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Dokumentenidentifikation EP1834731 31.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001834731
Titel Schleifscheibe, Werkzeugmaschine mit Schleifscheibe und Verfahren zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen
Anmelder J. Schneeberger Holding AG, Roggwil, CH
Erfinder Schneeberger, Jürg, 4900 Langenthal, CH
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 15.03.2006
EP-Aktenzeichen 064051162
EP-Offenlegungsdatum 19.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse B24B 3/00(2006.01)A, F, I, 20070821, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B24B 53/00(2006.01)A, L, I, 20070821, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe, eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen.

Stand der Technik

Zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen wurden Topfscheiben, Profilscheiben, Peripheriescheiben und Schleifstifte verwendet. Lamellenschleifscheiben werden in der Regel nicht zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen verwendet; sie dienen typischerweise zum Entlacken und Entrosten.

Topfscheiben sind als gerader Kegelstumpf ausgebildet, wobei am Rand der grossen Basisoberseite geschliffen wird. Es gibt Topfscheiben mit geradem und schrägem Topf. Beide Topfscheibenarten haben eine innere Ausnehmung. Die Topfscheibe mit schrägem Topf ist als innen hohler Kegelstumpf ausgebildet. Ein Schleifbelag ist am Basisrand angeordnet. Die Topfscheibe mit geradem Topf ist ebenfalls innen hohl und hat somit einen U-förmigen Querschnitt, wobei der Schleifbelag an den Stirnseiten der U-Schenkel angeordnet ist. Beide Scheibenarten sind rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die Symmetrieachse die Rotationsachse ist.

Der Schleifrand kann diverse Formgebungen aufweisen. Nachteilig bei Topfscheiben ist ein langer Verstellweg und eine 180° Rotation des Werkstücks, wenn mit jeweils an einer Topfscheibe gegenüberliegenden Schleiforten geschliffen werden muss. Aufgrund der Scheibengeometrie wird ein Bearbeitungsprozess normalerweise auf die Verwendung einer einzigen Schleifscheibe begrenzt; Werkstück-Spannung oder Maschinenteile würden sonst mit den Scheibenkörpern kollidieren.

Peripheriescheiben, auch Umfangscheiben genannt, können als Scheiben mit einem zur Drehachse parallel angeordneten, umlaufenden Schleifbelag ausgebildet sein. Ein Hinterschliff ist aufgrund der Orientierung des Schleifbelags zum Scheibenkörper schwer durchführbar. Konkave Radien können maximal nur bis zum Viertelkreis geschliffen werden.

Profilscheiben haben anstelle eines parallel zur Drehachse verlaufenden, umlaufenden Scheibenrands einen konisch zusammenlaufenden Scheibenrand mit einer abgerundeten (torischen) Spitze. Nur mit dem Torusprofil wird geschliffen, wobei auch ein Hinterschliff vorgenommen werden kann. Der Standweg des präzisen Torusprofils ist sehr begrenzt, ein präzises Abrichten dieser Scheiben ist nicht auf der schleifenden Maschine möglich.

Ein Schleifstift ist in der Regel analog zu einem in ein Futter einspannbaren Fräser ausgebildet, wobei anstelle der Fräserschneiden ein Schleifbelag angeordnet ist.

Darstellung der Erfindung Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen zu schaffen, mit der bzw. mit dem beliebige konkave und konvexe Profile mit ein und derselben Schleifscheibe geschliffen werden können, wobei ein Abrichtschleifen einer zum Schleifen verwendeten Schleifscheibe bereits auf der zum Schleifen des Werkzeugs verwendeten Werkzeugmaschine möglich sein soll.

Lösung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 betreffend einer Schleifscheibe, durch die Merkmale von Patentanspruch 4 betreffend einer Werkzeugmaschine mit einer derartigen Schleifscheibe und durch die Merkmale von Patentanspruch 9 betreffend einem Schleifverfahren. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.

Bei einer Schleifscheibe gemäss der Erfindung zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen ist der Umfang der Schleifscheibe als umlaufenden First mit auf ihn zusammenlaufenden, je einen Schleifbelag aufweisenden Dachseiten ausgebildet. Konkave Radien eines Oberflächenkonturbereichs des Zerspanungswerkzeugs sind mit dem First und/oder jeweils mit einer der Dachseiten und alle konvexen Konturbereiche sind mit jeweils einer der beiden Dachseiten schleifbar. Selbstverständlich könnten die konvex ausgebildeten Oberflächenkonturbereiche auch mit dem First geschliffen werden; präziser und schneller geht es jedoch mit jeweils einer der Dachseiten. Die erfindungsgemässe Schleifscheibe kann als eine Umfangscheibe gekennzeichnet werden, bei der die mit einem Schleifbelag versehene Umfangseite nicht mehr eine Kreiszylindermantelaussenseite ist, sondern nun zwei Umfangseiten, im Querschnitt einen Winkel einschliessend, analog zu einem Dachfirst, zusammenlaufen.

Typischerweise ist die Schleifscheibe mit Diamant oder kubischem Bornitrid als Schleifwirkstoff beschichtet; andere Schleifwirkstoffe können selbstverständlich im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Zerspanungswerkzeuge sind hauptsächlich, aber nicht einschränkend, Profil-Wechselplatten oder profilierte rotierende Werkzeuge.

Die Symmetrieachse der Schleifscheibe ist gleichzeitig deren Rotationsachse. Vorzugsweise wird man die Schleifscheibe als Doppelkonusscheibe (V-shaped grinding wheel) ausbilden, wobei beide Konusachsen zusammenfallen und die Rotationsachse bilden. Die kleine Fläche jedes Konusses kann nun eine zur Rotationsachse senkrecht verlaufende Ebene sein; muss es aber nicht. Die beiden Flächen können eben, mit zueinander spiegelbildlicher oder unterschiedlicher Wölbung nach aussen oder nach innen ausgebildet sein.

Die Dicke der Schleifscheibe richtet sich, abgesehen von mechanischen Stabilitätsanforderungen, nach den zu schleifenden Oberflächenprofilradien bzw. nach der Tiefe und der Breite der Profiltaschen des zu schleifenden Werkzeuges. Die Doppelkonusmantelflächen bzw. Dachseiten wird man mit einem Winkel kleiner 90° zusammenlaufen lassen, bevorzugt wird man diesen Dachfirstwinkel typischerweise mit 60° wählen; selbstverständlich sind auch kleinere Winkel möglich, insbesondere kleiner 30° wählen. Der Dachfirstwinkel wird aus Kollisionsgründen ca. 10° kleiner gewählt als der kleinste Winkel von zu schleifenden konkaven Oberflächenkonturbereichen. Innerhalb dieser Grenze wird der Winkel, um eine maximalen Stabilität zu erhalten, möglichst gross gewählt. Unter diese Stabilität fällt u.a. die mechanische Stabilität der Schleifscheibe und eine geometrische Stabilität des Dachfirsts bzw. des nach einer Abnutzung entstandenen Torus'. Geschliffen wird nun mit jeweils einer der Dachseiten (Konusmantelseiten) und/oder mit dem Dachfirst (Spitze). Dank der winkligen Orientierung des Schleifbelags zum Scheibenkörper und dank der schlanken Scheibengeometrie kann auch ein Hinterschliff erzeugt werden. Die Schleifscheibendicke und der Dachfirstwinkel bestimmen, wie tief und wie schmal ein Hinterschliff ausgeführt werden kann.

Ein Abrichten ist sehr einfach, da nur die Dachseiten, in der Regel eben, bearbeitet werden müssen.

Die Spitze ist in der Regel nach dem Abrichten sehr scharf. Wenn mit ihr geschliffen wird, nützt sie sich ab und wirkt dann wie eine Profilscheibe mit abgerundeter Spitze. Die scharfe Spitze nützt sich zwar schnell ab, kann aber ebenso schnell wieder mit einer bereits auf derselben Werkzeugschleifmaschine sich befindenden Abrichtschleifscheibe erzeugt werden. Der leicht abgenutzte Dachfirst ist dann Torus-ähnlich mit einem sehr kleinen Torusradius. Aufgrund dieser sehr kleinen Dimension sind nun Abweichungen von einer spitzen Geometrie oder vom idealen Torus im Absolutmass sehr klein und somit tolerierbar. Gegenüber einer Profilschleifscheibe wird mit der erfindungsgemässen Schleifscheibe ein anderer Schleifvorgang durchgeführt: Es wird nicht nur mit der Spitze, sondern auch, d. h. hauptsächlich, mit den zusammenlaufenden Dachseiten geschliffen.

Die Schleifscheiben haben einen typischen Scheibendurchmesser von 300 mm. Dieser verhältnismässig grosse Radius wird gewählt, um ebene Flächen schleifen zu können.

Schleifen und Abrichten können in vorteilhafter Weise auf ein und derselben Maschine durchgeführt werden.

Typischerweise wird man nicht nur eine dieser Schleifscheiben in einer Werkzeugschleifmaschine anordnen, sondern mehrere.

Es können beliebige konkave und konvexe Profile mit der erfindungsgemässen Doppelkonusscheibe geschliffen werden, wobei konkave Radien mit der Spitze und Geraden in konkaven Oberflächenprofilen des Zerspanungswerkzeuges sowie alle konvexen Profile mit einer der beiden Flächen geschliffen werden. Diese sehr vorteilhafte Schleiftechnik an Flächen bleibt, wie sie insbesondere bei Topf- oder Peripheriescheibe gegeben ist, erhalten: Das geradlinige Scheibenprofil der Doppelkonusscheibe ist einfach abzurichten. Die flächigen Dachseiten haben eine lange Standzeit im Schleifprozess und können zur Verbesserung der Oberflächengüte pendelnd eingesetzt werden.

Eine Schleifmaschine mit einer derartigen Doppelkonusscheibe ergibt eine gute Werkstückzugänglichkeit, keine Probleme mit Spannmitteln und kleine Maschinenwege. Die Bestückung der Maschine mit mehreren Scheiben (z.B. grobkörnige fürs Schruppen und feinkörnige fürs Schlichten) ist kollisionsfrei möglich. Die Verwendung von unterschiedlichen Scheiben zum Schruppen ergeben eine höhere Abtragungsleistung und erlauben einen stabileren Produktionsprozess infolge einer Schonung der Scheiben, insbesondere der Schichtscheiben. Die Scheiben müssen nun weniger und seltener abgerichtet werden. Es können zudem Polierschliffe im gleichen Bearbeitungsprogramm nachgeschaltet werden, die bei kleinstem Abtrag nur noch zur Verbesserung der Oberflächengüte dienen. Das Polierschleifen profitiert hierbei vom hier vorgeschlagenen Schleifverfahren, da Feinkornscheiben mit Korngrössen im Bereich weniger Tausendstelmillimeter nur geringste Abträge tolerieren. Sehr genaue Scheibengeometrien und ebenso genaue Werkzeuggeometrien vor der Polieroperation sind Bedingung.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen

Fig. 1
einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Schleifscheibe,
Fig. 2
eine Draufsicht auf die in Figur 1 dargestellte Schleifscheibe,
Fig. 3
eine Seitenansicht der in Figur 1 dargestellten Schleifscheibe,
Fig. 4a - 4j
schematische Darstellung zum Schleifen von unterschiedlichen Oberflächenprofilen eines Zerspanwerkzeuges mit der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Schleifscheibe,
Fig. 5
eine schematische Darstellung für ein Abrichtschleifen einer Schleifscheibe mit einer Abrichtscheibe, welche auf derselben Werkzeugmaschine, wie die Werkzeug schleifenden Schleifscheiben angeordnet ist und
Fig. 6
eine Variante zu der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Schleifscheibe.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile und Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die in den Figuren 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand dargestellte Schleifscheibe 1 hat am Scheibenumfang (Scheibenmantel) zwei als Dachseiten ausgebildete Scheibenrandseiten 3a und 3b, welche zu einem umlaufenden First 5 zusammenlaufen. Im First 5 stossen die beiden Dachseiten 3a und 3b unter einem Firstwinkel &agr; zusammen. Die Grösse des Firstwinkels &agr; richtet sich nach der zu schleifenden Oberflächenkontur. In der Regel ist Firstwinkel &agr; kleiner 90°, typischerweise 60°. Die Dachseiten 3a und 3b sind mit einem Schleifbelag 7a bzw. 7b belegt. Im Zentrum der Schleifscheibe 1 ist ein Durchbruch 9 vorhanden, um die Scheibe 1 auf einem nicht dargestellten Dorn eines Schleifkopfes aufstecken zu können.

Die Schleifscheibe 1 ist zu ihrer Rotationsachse 10 rotationssymmetrisch aufgebaut. Die Rotationsachse 10 bildet die Achse des Durchbruchs 9. Eine Ebene, in der der umlaufende Dachfirst 5 liegt bildet ebenfalls eine Symmetrieebene 12. Die Symmetrieebene 12 definiert zusammen mit jeweils einer der Dachseiten 3a bzw. 3b und einer der unten erwähnten Seitenflächen 19a bzw. 19b einen Konus [19a-3a-12 bzw. 19b-3b-12]. Die Schleifscheibe 1 kann somit auch als Doppelkonusscheibe bezeichnet werden, wobei die Rotationsachse 10 identisch mit den Konusachsen ist.

In den Figuren 4a bis 4j ist die jeweilige relative Lage zwischen einem zu schleifenden Zerspanungswerkstück 11 und der Schleifscheibe 1 an unterschiedlichen Oberflächenkonturbereichen dargestellt. In Figur 4a ist gezeigt, wie ein annähernd ebener, gerade verlaufender Oberflächenkonturbereich 13 mit der Dachseite 3b der Schleifscheibe 1 geschliffen werden kann. Zum Schleifen von Oberflächenkonturen wird man in der Regel das zu schleifende Werkzeug 11 bewegen. Soll ein Hinterschliff 14 mit einer konkaven Oberflächenkontur, wie in Figur 4b angedeutet, geschliffen werden, wird mit dem Dachfirst 5 der Schleifscheibe 1 gearbeitet. Ein Schleifen eines nun folgenden geraden oder konvexen Oberflächenkonturbereichs 15, wie in Figur 4c dargestellt, wird mit der Dachseite 3a geschliffen. Eine auf den Oberflächenbereich 15 folgende konvexe Kante 17 wird weiterhin mit der Dachseite 3a geschliffen (Figur 4d). Der auf die Kante 17 folgende annähernd ebene Oberflächenbereich 18 wird weiterhin mit der Dachseite 3a geschliffen (Figur 4e). Nach dem Schleifen des Oberflächenbereiches 18 wird das Werkzeug 11 versetzt und mit derselben Dachseite 3a ein ebener (oder konvex gewölbter) Oberflächenbereich 20 (Figur 4f) geschliffen. Nach einer leichten Drehung des Werkzeugs 11 wird der einen konkaven Oberflächenbereich aufweisende Hinterschliff 21 mit dem Dachfirst 5 vorgenommen (Figur 4g). Der nun folgende annähernd gerade Oberflächenbereich 22 des Hinterschliffs wird mit der Dachseite 3b (Figur 4h) sowie danach auch die dann folgende Kante 23 (Figur 4i) geschliffen. Der bereits geschliffene Oberflächenbereich 18 könnte, wie in Figur 4j dargestellt, noch einmal mit der Dachseite 3b nachgeschliffen werden, um einen guten Übergang von der Kante 23 zum Oberflächenbereich 18 zu erhalten. Die Oberflächenkonturbereiche 14 und 15 sowie 21 und 22 stellen eine Hinterschliffpartie dar.

Anstatt ausgehend von Figur 4e den Schleifvorgang über die Figuren 4f bis 4j vorzunehmen, kann er auch in umgekehrter Reihenfolge über die Figuren 4j bis 4f erfolgen. Es sollte möglichst darauf geachtet werden, dass eine ziehende Bearbeitung mit den Dachseiten erfolgt, so dass möglichst wenig mit dem Dachfirst gearbeitet wird.

Auf einer Werkzeugmaschine werden in der Regel mehrere Schleifscheiben zum Schleifen von Werkzeugen eingesetzt. Um die Schleifscheibe 1 abzurichten, d.h. die Dachseiten nach einem längeren Schleifeinsatz eben zu schleifen und den Dachfirst zu schärfen, wird , wie in Figur 5 angedeutet, eine Abrichtschleifscheibe 30 verwendet. Anrichtschleifscheibe und ein oder mehrere Schleifscheiben 1 befinden sich auf ein und derselben Werkzeugmaschine. D.h. ein Abrichten der Schleifscheiben kann vorgenommen werden, ohne die Schleifscheiben aus der Werkzeugmaschine zu entfernen, was einen grossen Zeitgewinn ergibt.

Die Schleifscheibe kann nun wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt als Scheibe mit zueinander parallelen Seitenflächen 19a und 19b ausgebildet sein. Es können aber auch neben nach aussen leicht bombierten Seitenflächen, wie eingangs erwähnt, auch nach innen versetzte Seitenflächen bombiert oder eben und parallel zueinander, wie bei einer in Figur 6 dargestellten Schleifscheibe 32 gezeigt, verwendet werden. Bei der Schleifscheibe 32 ist eine Basis 34 der Dachseiten 36a und 35b breiter als die Dicke d der Schleifscheibe 32. Ein Vorteil dieser Schleifscheibe 32 gegenüber der Schleifscheibe 1 sind die kleinere Abmessung und damit eine kleiner Masse, welche schnelle Änderungen der Rotationsfrequenz zulässt. Um jedoch eine gleichförmige Umdrehungsgeschwindigkeit während des Schleifens zu erreichen, sind jedoch aufgrund der geringeren Masse höhere Anforderung an eine Geschwindigkeitsregelung und Konstanthaltung vonnöten.


Anspruch[de]
Schleifscheibe (1; 32) zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Schleifscheibe (1; 32) als umlaufender First (5) mit auf ihn zusammenlaufenden, je einen Schleifbelag (7a, 7b) aufweisenden Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) ausgebildet ist, wobei gerade und konvexe Oberflächenkonturbereiche (13, 15, 17, 18, 20, 22, 23) des Zerspanungswerkzeugs (11) mit einer der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) und konkave Oberflächenkonturbereiche (14, 21) des Zerspanungswerkzeugs (11) mit einer der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) oder dem First (5) schleifbar sind. Schleifscheibe (1; 32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (1; 32) als Doppelkonusscheibe ausgebildet ist, wobei eine Rotationsachse (10) mit der Konusachse zusammenfällt. Schleifscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) als jeweils eine Ebene ausgebildet sind, welche in einem Winkel (&agr;) kleiner 90°. Werkzeugmaschine zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen (11) mit einem Schleifkopf der wenigstens eine Schleifscheibe (1; 32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Schleifscheibe (1; 32) als umlaufenden First (5) mit auf ihn zusammenlaufenden, je einen Schleifbelag (7a, 7b) aufweisenden Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) ausgebildet ist, wobei gerade und konvexe Oberflächenkonturbereiche (13, 15, 17, 18, 20, 22, 23) des Zerspanungswerkzeugs (11) mit einer der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) und konkave Oberflächenkonturbereiche (14, 21) des Zerspanungswerkzeugs (11) mit einer der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) oder dem First (5) schleifbar sind. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (1; 32) als Doppelkonusscheibe ausgebildet ist, wobei eine Rotationsachse (10) der Schleifscheibe (1; 32) mit der Konusachse und einer Werkzeugmaschinenspindelachse zusammenfällt. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) als jeweils eine Ebene ausgebildet sind, welche in einem Winkel kleiner 90°. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine Abrichtscheibe (30) mit der wenigstens eine der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b), vorzugsweise eben, abrichtbar ist. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Schleifscheiben (1; 32) vorzugsweise mit unterschiedlicher Scheibendicke, insbesondere mit eine unterschiedliche Schleifkörnung aufweisenden Schleifbelägen (7a, 7b), und in bevorzugter Weise mit unterschiedlichen Firstwinkeln (&agr;) vorhanden sind. Verfahren zum Schleifen von Zerspanungswerkzeugen (11), dadurch gekennzeichnet, dass mit ein und derselben Schleifscheibe (1; 32) mit zu einem am Scheibenrand umlaufenden First (5) zusammenlaufenden, je einen Schleifbelag (7a, 7b) aufweisenden Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) Geraden (13, 15, 18, 20, 22) in konkaven Oberflächenkonturbereichen eines jeweils abzurichtenden Zerspanungswerkzeugs (11) sowie alle konvexen Konturbereiche (17, 23) mit einer der beiden zum First (5) zusammenlaufenden Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) und konkave Radien in Oberflächenkonturen (14; 21) eines Zerspanungswerkzeugs (11) mit dem First (5) und/oder einer der Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) geschliffen werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrichten dieser Schleifscheibe (1; 32) auf der zum Schleifen des Zerspanungswerkzeugs (11) vorgesehenen Werkzeugmaschine vorgenommen wird, indem die Dachseiten (3a, 3b; 36a, 36b) eben abgerichtet werden.






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