten Lasten bei entsprechend hoher Drehzahl zu tragen, ohne dass Lagerschäden aufträten wie falsche Schmierung, Festsetzen von Lagern o. ä. Die Rollenelemente 7 können betriebssicher mit weniger Anschrägung wegen der zugehörigen Führungsoberflächen 18 an den umfangsseitig gegenüberliegenden Wangen der starken Enden 13 dargestellt werden. Zusätzlich werden die Rollenelemente 7 vor direktem Kontakt gegen die Käfiglamellen bewahrt, da die stärkeren Enden 13 der Käfiglamelle 4 mit der äußeren und inneren Rückhaltenase 13, 15 ausgestattet sind, dies sogar wenn die Führungsoberflächen 18 teilweise abgenutzt sind. Es gibt keine Möglichkeit, dass die Rückhaltenasen 15, 16 zu irgendeiner Störung führen können. Die Rollenelemente 7 können, da sie gegen Herausfallen nach außen aus dem Rollenlagerkäfig 1 gesichert sind, leicht gehandhabt oder betrieben werden, obwohl der Käfig 1 in zwei paarige, halbkreisförmige Käfighälften 2 unterteilt ist.

Der Rollenlagerkäfig, der wie beschrieben aufgebaut ist, wiegt weniger und tritt aufgrund der Führungsoberfläche in Konkurrenz zu bekannten Rollenführungsflächen. Der Rollenlagerkäfig der vorliegenden Erfindung ist weiterhin so aufgebaut, dass die Steifigkeit der halbkreisförmigen Einfassung 3 verbessert ist, insbesondere ist das Elastizitätsmodul eines längs gestreckten Abschnittes erhöht und verstärkt weiterhin bereichsweise die äußere Peripherie des Rollenlagerkäfigs 1, Somit stellt die vorliegende Erfindung einen Rollenlagerkäfig bereit, der Lasten tragen kann, die einen sehr hohen Druck erzeugen, in hochdrehenden Motoren eingesetzt wird, unabhängig davon, dass er in zwei Käfighälften aufgeteilt ist.

Der Rollenlagerkäfig 1, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird entsprechend der folgenden Schritte hergestellt:

  • 1. Es wird ein beliebiges Material wie beispielsweise ein rohrförmiges Element usf. in eine vor ausgewählte Konfiguration gebracht, sodass ein zylindrisches Element zur Bearbeitung bereit steht;
  • 2. das sich ergebende zylindrische Element ist mit Taschen 7 durch entsprechende Pressverfahren hergestellt;
  • 3. das zylindrische Element wird dann mittels Prägevorgängen mit außenseitigen und innenseitigen Rückhaltenasen versehen;
  • 4. das zylindrische Element wird an den axial gegenüberliegenden Endoberflächen Schleifverfahren unterzogen, um eine vor ausgewählte axiale Länge aufzuweisen;
  • 5. das zylindrische Element wird an seiner äußeren Peripherie grob entgratet;
  • 6. das entgratete zylindrische Element wird einer Wärmebehandlung unterzogen;
  • 7. das zylindrische Element wird an seiner äußeren Oberfläche fertig gestellt mittels einer Schleiffunktion;
  • 8. das zylindrische Element wird zuerst an speziellen Bereichen auf der äußeren Peripherie, wo das zylindrische Element in zwei Hälften aufgeteilt wird, angeschrägt und dann in die zwei Hälften mittels einer Schleidfunktion mit Drahterosionsbearbeitung getrennt, um ein Paar von halbkreisförmigen Käfighälften 2 darzustellen;
  • 9. die getrennten zwei Hälften werden gesäubert, um sämtliche unregelmäßigen Kanten zu entfernen, die durch die Drahterosionsbearbeitungsfunktion entstanden sind;
  • 10. die halbkreisförmigen Käfighälften 2 werden Oberflächenbehandlungen unterworfen, indem die gesamten Oberflächen der halbkreisförmigen Käfighälften 2 plattiert werden; und
  • 11. die Rollenelemente 7 werden jeweils in die zugehörigen Taschen 6 der äußeren halbkreisförmigen Käfighälften 2 eingepasst, indem sie mit elastischer Verformung der äußeren Rückhaltenasen eingeschnappt werden.


Anspruch[de]
Rollenlagerkäfig, in welchem ein zylindrischer Käfig (10) entlang jeder diametralen Fläche in ein Paar von zwei halbkreisförmigen Käfighälften (2) gespalten ist, welche gegenüberliegend angeordnet sind und welche mit ihren Pass-Enden (8) in gegenseitigen Kontakt kommen, worin die halbkreisförmigen Käfighälften (2) jeweils aus halbkreisförmigen Einfassungen (3) aufgebaut sind, welche axial gegenseitig beabstandet voneinander angeordnet sind und sich am Umfang parallel zueinander erstrecken, und Käfiglamellen (4), die zwischen den halbkreisförmigen Einfassungen (3) in gleichmäßigen Intervallen an gekrümmten Oberflächen der Einfassungen (3) positioniert sind und integral mit den Einfassungen (3) ausgebildet sind, um eine Tasche (6) zwischen jeweils zwei benachbarten Käfiglamellen (4) zu bilden und worin eine Walze (7) drehbar aufgenommen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die halbkreisförmigen Käfighälften (2) angefast sind an äußeren Umfangsbereichen (5) in der Nähe der Pass-Enden (8), um angefaste ebene Bereiche (9) zu bilden; und dass die angefasten ebenen Bereiche (9) an den äußeren Umfangsbereichen (5) annähernd senkrecht auf den Pass-Flächen (8) der halbkreisförmigen Käfighälften (2) stehen und ebenso in Flächen liegen, welche sich parallel zueinander diametral gegenüberliegend erstrecken. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin die Käfiglamelle mit dem Pass-Ende (8) annähernd gleich ist in Kreisumfangsbreite mit anderen Käfiglamellen (4). Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin die Käfiglamellen (4) mit ihren äußeren Oberflächen (22P) bündig zu den äußeren Peripherien (22) der Einfassungen (3) liegen. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin die Käfiglamelle (4) eine innere Oberfläche (24T) aufweist, die in einem axial mittleren Bereich eingelassen ist zur Bildung einer Aussparung (19), welche sich in der Tiefe radial nach außen hin über einen Durchmesser (D) über einen Teilkreis auf den Walzen (7) erstreckt und in axialer Länge (Bp) kleiner ist als die Tasche (6), so dass die Käfiglamelle (4) schlanker ausgebildet ist an dem mittleren Bereich (14) auf Grund der Aussparung (19), wobei axial gegenüberliegende Enden (13) in ihrer Stärke belassen sind und umfangsseitig gegenüberliegende Seitenwände der stärkeren Enden (13) stellen Führungsoberflächen (18) dar, auf welchen die Walze (7) abrollt. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 4, worin die stärkeren Enden (13) der Käfiglamellen (4) außerhalb der Rückhaltenasen (15) angebracht sind, die in die Tasche (6) hervorragen, um die Walze (7) gegen Herausfallen aus der zugehörigen Tasche (6) zu bewahren, und innere Rückhaltenasen (16), die ebenfalls in die Tasche (6) hineinragen, um die Walze (7) gegen Herausfallen nach innen aus der zugehörigen Tasche (6) zu bewahren. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 4, worin ein ringförmiger Vorsprung (23), wo die innere periphere Oberfläche (24) und jedes Ende der axial gegenüberliegenden Endoberflächen (25) der halbkreisförmigen Einfassungen (3) zusammen kommen, angefast ist bis in eine Tiefe, die bis zu einem Drittel einer axialen Stärke der zugehörigen Einfassung (3) reicht, um eine geneigte ringförmige Oberfläche (21) auszubilden, die bis zu einer Ebene ansteigt, die senkrecht zu einer axialen Richtung der Einfassung (3) liegt mit einem Winkel (&thgr;1) mit weniger als 45°. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin der Vorsprung (23), wo die äußere Peripherie (22) der halbkreisförmigen Einfassung (3) und die Käfiglamelle (4) mit dem zugehörigen Passende (8) zusammenkommen angefast ist. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin ein Vorsprung (26), wo die axiale Endoberfläche (25) der halbkreisförmigen Einfassung (3) mit der äußeren Peripherie (22) der halbkreisförmigen Einfassung (3) zusammentrifft geringfügig gerundet ist. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 4, worin der schlanke Bereich (14) der Käfiglamelle (4) derart bestimmt ist, dass er eine innere Oberfläche (24T) aufweist mit einer axialen Länge (Bj), welche sich über einen Bereich von 50 % bis 80 % einer axialen Länge (Bp) der Tasche (6) erstreckt. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 4, worin eine geneigte Oberfläche (20), die den schlanken Bereich (14) und jedes der stärkeren Enden (13) verbindet, derart zu einer Ebene ansteigt, die senkrecht zu dem schlanken Bereich (14) liegt, mit einem Winkel (&thgr;2/2) mit weniger als 45°. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 5, worin die äußeren Rückhaltenasen (15), die an den verstärkten Enden (13) der Käfiglamelle (4) ausgebildet sind, eine derartige Gestalt aufweisen, dass ihre radial nach außen gerichteten Spitzen bündig mit der äußeren Peripherie (22) der Käfiglamellen (4) sind. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin ein axial mittlerer Bereich der Käfiglamelle (4) seitlich an umfangsseitig gegenüberliegenden Wangen reduziert ist, um die Tasche (6) in der Breite zu vergrößern (17). Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, worin der Käfig in einem von außen führbaren Aufbau dargestellt ist, in welchem die äußere Peripherie (22) geführt ist an einer Bohrungsoberfläche in einem Stabende einer Verbindungsstange.






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