DE29603706U1 - Pneumatically or hydraulically operated rotary actuator for one shaft - Google Patents
Pneumatically or hydraulically operated rotary actuator for one shaftInfo
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D-78052 Villingen-SchwennmgenHaselweg 20
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27. Februar 1996 Ne/27 February 1996 Ne/
Anmelder: J. Bayer, Feinwerktechnik- und Elektrotechnik GmbH & Co., 78087 MönchweilerApplicant: J. Bayer, Precision Engineering and Electrical Engineering GmbH & Co., 78087 Mönchweiler
Bezeichnung: Pneumatisch oder hydraulisch betätigbarer Schwenkantrieb für eine WelleDesignation: Pneumatically or hydraulically operated rotary actuator for one shaft
Die Erfindung betrifft einen pneumatisch oder hydraulisch betätigbarer Schwenkantrieb für eine Welle, die in zwei parallelen Seitenwänden eines Druckmittelgehäuses drehbar gelagert ist und mit einem im Druckmittelgehäuse um die Wellenach.se schwenkbar gelagerten und exzentrisch zu dieser angeordneten Arbeitskolben drehfest verbunden und wenigstens in einer Schwenkrichtung durch ein in das Druckmittelgehäuse eingeleitetes, flüssiges oder gasförmiges Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei der Arbeitskolben über eine ebenfalls konzentrisch zur Wellenachse gekrümmte Kolbenstange mit der Welle in Drehverbindung steht und in einem konzentrisch zur Wellenachse gekrümmten, im Druckmittelgehäuse angeordneten, an einem Ende offenen und an seinem zweiten, geschlossenen Ende mit einem Druckmittelanschluß versehenen Rohr mit rundem Querschnitt verschiebbar gelagert ist.The invention relates to a pneumatically or hydraulically operated swivel drive for a shaft which is rotatably mounted in two parallel side walls of a pressure medium housing and is connected in a rotationally fixed manner to a working piston which is pivotably mounted in the pressure medium housing about the shaft axis and arranged eccentrically to it and can be acted upon in at least one swivel direction by a liquid or gaseous pressure medium introduced into the pressure medium housing, whereby the working piston is in rotational connection with the shaft via a piston rod which is also curved concentrically to the shaft axis and is slidably mounted in a tube with a round cross-section which is curved concentrically to the shaft axis and arranged in the pressure medium housing, is open at one end and has a pressure medium connection at its second, closed end.
Bei einem bekannten Drehantrieb {FR 26 02 553 Al) dieser Art ist der konzentrisch zur Drehachse gekrümmte Stab an seinem in das ebenfalls konzentrisch zur Drehwelle im Querschnitt zylindrische Rohr eintauchenden Ende mit einem Dichtungskopf versehen, der eine Lippendichtung aufweist, die allerdings nur in einer Antriebsrichtung wirksam ist. In der anderen Drehrichtung, d.h. in der Rückstellrichtung, wirkt eine Drehfeder auf die durch einen radialen Arm fest mit dem Kolbenstab verbundene Drehwelle ein.In a known rotary drive {FR 26 02 553 Al) of this type, the rod, which is curved concentrically to the axis of rotation, is provided with a sealing head at its end which penetrates into the tube, which is also concentric to the rotary shaft and has a cylindrical cross-section. The sealing head has a lip seal, which is only effective in one drive direction. In the other direction of rotation, i.e. in the return direction, a torsion spring acts on the rotary shaft, which is firmly connected to the piston rod by a radial arm.
Bei diesem bekannten Drehantrieb ist das eine Ende des Rohres, in dem sich der Dichtungskopf auf einer Kreisbahn bewegt, mit einem Verschlußteil versehen, durch welches von außen das Druckmedium, beispielsweise Luft, zugeführt wird. Das Rohr ist in einem kreisförmigen Gehäuse untergebracht, das an der unteren Stirnseite eines ebenfalls runden Federhauses? mit Schrauben befestigt ist.In this known rotary drive, one end of the tube, in which the sealing head moves on a circular path, is provided with a closure part through which the pressure medium, for example air, is supplied from the outside. The tube is housed in a circular housing that is attached with screws to the lower end of a spring barrel, which is also round.
Es sind auch andere Drehantriebe bekannt (FR 2 253 159, FR 1 195 659, US 3 731 597 und US 3 444 788) bei denen in zwei durch eine radiale Trennwand voneinander getrennten Druckkammern die kreisförmig zu einer zentralen Drehwelle verlaufen und in einem ebenfalls konzentrisch zu dieser Drehwelle geformten Gehäuse untergebracht sind, jeweils Antriebskolben über gebogene Stäbe, die gemeinsam durchOther rotary drives are also known (FR 2 253 159, FR 1 195 659, US 3 731 597 and US 3 444 788) in which two pressure chambers separated from each other by a radial partition wall, which run in a circle to a central rotary shaft and are housed in a housing that is also concentric to this rotary shaft, each have drive pistons via curved rods that are jointly connected by
einen Radialsteg mit der Drehwelle verbunden sind, auf die Drehwelle einwirken, wenn in die eine oder andere Kammer Druckmittel zugeführt wird.are connected to the rotary shaft via a radial web, act on the rotary shaft when pressure medium is supplied to one or the other chamber.
Auch hier wirken die Dichtungen der Arbeitskolben jeweils nur in einer Richtung. Bei dem einen Drehantrieb der US-PS 3 731 597 sind die beiden Kolben schwimmend in den jeweiligen Druckkammern mit radialem Spiel gelagert und jeweils mit zwei Ringnuten versehen, in denen O-Ringe geführt sind, die an den Innenflächen der beiden die Druckkammern bildenden bzw. umschließenden gebogenen Rohre geführt sind. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Kolben nicht mit den gebogenen Stäben verbunden, sie liegen lediglich an den radialen planebenen Endflächen dieser gebogenen Stäbe lose an.Here too, the seals of the working pistons only work in one direction. In one rotary drive of US-PS 3,731,597, the two pistons are mounted floating in the respective pressure chambers with radial play and are each provided with two annular grooves in which O-rings are guided, which are guided on the inner surfaces of the two bent tubes that form or enclose the pressure chambers. In this design, the two pistons are not connected to the bent rods, they simply rest loosely on the radial, flat end surfaces of these bent rods.
Bei anderen Ausführungsformen dieser bekannten Drehantriebe sind jeweils Lippendichtungen vorgesehen, die auch nur in einer Druckrichtung dichtend an der jeweiligen Innenfläche des betreffenden Rohres anliegen.In other embodiments of these known rotary drives, lip seals are provided which only seal against the respective inner surface of the respective pipe in one pressure direction.
Darüber hinaus ist ein weiterer Drehantrieb bekannt (FR 1 503 287) bei dem in einer Ausführungsform sowohl ein Dichtungskopf in einer Ringnut eine in einer Richtung wirkende Lippendichtung aufweist als auch der Endabschnitt, mit dem dieser Dichtungskopf verbunden ist. Der Endabschnitt des Ringkolbens ist aber ebenfalls mit einer Ringnut versehen, die eine Lippendichtung aufnimmt. DieseIn addition, another rotary drive is known (FR 1 503 287) in which, in one embodiment, both a sealing head in an annular groove has a lip seal acting in one direction and the end section to which this sealing head is connected. The end section of the annular piston is also provided with an annular groove that accommodates a lip seal. This
Lippendichtung des Ringkolbens wirkt jedoch in der entgegengesetzten Druckrichtung, so daß dieser Ringkolben, der einen kleineren Querschnittsdurchmesser aufweist als das Rohr, in dem er geführt ist, in beiden Schwenkrichtungen beaufschlagbar ist.However, the lip seal of the ring piston acts in the opposite pressure direction, so that this ring piston, which has a smaller cross-sectional diameter than the tube in which it is guided, can be acted upon in both swivel directions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher aufgebauten, kostengünstiger herstellbaren Schwenkantrieb der eingangs genannten Art mit hoher Funktionssicherheit zu schaffen, bei dem der Kolben bei minimalem Raumbedarf mit nur einem Dichtungsring wechselweise in beiden Drehbzw. Druckrichtungen beaufschlagbar ist.The invention is based on the object of creating a simpler, more cost-effective swivel drive of the type mentioned above with high functional reliability, in which the piston can be acted upon alternately in both rotational or pressure directions with only one sealing ring while requiring minimal space.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Innenraum des Druckmittelgehäuses außerhalb des Rohres ebenfalls mit einem Druckmittelanschluß versehen ist und daß der Arbeitskolben mit radialem Spiel im Rohr geführt ist und daß der Arbeitskolben in einer radial zur Wellenachse verlaufenden Ebene eine Umfangsnut aufweist, in der ein elastischer Dichtungsring sowohl mit axialem als auch mit radialem Spiel gelagert ist.This object is achieved according to the invention in that the interior of the pressure medium housing outside the pipe is also provided with a pressure medium connection and that the working piston is guided in the pipe with radial play and that the working piston has a circumferential groove in a plane running radially to the shaft axis, in which an elastic sealing ring is mounted with both axial and radial play.
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Dadurch, daß der Kolben mit nur einem Dichtungsring versehen ist und deshalb nur eine Ringnut benötigt, kann er relativ kurz ausgeführt werden, so daß er selbst wenig Raum in Umfangsrichtung beansprucht, wodurch der maximale Schwenkwinkel durch den Kolben selbst nur in geringem Maße verkleinert wird.Because the piston is provided with only one sealing ring and therefore only requires one ring groove, it can be made relatively short so that it itself takes up little space in the circumferential direction, whereby the maximum swivel angle is only slightly reduced by the piston itself.
Von besonderem Vorteil eines solchen Schwenkantriebs ist, daß das Druckmittelgehäuse eine beliebige innere und äußere Querschnitts form haben kann, in welche das Rohr mit dem schwenkbeweglichen Kolben und dessen Kolbenstange hineinpassen. Die Form des Druckmittelgehäuses kann somit den herstellungsmäßig günstigsten Bedingungen angepaßt werden. Außerdem lassen sich auch das Rohr und der Kolben auf einfache Weise kostengünstig herstellen.A particular advantage of such a swivel drive is that the pressure medium housing can have any internal and external cross-sectional shape into which the tube with the swiveling piston and its piston rod can fit. The shape of the pressure medium housing can thus be adapted to the most favorable manufacturing conditions. In addition, the tube and the piston can also be manufactured in a simple and cost-effective manner.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims 2 to 10.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. They show:
Fig. 1 einen pneumatischen Schwenkantrieb in Schnittansicht; Fig. 1 shows a pneumatic rotary actuator in sectional view;
Fig. 2 einen Schnitt II - II aus Fig. 1;Fig. 2 shows a section II - II from Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt III - III aus Fig. 2 undFig. 3 a section III - III from Fig. 2 and
Fig. 4 den Arbeitskolben im Anfangsbereich des Rohres.Fig. 4 the working piston in the initial area of the tube.
Der vorzugsweise pneumatisch, prinzipiell aber auch hydraulisch betätigbare Schwenkantrieb besteht aus einer Welle 1, die in zwei parallelen Stirnwänden 3 und 4 eines Druckmittelgehäuses 2 drehbar gelagert und mittels Dichtungsringen 46 abgedichtet ist. Als pneumatisch beaufschlagbares Arbeitsorgan ist ein Arbeitskolben 5 vorgesehen, der in einem konzentrisch zur Wellenachse &bgr; gekrümmten, im Druckmittelgehäuse 1 angeordneten und nur an einem Ende offenen Rohr 7 verschiebbar gelagert ist und der über eine ebenfalls konzentrisch zur Wellenachse &bgr; gekrümmte Kolbenstange 8 mit der Welle 1 in Drehverbindung steht.The swivel drive, which can preferably be operated pneumatically but in principle also hydraulically, consists of a shaft 1 which is rotatably mounted in two parallel end walls 3 and 4 of a pressure medium housing 2 and is sealed by means of sealing rings 46. A working piston 5 is provided as a pneumatically actuated working element, which is slidably mounted in a tube 7 which is curved concentrically to the shaft axis β, arranged in the pressure medium housing 1 and is only open at one end and which is in rotary connection with the shaft 1 via a piston rod 8 which is also curved concentrically to the shaft axis β.
Das Rohr 7 weist eine nichteckige, vorzugsweise kreisrunde, Querschnittsform auf. Grundsätzlich sind aber auch andere Querschnittsformen für das Rohr 7 denkbar, sofern sie eine einfache und ausreichende Abdichtung mit dem Arbeitskolben ermöglichen, wie z.B. eine ovale Querschnittsform. The tube 7 has a non-angular, preferably circular, cross-sectional shape. In principle, however, other cross-sectional shapes for the tube 7 are also conceivable, provided they enable simple and sufficient sealing with the working piston, such as an oval cross-sectional shape.
Das Rohr 7 weist an seinem zweiten, geschlossenen Ende einen Druckmittelanschluß 9 auf, der mit einem Verschlußteil 10 verschraubt ist, das zugleich zur Befestigung des Rohres 7 im Druckmittelgehäuse 1 dient. Dieser Druckmittelanschluß 9 steht mit einem Druckmittelkanal 17 in Verbindung der radial und/oder axial außerhalb der Querschnittsmitte des Rohres 7 angeordnet ist und in dessen Hohlraum mündet. Durch diese außermittige Anordnung wird erreicht, daß der Druckmittelanschluß 9 die Schwenkbewegungen der Kolbenstange 8 nicht behindert bzw. einschränkt .The pipe 7 has a pressure medium connection 9 at its second, closed end, which is screwed to a closure part 10, which also serves to fasten the pipe 7 in the pressure medium housing 1. This pressure medium connection 9 is connected to a pressure medium channel 17, which is arranged radially and/or axially outside the cross-sectional center of the pipe 7 and opens into its cavity. This off-center arrangement ensures that the pressure medium connection 9 does not hinder or restrict the pivoting movements of the piston rod 8.
Der Druchmittelanschluß 9 besteht aus einem Gewinderohr 14 mit einem Schlüsselprofil 40 und einem Schlauchnippel 41, und er ist durch eine Bohrung 42 der Stirnwand 4 hindurch in eine Gewindebohrung 44 des Verschlußteils 10 eingeschraubt, wodurch das Verschlußteil an der Innenseite der Stirnwand 4 befestigt ist.The pressure connection 9 consists of a threaded pipe 14 with a key profile 40 and a hose nipple 41, and it is screwed through a hole 42 in the front wall 4 into a threaded hole 44 in the closure part 10, whereby the closure part is fastened to the inside of the front wall 4.
Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, hat das Druckmittelgehäuse 2 eine topfartige, zylindrische Form. Ihr ebenfalls zylindrischer Innenraum 15 ist umschlossen von der festen Stirnwand 4 und der mittels Schrauben 11 stirnseitig auf einer zylindrischen Ringwand 12 unter Zwischenlage einer Ringdichtung 13 dichtend aufgesetzte Deckelwand 3.As can be clearly seen from the drawing, the pressure medium housing 2 has a pot-like, cylindrical shape. Its interior 15, which is also cylindrical, is enclosed by the fixed front wall 4 and the cover wall 3, which is attached to the front of a cylindrical ring wall 12 by means of screws 11 with an interposed ring seal 13.
Auch der Innenraum 15 des Druckmittelgehäuses 2 ist außerhalb des Rohres 7 ebenfalls mit einem pneumatischen Druckmittelanschluß 16 versehen, der gleich ausgebildet ist wie der Druckmittelanschluß 9, dessen Schlüsselprofil in einer außenseitigen Senkbohrung 45 der Stirnwand 4 sitzt.der Druckmittelanschluß 16 ist in eine Gewindebohrung 43 der Stirnwand 4 eingeschraubt, so daß er unmittelbar mit dem Innenraum 15 des Druckmittelgehäuses 2 in Verbindung steht.The interior 15 of the pressure medium housing 2 is also provided outside the pipe 7 with a pneumatic pressure medium connection 16 which is designed in the same way as the pressure medium connection 9, the key profile of which is located in an external countersunk hole 45 of the front wall 4. The pressure medium connection 16 is screwed into a threaded hole 43 of the front wall 4 so that it is directly connected to the interior 15 of the pressure medium housing 2.
Der auf einem Gewindezapfen 18 der Kolbenstange 8 befestigte Arbeitskolben 5 ist mit radialem Spiel im Rohr 7 geführt. Er ist in einer radial zur Wellenachse &bgr; verlaufenden Ebene 19 eine Umfangsnut 20 versehen, die eine rechteckige Querschnittsform aufweist. In dieser Umfangsnut 20 ist ein elastischer Dichtungsring 21 sowohl mit axialem als auch mit radialem Spiel gelagert, damit er sich unter Einwirkung des pneumatischen Druckmittels (Luft) dichtend an die Innenfläche des Rohres 7 und je nach Druckrichtung auch jeweils an eine radiale Seitenwand der Umfangsnut 20 anlegt. Für diesen Zweck eignet sich sehr gut ein O-Ring aus Dichtungsgummi oder ähnlichem Material mit einem wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser d kleiner ist als die Breite b der Umfangsnut, und dessen Innendurchmesser DlThe working piston 5, which is attached to a threaded pin 18 of the piston rod 8, is guided in the tube 7 with radial play. It is provided with a circumferential groove 20 in a plane 19 running radially to the shaft axis β, which has a rectangular cross-sectional shape. An elastic sealing ring 21 is mounted in this circumferential groove 20 with both axial and radial play so that, under the influence of the pneumatic pressure medium (air), it seals against the inner surface of the tube 7 and, depending on the direction of pressure, also against a radial side wall of the circumferential groove 20. An O-ring made of sealing rubber or similar material with an at least approximately circular cross-section, the diameter d of which is smaller than the width b of the circumferential groove, and the inner diameter Dl of which
aus Gründen der Maßtoleranz um wenigstens 0,5 mm größer sein soll als der Durchmesser D2 des Nutengrunds 20'.for reasons of dimensional tolerance should be at least 0.5 mm larger than the diameter D2 of the groove base 20'.
Dabei muß der Außendurchmesser D des O-Rings so auf den Innendurchmesser des Rohres 7 so abgestimmt sein, daß der O-Ring lückenlos an der Innenfläche des Rohres 7 zumindest leicht berührend anliegt.The outer diameter D of the O-ring must be matched to the inner diameter of the tube 7 in such a way that the O-ring rests seamlessly on the inner surface of the tube 7 and at least slightly touches it.
Außerdem ist der Arbeitskolben scheibenartig ausgebildet. Sein Umfang weist eine zur radialen Symmetrieebene 22 der Umfangsnut 20 symmetrische Konusform mit zwei Konusflächen 23 und 24 auf, die auch bauchig gerundet sein könnten. In addition, the working piston is designed like a disk. Its circumference has a conical shape that is symmetrical to the radial plane of symmetry 22 of the circumferential groove 20 with two conical surfaces 23 and 24, which could also be bulbously rounded.
Die Kolbenstange 8 ist durch einen radialen Endabschnitt 25 mit einer drehfest jedoch in axialer Richtung lose auf der Welle gelagerten Hülse 26 mit quadratischer Querschnittsform fest verbunden. Dabei ist dieser radiale Endabschnitt 25 als einstückiger Bestandteil der vorzugsweise aus Rundmaterial bestehenden Kolbenstange 8 abgebogen. Die Hülse sitzt dabei formschlüssig auf einem Mittelabschnitt 28 der Welle 1, der ebenfalls eine in den Hohlraum der Hülse 26 passende quadratische Querschnittsform aufweist.The piston rod 8 is firmly connected by a radial end section 25 to a sleeve 26 with a square cross-sectional shape that is mounted on the shaft in a rotationally fixed but loose manner in the axial direction. This radial end section 25 is bent as an integral component of the piston rod 8, which is preferably made of round material. The sleeve sits in a form-fitting manner on a central section 28 of the shaft 1, which also has a square cross-sectional shape that fits into the cavity of the sleeve 26.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erstreckt sich das gekrümmte Rohr 7 über einen Zentriewinkel al von etwa 190°.As can be seen from Fig. 2, the curved tube 7 extends over a center angle a1 of approximately 190°.
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Die Kolbenstange 8 hingegen erstreckt sich zusammen mit dem Arbeitskolben 5 über einen Zentriewinkel a2 von etwa 180°. Aus dieser Anordnung ergibt sich ein Schwenkwinkel &agr;3 des Arbeitskolbens 5 und somit der Welle 1 von etwa 145°.The piston rod 8, however, extends together with the working piston 5 over a center angle a2 of approximately 180°. This arrangement results in a pivot angle α3 of the working piston 5 and thus of the shaft 1 of approximately 145°.
Das Verschlußteil 9 besteht aus einem im wesentlichen L-förmigen Winkelkörper 30, der einen Befestigungsschenkel 31 mit einer Paßbohrung 27 für einen Paßstift 29 aufweist und an der Innenseite der Stirnwand 4 des Druckmittelgehäuses 2 befestigt ist, sowie aus einem axialen Tragschenkel 33, der dichtend mit dem geschlossenen Ende des Rohres 7 verbunden ist. Der Tragschenkel 33 ist zudem mit einem zentrierend in das Rohrende 7 hineinragenden zylindrischen Zentrieransatz 34 versehen, der mit dem Ende Rohres 7 dicht verlötet oder verschweißt ist.The closure part 9 consists of a substantially L-shaped angle body 30, which has a fastening leg 31 with a fitting hole 27 for a dowel pin 29 and is fastened to the inside of the front wall 4 of the pressure medium housing 2, as well as an axial support leg 33, which is sealingly connected to the closed end of the pipe 7. The support leg 33 is also provided with a cylindrical centering projection 34 which projects into the end of the pipe 7 and is soldered or welded tightly to the end of the pipe 7.
Der Verschlußteil ist auf beiden Seiten seines axialen Tragschenkels 33 mit geräusch- und schlagdämpfenden Anschlagelementen 35 bzw. 36 einerseits für die Kolbenstange 8 und andererseits für den Arbeitskolben 5 versehen. The closure part is provided on both sides of its axial support leg 33 with noise and impact-damping stop elements 35 and 36 respectively, on the one hand for the piston rod 8 and on the other hand for the working piston 5.
Durch die wechselweise Zufuhr von Druckluft in einen der Druckmittelanschlüsse 9 oder 16 bei gleichzeitigem ÖffnenBy alternately supplying compressed air to one of the pressure medium connections 9 or 16 while simultaneously opening
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des jeweils anderen Druckmittelanschlusses 16 oder 9 wird der Arbeitskolben 5 im Rohr 7 zwischen seinen beiden durch die Anschlagelemente 35, 36 bestimmten Winkelendlagen hin- und herbewegt, so daß die drehfest mit ihm verbundene Welle 1 eine entsprechend große Schwenkbewegung ausführt.of the other pressure medium connection 16 or 9, the working piston 5 is moved back and forth in the pipe 7 between its two angular end positions determined by the stop elements 35, 36, so that the shaft 1 connected to it in a rotationally fixed manner carries out a correspondingly large pivoting movement.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,1. Pneumatically or hydraulically actuated swivel drive for a shaft (1) which is rotatably mounted in two parallel side walls (3, 4) of a pressure medium housing (2) and is in rotary connection with a working piston (5) via a piston rod (8) curved concentrically to the shaft axis, which is slidably mounted in a tube (7) with a round cross-section which is curved concentrically to the shaft axis (6), arranged in the pressure medium housing (2), open at one end and provided with a pressure medium connection (9) at its second, closed end, and which can be acted upon in a swivel direction by means of a liquid or gaseous pressure medium introduced into the tube (7) through the pressure medium connection,
characterized,
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Also Published As
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|---|---|
| DE29510200U1 (en) | 1995-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960605 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990429 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20021107 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20041206 |
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| R071 | Expiry of right |