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Dokumentenidentifikation DE102005039752A1 22.03.2007
Titel Schalteinrichtung mit Schaltgabel und Schaltarretierung
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Pechtl, Volker, Dipl.-Ing. (FH), 92224 Amberg, DE;
Krämer, Klaus, 91460 Baudenbach, DE
DE-Anmeldedatum 23.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005039752
Offenlegungstag 22.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.03.2007
IPC-Hauptklasse F16H 63/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 63/38(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung (29) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer eine Umfangsnut (25) aufweisenden Schiebemuffe (8) und einer einen gabelförmigen Grundkörper (5) mit Gabelenden (12, 13) sowie eine Nabe (3) aufweisenden Schaltgabel (1), wobei die Nabe (3) eine Aufnahme (4) aufweist, über welche die Schaltgabel (1) auf einer Schaltstange (31) geführt ist, und wobei in der Nabe (3) eine Schaltarretierung (15) angeordnet ist, über welche die die Schaltgabel (1) tragende Nabe (3) in unterschiedlichen Schaltpositionen auf der Schaltstange (31) verrastbar ist, wobei die Schaltarretierung (15) zumindest ein Gehäuse (16) mit einem Gehäuseboden (17) und Gehäusewänden (18, 19) aufweist und im montierten Zustand mit ihrem von der Schaltstange (31) abgewandten Ende (32) in die Umfangsnut (25) der Schiebemuffe (8) eingreift.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer eine Umfangsnut aufweisenden Schiebemuffe und einer einen gabelförmigen Grundkörper sowie eine Nabe aufweisenden Schaltgabel, wobei die Nabe eine Aufnahme aufweist, über welche die Schaltgabel auf einer Schaltstange geführt ist, und wobei in der Nabe eine Schaltarretierung angeordnet ist, über welche die die Schaltgabel tragende Nabe in unterschiedlichen Schaltpositionen auf der Schaltstange verrastbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Schalteinrichtungen für Zahnräderwechselgetriebe weisen häufig ein Schaltelement in Form einer Schaltgabel auf, welche mit einer Schaltstange bzw. einer Schaltwelle verbunden ist. Die Schaltgabel greift formschlüssig in eine Schiebemuffe einer Synchronisiereinrichtung, mit der über Kuppelelemente Losräder mit der Haupt- oder Vorlegewelle kuppelbar sind. Viele der in Schalteinrichtungen eingesetzten Schaltgabeln sind drehstarr mit der Schaltstange verbunden. Alternativ dazu kann eine als Schaltschwinge gestaltete Schaltgabel axial verschiebbar und/oder verdrehbar zu der Schaltstange angeordnet werden. Die Betätigung der Schaltgabel erfolgt mittels eines Schaltfingers, der formschlüssig in ein mit der Schaltgabel verbundenes Schaltmaul eingreift und eine Verschiebung der Schaltgabel ermöglicht. Die geschalteten Gänge und die Neutralstellung werden mittels einer Schaltarretierung gehalten, welche die Positionen der Schaltgabel durch ein Zusammenwirken mit einem meist an der Schaltstange angeordneten Rastgebirge fixiert.

Zunehmend gewinnen aus Blech hergestellte Schaltgabeln an Bedeutung, da diese sich kostengünstig und materialsparend herstellen lassen. Der Grundkörper der betrachteten Schaltgabeln ist zumeist ein durch Kaltumformen von Blech hergestelltes Formteil. Das Formteil ist gabelförmig mit zwei zueinander beabstandeten Gabelenden ausgeführt. Mit der Schaltstange ist die Schaltgabel in der Regel über eine Nabe verbunden, welche häufig als zylindrische Führung ausgebildet ist und eine meist als koaxiales Führungsloch ausgebildete Aufnahme aufweist, mit der die Nabe auf der Schaltstange befestigt ist. Anstatt einer Schaltstange kann auch eine Schaltschiene oder ein ähnliches Schaltglied verwendet werden.

Eine Schaltgabel dieser Art ist beispielsweise in der DE 103 09 407 A1 offenbart. Die Schaltgabel besteht aus einer Nabe und aus einem Grundkörper, wobei die Verbindung zwischen beiden über eine Basis hergestellt wird. Die Basis ist als Verbindungsglied zwischen dem Grundkörper und der Nabe als Versteifungsglied für die Anbindung vorgesehen. Sie kann einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Derartige Schaltgabeln lassen sich materialsparend und kostengünstig herstellen, weisen aber wegen ihrer geringen Materialstärke Festigkeitsprobleme auf. Ihre Steifigkeit wird daher durch geeignete geometrische Umformungen wie beispielsweise Rippen oder Sicken verstärkt. Eine Schiebemuffe wird häuftig durch die Gabelenden geführt, wodurch beim Verschieben der Schiebemuffe besonders in den Kontaktbereichen hohe Kräfte auftreten, weswegen die Gabelenden durch Gleitschuhe verstärkt sind. Dennoch ist die Blechschaltgabel hoch belastet. Zudem ist die Anzahl der Einzelteile relativ hoch, wie auch der Aufwand für die Herstellung der Schaltgabeln. Aufgrund von Positionierungstoleranzen zwischen den Einzelteilen vor dem Fügen müssen die Bauteile zudem aufwendig gerichtet und auf ihre Funktionsmaße justiert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltgabel zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe ist nach den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Nach Anspruch 1 ist eine Schaltarretierung mit der Schaltgabel verbunden, weist zumindest ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und Gehäusewänden auf. Der Gehäuseboden steht in vorteilhafter Weise radial aus dem Grundkörper hervor, und Die Schaltarretierung greift im montierten Zustand mit ihrem von der Schaltstange abgewandten Ende in die Umfangsnut ein.

Der Schaltarretierung kommt erfindungsgemäß neben der Sicherung der Schaltstellung als zweite Funktion zu, zusammen mit den Gabelenden die Schiebemuffe zu führen. Sie bildet damit einen dritten Abstützpunkt, was die Krafteinleitung von dem Grundkörper in die Schiebemuffe verbessert. Die auftretenden Kräfte sind somit geringer, und die Schaltgabel kann deswegen aus entweder noch dünnerem Material geformt werden, bzw. bedarf nicht einer komplexen geometrischen Formung, um die auftretenden Kräfte sicher abzuleiten. Die Gabelenden können dabei mit Gleitschuhen aus einem Material versehen sein, das einen geeigneten Reibpartner für die Schiebemuffe darstellt. In vorteilhafter Weiterbildung ist das Gehäuse der Schaltarretierung aus dem gleichen Material wie die Gleitschuhe geformt, oder aber der Gehäuseboden ist von einem Arretierungsgleitschuh eingefasst, der in vorteilhafter Weise aus einem ähnlichen Material wie die Gleitschuhe besteht.

Die Gleitschuhe der Schaltgabelenden sind vorzugsweise aus Messingblech gefertigt und mittels eines Schweißverfahrens an der Schaltgabel befestigt. Sie können aber auch formschlüssig mit der Schaltgabel verbunden sein, indem beispielsweise ein Messingblech gemeinsam mit dem Blech, das zur Schaltgabel umgeformt wird, in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und mit dem Blech zur Schaltgabel umgeformt wird. Der Gleitschuh der Schaltarretierung kann ebenfalls durch gleichzeitiges Umformen oder beispielsweise durch Umspritzen hergestellt werden.

Anstatt mit einem Arretierungsgleitschuh kann auch in einfacher Weise das von der Schaltstange abgewandte Ende der Schaltarretierung zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen sein. Dies ist besonders geeignet für den Fall, dass die Schaltarretierung im Normalzustand von der Umfangsnut durch einen Spalt beabstandet ist. Sie steht dann nicht im ständigen Kontakt mit der Schiebemuffe, und unerwünschte Schwingungen können nicht auf sie übertragen werden und damit ihre Haltbarkeit beeinträchtigen. Obschon die Auslegung der Größe des Spalts schaltkraftabhängig erfolgt, hat sich ein Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm besonders bewährt.

Die erfinderische Anordnung der Schaltarretierung ist besonders vorteilhaft für eine Schaltgabel, deren Grundkörper spanlos durch Kaltumformen hergestellt ist. In diesem Fall wird Material verwendet, das eine relativ dünne Stärke aufweist und nach den aufzunehmenden Kräften dimensioniert sein muss. Die durch die Schaltarretierung verringerten Kraftspitzen innerhalb des Grundkörpers ermöglichen die Verwendung von noch dünnerem Material, weswegen die Schaltgabel günstiger herstellbar ist und ein geringes Gewicht aufweist. Diese Vorteile kommen auch dann zum Tragen, wenn der Grundkörper und die Nabe oder Teile davon einteilig ausgebildet sind. Gemäß Anspruch 5 ist es besonders günstig, den Spalt größer als das Spiel der Gleitschuhe der Gabelenden zu wählen. In diesem Fall wird bei normaler Bedienung der Schalteinrichtung die Schiebemuffe über die Gabelenden geführt. Bei Missbrauch oder besonders hohen Kräften verformt sich die Blechschaltgabel leicht, so dass dann die Schaltgabel zusätzlich über die Schaltarretierung abgestützt und somit stabilisiert wird. Die Erfindung ermöglicht es damit günstigere Toleranzauslegungen, wodurch letztlich Material und damit Gewicht und Kosten eingespart werden können.

Gemäß Anspruch 6 sind die Nabe und der Grundkörper miteinander mittels einer Schaltarretierung zentriert. Dabei werden die Bauteile Nabe und Grundkörper mit der Schaltarretierung verstiftet und positioniert. Die Nabe ist dabei nicht notwendigerweise als kreiszylindrische Hülse ausgebildet, vielmehr ist ihre Aufnahme der Schaltstange angepasst, wobei ihre äußere Form nahezu beliebig ist.

Die Schaltarretierung besteht in der Regel aus einem Gehäuse, in dem eine Rastkugel zumindest axial beweglich ist, welche durch eine Federkraft vorgespannt gehalten wird. In diesem Fall dient das Gehäuse zum Verstiften von Nabe und Grundkörper. Das Gehäuse der Schaltarretierung besteht aus einem der Rastkugel gegenüberliegenden Gehäuseboden sowie Gehäusewänden. Die Rastkugel der Schaltarretierung wirkt mit einem Rastgebirge, das auf der Schaltstange angeordnet ist, zusammen, wobei die Rastausnehmungen des Rastgebirges die Neutralstellung bzw. die Stellung der geschalteten Gänge markieren.

In Schaltanordnungen des Standes der Technik ist die Schaltarretierung separat von der Schaltgabel angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Schalteinheit insgesamt kompakter, verringert also den notwendigen Bauraum und ermöglicht somit flexiblere Anordnungen im Getriebe, andererseits dient das bisher funktionslose Gehäuse zum Verbinden von Nabe und Schaltgabel.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Nabe als zylindrische Führung und mit einem Haltering versehen. Der Haltering eignet sich hervorragend für die Anbindung des Grundkörpers an die Nabe, indem bei der Montage die Rippen des Grundkörpers im Bereich der Basis zumindest teilweise über den Haltering geschoben werden und dann eine formschlüssige Verbindung durch beispielsweise Punktschweißen hergestellt werden kann. Die Herstellung der Einzelteile ist besonders einfach, und zusätzliche Schweißnähte können entfallen. Die Schaltarretierung ist in der Ebene des Halterings und der Gabelenden angeordnet, wobei sie radial von der Nabe weg weisend in Richtung der Gabelenden orientiert ist und zu beiden Gabelenden den gleichen Abstand aufweist.

Nach Anspruch 8 verstiftet das Gehäuse der Schaltarretierung die Nabe, den Haltering und den Grundkörper. Dabei ist die Verbindung vorteilhaft als Pressverband ausgelegt. Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung eine kompaktere Bauweise der Schalteinrichtung, reduziert ihr Gewicht und erspart durch ihr Zentrieren der Bauteile aufwendiges Fügen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltgabel in perspektivischer Schrägansicht;

2 eine Aufsicht der Schaltgabel nach 1;

3 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Schaltgabel nach 2 entlang III-III;

4 einen Längsschnitt der Schaltgabel nach 1 in der Ebene der Schaltarretierung;

5 eine vergrößerte Darstellung der Schaltarretierung und ihrer Einbaulage nach 3 und

6 eine vergrößerte Darstellung der Schaltarretierung und ihrer Einbauposition nach 4.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Das Ausführungsbeispiel einer Schaltgabel 1 gemäß 1 weist einen Grundkörper 5 auf, der über einen Haltering 6 mit einer Nabe 3 verbunden ist. Die Nabe 3 weist eine Aufnahme 4 auf, durch welche eine nicht dargestellte Schaltstange geführt ist. Weiterhin ist an der Nabe 3 ein Schaltarm 2 mit einem Schaltmaul 13 befestigt, in das ein Schaltfinger oder ein ähnliches Schaltglied eingreift, um die Schaltgabel zu bewegen.

Der Grundkörper 5 weist eine Basis 24 auf, über welche der Grundkörper 5 mit dem Haltering 6 verbunden ist, wobei die Basis 24 in zwei gabelförmig auslaufende Gabelenden 12, 13 mündet, die mit Gleitschuhen 7 versehen sind. Die Gleitschuhe 7 greifen dabei in eine Umfangsnut 25 einer Schiebemuffe 8, so dass bei einer Verschiebung der Schaltgabel 1 die Schiebemuffe 8 mitbewegt wird. Um die dabei auftretenden Kräfte sicher aufnehmen zu können, ist die spanlos hergestellte und aus Blech umgeformte Schaltgabel 1 mit Rippen 9, 10 versehen. Die Umfangsnut 25 muss dabei nicht zwingend umlaufend sein, Nuten, welche nur im Bereich der Gabelenden 12, 13 und der Schaltarretierung 15 vorhanden sind, erfüllen den gleichen Zweck.

Wie 2 zeigt, erfolgt das Verschieben der Schaltgabel entlang der Schaltstangenmittelachse 11. Bei Schaltgabeln im Stand der Technik erfolgt die Kraftübertragung auf die Schiebemuffe 8 allein über die Gleitschuhe 7.

Aus 3 ist ersichtlich, dass sich erfindungsgemäß die Schaltgabel 1 zusätzlich über eine Schaltarretierung 15 an der Schiebemuffe 8 abstützt. Dabei ist die Schaltarretierung 15 raumsparend in den Schaltgabel-Schiebemuffen-Verbund integriert. Sie steht dabei senkrecht zur Achse, auf welcher die Schiebemuffe 8 bewegt wird, und senkrecht zur Schaltstangenmittelachse 11. Die Schaltarretierung 15 weist ein Gehäuse 16 auf, das aus einem Gehäuseboden 17 und Gehäusewänden 18, 19 besteht. Durch das Gehäuse 16 wird eine Rastkugel 21 geführt, welche durch eine Feder 20 innerhalb der Schaltarretierung 15 vorgespannt ist. Wird nun die Schaltgabel 1 mittels eines nicht dargestellten Schaltfingers bewegt, so stellt das Gehäuse 16 der Schaltarretierung 15 gleichsam ein Abstützelement dar, über welchen sich die Schaltgabel 1 an der Schiebemuffe 8 abstützen kann. Damit verkippt die Schaltgabel 1 weniger, und die Belastungen innerhalb des Grundkörpers 5 sind geringer, weshalb sich dünneres Blech zur Fertigung verwenden lässt. Dies wiederum hat sowohl Material- als auch Gewichtsersparnis zur Folge.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse 15, speziell der Gehäuseboden 17, mit einer Gleitschicht 27 oder einem Gleitschuh 28 umgeben, vorzugsweise mit einer Gleitschicht 27 aus demselben Material, wie es die Gleitschuhe 7 sind. Dazu wird beispielsweise das Gehäuse 16 der Schaltarretierung 15 mit Messing umspritzt. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Gehäuseboden 17 ebenfalls mit einem entsprechend komplementär geformten Gleitschuh 28 zu versehen. Dieser die Schaltarretierung 15 umgebende Gleitschuh 28 erstreckt sich in radialer Richtung über den Grundkörper 5 hinaus.

Erfindungsgemäß erfüllt die Schaltarretierung 15 eine weitere Funktion, welche aus den 4 und 6 hervorgeht. Insbesondere wenn die Nabe 3, der Haltering 6 und/oder der Grundkörper 5 als Einzelteile hergestellt sind, ist es erforderlich, sie miteinander zu verbinden. Erfindungsgemäß erfüllt diese Aufgabe die Schaltarretierung 15, indem sie die vorgenannten Teile zentriert. In besonders vorteilhafter Weise sind die Nabe 3, der Haltering 6 und der Grundkörper durch die Schaltarretierung 15 verstiftet. Dabei werden die einzelnen Verbindungen 26 als Pressverband 22 ausgelegt. Dadurch entfällt das Verschweißen dieser Bauteile untereinander.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltgabel 1 stellt eine Schaltarretierung 15 dar, die mit ihrem Gehäuse 16 in eine Umfangsnut 25 einer Schiebemuffe 8 eingreift, wobei zwischen Schiebemuffe 8 und Gehäuse 16 ein Spalt 23 verbleibt. Bei einer derartigen Anordnung der Schaltarretierung 15 stützt sich im Normalbetrieb die Schiebemuffe 1 über die Gleitschuhe 7 an der Schiebemuffe 8 ab. Werden die Kräfte jedoch besonders hoch etwa bei Missbrauch oder besonders hohen Drehzahldifferenzen, so verbiegt sich eine aus Blech hergestellte Schaltgabel 1. Überschreitet dieses Verbiegen eine vorgegebene Toleranz, die der Breite des Spalts 23 entspricht, so kann sich die Schaltgabel 1 in diesen Fällen zusätzlich über das Gehäuse 16 der Schaltarretierung 15 abstützen. In diesem Fall ist es auch möglich, auf eine das Gehäuse 16 umgebende, Aufwand und damit Kosten verursachende Gleitschicht 27 zu verzichten, weil dieser Überlastfall eine Ausnahmesituation darstellt.

1
Schaltgabel
2
Schaltarm
3
Nabe
4
Aufnahme
5
Grundkörper
6
Haltering
7
Gleitschuh
8
Schiebemuffe
9
Rippe
10
Rippe
11
Schaltstangenmittelachse
12
Gabelende
13
Gabelende
14
Schaltmaul
15
Schaltarretierung
16
Gehäuse
17
Gehäuseboden
18
Gehäusewand
19
Gehäusewand
20
Feder
21
Rastkugel
22
Pressverband
23
Spalt
24
Basis
25
Umfangsnut
35 26
Verbindung
27
Gleitschicht
28
Arretierungsgleitschuh
29
Schalteinrichtung
30
Spiel
40 31
Schaltstange
32
von der Schaltstange abgewandtes Ende


Anspruch[de]
Schalteinrichtung (29) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer eine Umfangsnut (25) aufweisenden Schiebemuffe (8) und einer einen gabelförmigen Grundkörper (5) mit Gabelenden (12, 13) sowie eine Nabe (3) aufweisenden Schaltgabel (1), wobei die Nabe (3) eine Aufnahme (4) aufweist, über welche die Schaltgabel (1) auf einer Schaltstange (31) geführt ist, und wobei in der Nabe (3) eine Schaltarretierung (15) angeordnet ist, über welche die die Schaltgabel (1) tragende Nabe (3) in unterschiedlichen Schaltpositionen auf der Schaltstange (31) verrastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltarretierung (15) zumindest ein Gehäuse (16) mit einem Gehäuseboden (17) und Gehäusewänden (18, 19) aufweist und im montierten Zustand mit ihrem von der Schaltstange (31) abgewandten Ende (32) in die Umfangsnut (25) der Schiebemuffe (8) eingreift. Schalteinrichtung (29) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arretierungsgleitschuh (28) das von der Schaltstange (31) abgewandte Ende (32) der Schaltarretierung (15) umfasst. Schalteinrichtung (29) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Gehäuseboden (17) und ein Teil der von der Kopplungseinrichtung (3) wegweisenden Gehäusewände (18, 19) der Schaltarretierung (15) mit einer Gleitbeschichtung (27) versehen sind. Schalteinrichtung (29) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeschichtung (27) durch ein Spritzverfahren aufgebracht ist. Schalteinrichtung (29) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabelenden (12, 13) mit Gleitschuhen (7) versehen sind und dass im montierten und unbelasteten Zustand die Schaltarretierung (15) mit einem Spalt (23) von der Umfangsnut (25) beabstandet ist, der größer ist als das Spiel (30), das durch den Abstand der Gleitschuhe (7) der Gabelenden (12, 13) zur Schiebemuffe (8) gegeben ist. Schalteinrichtung (29) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer eine Umfangsnut (25) aufweisenden Schiebemuffe (8) und einer einen gabelförmigen Grundkörper (5) mit Gabelenden (12, 13) sowie eine Nabe (3) aufweisenden Schaltgabel (1), wobei die Nabe (3) eine Aufnahme (4) aufweist, über welche die Schaltgabel (1) auf einer Schaltstange (31) geführt ist, und wobei in der Nabe (3) eine Schaltarretierung (15) angeordnet ist, über welche die die Schaltgabel (1) tragende Nabe (3) in unterschiedlichen Schaltpositionen auf der Schaltstange (31) verrastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) und der Grundkörper (5) miteinander mittels einer Schaltarretierung (15) zentriert sind. Schaltanordnung (29) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) als Führung ausgebildet ist, auf welcher ein Haltering (6) angeordnet ist, wobei der Grundkörper (5) fest mit dem Haltering (6) verbunden ist. Schaltanordnung (29) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltarretierung (15) ein Gehäuse (16) aufweist, mittels dessen die Nabe (3), der Haltering (6) und der Grundkörper (5) verstiftet sind. Schaltgabel (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (26) der Schaltarretierung (15) zur Nabe (3), zum Haltering (6) und zum Grundkörper (5) als Pressverband (22) ausgelegt sind. Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) spanlos durch Kaltumformen hergestellt ist.






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