DE3735634C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein asbestfreies Weichstoffflachdichtungsmaterial für die Herstellung hoch beanspruchter Flachdichtungen, wie Zylinderkopfdichtungen, Auspuffflanschdichtungen oder ähnlich belastete Dichtungen für vor allem Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten und imprägnierten, im Papierherstellungsverfahren hergestellten Faservlies mit organischen Synthesefasern, pulvrigen bis feinkörnigen Füllstoffen und polymeren Bindemitteln.The invention relates to an asbestos-free Fabric flat gasket material for manufacturing highly stressed flat seals, such as Cylinder head gaskets, exhaust flange gaskets or similarly loaded seals for above all Internal combustion engines consisting of one if necessary, reinforced with metal and impregnated, in the paper manufacturing process manufactured nonwoven with organic Synthetic fibers, powdery to fine-grained Fillers and polymeric binders.
Herkömmliche Weichstoffflachdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen bevorzugt aus gegebenenfalls metallisch verstärkten Asbestfaservliesen, die im Papierherstellungsverfahren aus Ausschlämmungen von Asbestfasern unter Zusatz von Latexbindemitteln gewonnen werden. Asbestfasern sind dabei hochtemperaturbeständig, und sie lassen sich gut im Papierherstellungsverfahren zu Faservliesen mit für Zylinderkopfdichtungen geeigneter Verformbarkeit, Festigkeit, Porosität und Beständigkeit herstellen. Zusätzlich werden Weichstoffzylinderkopfdichtungen vor allem zur Erhöhung ihrer Festigkeit, ihrer Querschnittsdichtigkeit und ihrer Abdichtgüte mit in der fertigen Dichtung vernetzten Imprägniermitteln imprägniert, und gerade Asbestzylinderkopfdichtungen lassen sich gut mit der gewünschten Porenfüllung mit gleichmäßiger Verteilung imprägnieren.Conventional flat gaskets for Internal combustion engines preferably consist of if necessary reinforced with metal Asbestos fiber fleeces, which in Papermaking process from slurries of Asbestos fibers with the addition of latex binders be won. Asbestos fibers are included resistant to high temperatures, and they are easy to use Papermaking process for nonwovens with for Cylinder head gaskets with suitable deformability, Establish strength, porosity and durability. In addition, soft cylinder head gaskets especially to increase their strength, their Cross-sectional tightness and their sealing quality with in cross-linked impregnating agents of the finished seal impregnated, and straight asbestos cylinder head gaskets can be well with the desired pore filling impregnate even distribution.
Wegen der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Asbestfasern sind heute immer mehr Zylinderkopfdichtungen mit asbestfreien Faservliesen im Einsatz. Da die bisher bekannten Asbestersatzfasern alleine nicht alle technologischen Eigenschaften des Asbestes zugleich besitzen, hat man im Papierherstellungsverfahren Faservliese für Zylinderkopfdichtungen aus Gemischen verschiedener Faserarten hergestellt. Nach der DE-PS 29 14 173 enthalten die Faservliese zur Papierblattbildung geeignete Fasern, wie insbesondere Zellulosefasern und organische Synthesefasern, vor allem zur Erreichung der geforderten Beständigkeits- und Festigkeitswerte. Nach der DE-OS 32 32 255 enthalten die Faservliese mindestens drei verschiedene Faserarten, nämlich organische Naturfasern, organische Synthesefasern und anorganische Mineralfasern neben mineralischen Füllstoffzusätzen und Zusätzen an organischen Bindemitteln.Because of the health hazard of Asbestos fibers are more and more today Cylinder head gaskets with asbestos-free non-woven fabrics in use. Because the previously known Asbestos replacement fibers alone are not all technological You have properties of asbestos at the same time in the papermaking process nonwovens for Cylinder head gaskets from mixtures of different Types of fibers produced. According to DE-PS 29 14 173 contain the non-woven fabrics for paper sheet formation suitable fibers, such as in particular cellulose fibers and organic synthetic fibers, especially for Achievement of the required resistance and Strength values. According to DE-OS 32 32 255 included the nonwovens at least three different Types of fibers, namely organic natural fibers, organic synthetic fibers and inorganic Mineral fibers in addition to mineral filler additives and additives to organic binders.
Bei Gemischen dieser verschiedenen Faserarten ist es jedoch aufwendig und schwierig, völlig homogene Faseraufschlämmungen zu erhalten, und in den im Papierherstellungsverfahren gewonnenen Faservliesen können leicht nachteilig ungleichmäßige Verteilungen der Faserarten entstehen. Ebenso kann sich ein relativ hoher Zellulosefaseranteil nachteilig auf die Temperaturbeständigkeit der Dichtung auswirken.It is with mixtures of these different types of fibers however complex and difficult, completely homogeneous To obtain fiber slurries, and in the in Nonwoven fabrics obtained from the papermaking process can easily disadvantageous uneven distributions of fiber types arise. Likewise, one can relatively high cellulose fiber content adversely on the Impact temperature resistance of the seal.
Nach der DE-PS 31 06 411 bestehen die im Papierherstellungsverfahren gewonnenen Faservliese für Zylinderkopfdichtungen aus 3 bis 60 Gewichtsteilen Phenolharzfasern, 5 bis 50 Gewichtsteilen Polyaramidfasern, 10 bis 80 Gewichtsteilen anorganischen Füllstoffen und 10 bis 40 Gewichtsteilen Kautschukbindemittel. In diesem Fall lassen sich die ausschließlich verwendeten und physikalisch ähnlichen organischen Synthesefasern aus Phenolharz und Aramid leichter zu homogenen Faservliesen verarbeiten. Die verwendeten unbehandelten organischen Synthesefasern besitzen aber relativ glatte Oberflächen und dadurch bedingt eine schlechte Haftung untereinander und zu den anorganischen Füllstoffen. Damit überhaupt ein ausreichend festes Faservlies gebildet werden kann, müssen die hohen organischen Bindemittelanteile eingesetzt werden. Hohe organische Bindemittelanteile im Faservlies verschlechtern vor allem deren Setzverhalten bei Temperaturbelastungen, so daß Zylinderkopfdichtungen mit derartigen Faservliesen nur begrenzt einsetzbar sind. According to DE-PS 31 06 411 exist in Nonwovens obtained from papermaking processes for cylinder head gaskets from 3 to 60 parts by weight of phenolic resin fibers, 5 to 50 parts by weight of polyaramid fibers, 10 to 80 parts by weight of inorganic fillers and 10 up to 40 parts by weight of rubber binder. In this Case can be the only used and physically similar organic synthetic fibers Phenolic resin and aramid more easily to homogeneous Process non-woven fabrics. The used have untreated organic synthetic fibers but relatively smooth surfaces and due to that bad liability to each other and to the inorganic fillers. With that at all Sufficiently strong nonwoven can be formed the high organic binder content be used. High organic binder content in the nonwoven, especially their deteriorate Settling behavior under temperature loads, so that Cylinder head gaskets with such non-woven fabrics can only be used to a limited extent.
Es ist schon bekannt, organische Synthesefasern, wie insbesondere Polyaramidfasern, zu fibrillieren und dadurch die Faseroberfläche wesentlich zu vergrößern. Nach beispielsweise der US-PS 43 87 178 besteht ein asbestfreies im Papierherstellungsverfahren gefertigtes Faservlies für Flachdichtungen aus 5 bis 40% fibrillierter Polyaramidfaser, 25 bis 85% mineralischem Füllstoff, 0,5 bis 10% Phenolharzzusatz und 5 bis 25% eines Polyacrylatlatex mit gegebenenfalls für die Vernetzung erforderlichen Zusatzstoffen. Die Faservliese weisen vor allem hinsichtlich ihrer Verformung bei Druckbelastung, ihrer Elastizität und ihrer Beständigkeit gegenüber verschiedenen Abdichtmedien für hoch belastete Flachdichtungen geeignete Eigenschaften auf und vor allem waren ihre Festigkeitseigenschaften auch bei geringerem Bindemittelanteil so hoch, daß ihre Temperaturbelastbarkeit auch für die Verwendung in Zylinderkopfdichtungen geeignet war. Nachteilig erwies sich allerdings bei diesem Material der relativ steile Anstieg der Verformungskennlinie, gemessen aus der aufgebrachten Flächenpressung in Abhängigkeit von der dabei gemessenen Dickenänderung des Faservlieses.It is already known how synthetic synthetic fibers especially fibrillating polyaramide fibers and thereby significantly increasing the fiber surface. According to, for example, US Pat. No. 4,387,178 asbestos-free in the paper manufacturing process Manufactured fiber fleece for flat seals from 5 to 40% fibrillated polyaramid fiber, 25 to 85% mineral filler, 0.5 to 10% phenolic resin additive and 5 to 25% one Polyacrylate latex with optionally for the Crosslinking necessary additives. The Nonwovens show above all in terms of their Deformation under pressure, its elasticity and their resistance to different Sealing media for highly stressed flat seals suitable properties on and above all were theirs Strength properties even with less Binder content so high that their Temperature resistance for use in Cylinder head gaskets were suitable. Disadvantageous with this material, however, the relatively steep increase in the deformation characteristic, measured from the applied surface pressure in Dependence on the change in thickness measured of the nonwoven.
Nach der DE-OS 34 15 567 besteht ein asbestfreies Faservliesmaterial für Dichtungen aus 35 bis 60% plastischem Ton, 10 bis 40% fibrillierten Polyaramidfasern, 5 bis 20% organischem Polymerbinder und 2 bis 10% Zellulosefasern. Die Zellulosefasern fördern dabei die Faservliesbildung im Papierherstellungsverfahren, allerdings reichen die Verformungseigenschaften dieses Materials noch nicht aus, um für alle Anwendungsfälle geeignete Zylinderkopfdichtungen herzustellen.According to DE-OS 34 15 567 there is an asbestos-free Nonwoven material for seals from 35 to 60% plastic clay, 10 to 40% fibrillated Polyaramid fibers, 5 to 20% organic polymer binder and 2 to 10% cellulose fibers. The cellulose fibers promote the formation of nonwovens in the Papermaking processes, but they are enough Deformation properties of this material not yet to be suitable for all applications Manufacture cylinder head gaskets.
Bei Zylinderkopfdichtungen, bei denen vor allem am metallisch eingefaßten Brennraumrand ein möglichst genau auf die Motorverhältnisse abgestimmter Dichtpressungsdruck beim Einbau eingestellt werden muß, ist ein wesentlich flacherer Verlauf der Verformungskennlinie erforderlich.For cylinder head gaskets, at those especially on the metal border Combustion chamber edge as precisely as possible on the Engine conditions coordinated sealing pressure must be set during installation is a significantly flatter course of the deformation characteristic required.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Weichstoffflachdichtungsmaterial gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruchs zu schaffen, welches eine flachere Verformungskennlinie beim Einbau besitzt, und welches einfach und kostensparend herstellbar ist.The present invention is therefore the object based on a soft gasket material according to To create the generic term of the main patent claim, which has a flatter deformation characteristic during installation owns, and which is simple and cost-saving can be produced.
Diese Aufgabe wird durch ein im Papierherstellungsverfahren gewonnenes Faservlies gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches gelöst, dessen organische Fasern aus einem Gemisch fibrillierter p-Polyaramidfasern mit nicht fibrillierten Synthesefasern mit erhöhter Temperaturbeständigkeit über 200°C, einer Bruchdehnung von mehr als 15% und einem E-Modul von unter 15 kN/mm2 bestehen. Das Gewichtsverhältnis der fibrillierten p-Polyaramidfaser zur nicht fibrillierten organischen Synthesefaser liegt dabei bevorzugt zwischen 1 : 4 und 4 : 1. Die bevorzugte Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Faservlieses besteht dann ausThis object is achieved by a nonwoven fabric obtained in the paper manufacturing process according to the preamble of the main patent claim, the organic fibers of which consist of a mixture of fibrillated p-polyaramid fibers with non-fibrillated synthetic fibers with increased temperature resistance above 200 ° C, an elongation at break of more than 15% and an elastic modulus of exist below 15 kN / mm 2 . The weight ratio of the fibrillated p-polyaramid fiber to the non-fibrillated organic synthetic fiber is preferably between 1: 4 and 4: 1. The preferred composition of a nonwoven fabric according to the invention then consists of
1 bis 15 Gewichtsprozent fibrillierter
p-Polyaramidfaser
1 bis 15 Gewichtsprozent nicht fibrillierter
organischer Synthesefaser mit den obigen
technologischen Eigenschaften
35 bis 95 Gewichtsprozent eines anorganischen
Füllstoffs und
3 bis 10 Gewichtsprozent eines organischen
Bindemittels und
0 bis 30 Gewichtsprozent Mineralfasern.1 to 15 percent by weight of fibrillated p-polyaramid fiber
1 to 15% by weight of non-fibrillated organic synthetic fiber with the above technological properties
35 to 95 percent by weight of an inorganic filler and
3 to 10 percent by weight of an organic binder and
0 to 30 weight percent mineral fibers.
Mit den erfindungsgemäßen Faservliesen wurden Prüfringe mit metallisch eingefaßten Öffnungsrändern hergestellt und ihr Verformungsverhalten an den Einfassungen bestimmt. Die vermessenen Verformungswerte wurden mit gemäß der US-PS 43 87 178 hergestellten Prüfringen mit lediglich fibrillierten Polyaramidfasern verglichen, und dabei wurde für uns überraschend bei den erfindungsgemäßen Prüfringen ein wesentlich flacherer Verlauf der Verformungskennlinie als bei den bekannten Materialien festgestellt. Mit den erfindungsgemäßen Faservliesen können jetzt auch Dichtungsmaterialien mit am Öffnungsrand genau auf die Motorverhältnisse abgestimmter Dichtpressung hergestellt werden.With the nonwovens according to the invention Test rings with metal edged opening edges manufactured and their deformation behavior at the Mounts determined. The measured ones Deformation values were determined according to the US-PS 43 87 178 test rings produced with only compared fibrillated polyaramid fibers, and thereby was surprising for us in the inventive Test rings a much flatter course of the Deformation characteristic curve than with the known materials detected. With the nonwovens according to the invention can now also use sealing materials with am Opening edge exactly to the engine conditions coordinated sealing pressure can be produced.
Gefunden wurde, daß als nicht fibrillierte organische Synthesefasern mit einem E-Modul von weniger als 15 kN/mm2 und einer Bruchdehnung von mehr als 15% vor allem die Fasern aus meta-Polyaramid, Polyimid und voroxidiertem Polyacrylnitril eingesetzt werden können.It was found that the fibers made of meta-polyaramide, polyimide and pre-oxidized polyacrylonitrile can be used as non-fibrillated organic synthetic fibers with an elastic modulus of less than 15 kN / mm 2 and an elongation at break of more than 15%.
Die Faserlänge aller im Faservlies eingesetzten Fasern sollte bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 6 mm liegen, dabei können erfindungsgemäß dem Faservlies vor allem zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit auf der Papiermaschine auch bis zu 30 Gewichtsprozent Mineralfasern, wie Glasfasern, Steinwollfasern oder Schlackenfasern zugegeben sein. Dieser Zusatz beeinflußt das Verformungsverhalten des Faservlieses nur unwesentlich.The fiber length of all fibers used in the nonwoven should preferably be in the range between 0.2 and 6 mm lie, the nonwoven according to the invention especially to improve workability the paper machine also up to 30 percent by weight Mineral fibers, such as glass fibers, rock wool fibers or Slag fibers may be added. This addition influences the deformation behavior of the nonwoven only insignificant.
Als mineralische, pulvrige bis feinkörnige Füllstoffe werden die aus der asbestfreien Faservliestechnik bekannten mineralischen Füllstoffe, wie Kieselsäure, Tonerde, Glimmermehl, Schiefermehl, Diatomeenerde, Porzellanerde, Wollastonit oder Keramik, verwendet. Als Bindemittel wird bevorzugt ein Nitrilbutadien-Latex mit gegebenenfalls den zur Vernetzung erforderlichen Zusatzstoffen verwendet.As mineral, powdery to fine-grained fillers become from the asbestos-free nonwoven technology known mineral fillers, such as silica, Alumina, mica flour, slate flour, diatomaceous earth, Porcelain earth, wollastonite or ceramics. As The binder is preferably a nitrile butadiene latex with where necessary the necessary for networking Additives used.
Die Herstellung der Faservliese erfolgt im Papierherstellungsverfahren nach den aus der Faservliestechnik bekannten Verfahrensschritten.The production of the nonwovens takes place in Papermaking process according to the from the Nonwoven technology known process steps.
Durch die Erfindung ist somit ein asbestfreies Faservliesmaterial für die Herstellung von vor allem Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen geschaffen, das neben den erforderlichen Festigkeitswerten, Beständigskeitswerten gegenüber Abdichtmedien, der Temperaturbeständigkeit, der Elastizität und Verformbarkeit auch eine flache Verformungskennlinie aufweist. Diese flache Verformungskennlinie ermöglicht beim Einbau die Einstellung eines genau auf die Motorverhältnisse abgestimmten Dichtpressungsdruckes, vor allem zwischen eingefaßtem Brennraumbereich und Restfläche. Das mit den erfindungsgemäßen Faservliesen hergestellte Weichstoffflachdichtungsmaterial kann zusätzlich, wie bei Zylinderkopfdichtungen üblich, imprägniert sein oder es können damit auch Auspuffflanschdichtungen oder andere Flachdichtungen, vor allem für den Motorenbau, hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial kann darüber hinaus preiswerter sein, da relativ teure p-Polyaramidfasern durch preiswertere organische Synthesefasern ersetzt werden können. The invention thus makes it asbestos-free Nonwoven material for the production of above all Cylinder head gaskets for internal combustion engines created that in addition to the required Strength values, resistance values Sealing media, temperature resistance, the Elasticity and deformability also a flat Has deformation characteristic. This flat Deformation characteristic enables the Setting one exactly to the engine conditions coordinated sealing pressure, especially between enclosed combustion chamber area and remaining area. That with the nonwovens produced according to the invention Flat gasket material can additionally, such as usual with cylinder head gaskets, be impregnated or it can also be used for exhaust flange seals or other flat seals, especially for the Engine construction. The invention Sealing material can also be cheaper be because of relatively expensive p-polyaramid fibers cheaper organic synthetic fibers to be replaced can.
In der Abbildung sind die Verformungskennlinien von drei metallisch eingefaßten Faservliesringen dargestellt.The deformation characteristics of are shown in the figure three non-woven rings with a metallic border shown.
Die Probe 1 dient zum Vergleich und das Faservlies besteht ausSample 1 is used for comparison and the nonwoven consists
5% p-Polyaramidfaser fibrilliert, Faserlänge 0,2
bis 6 mm
10% p-Polyaramidfaser nicht fibrilliert, Faserlänge
0,2-6 mm
7% NBR-Katuschuklatex als Bindemittel
78% Kieselsäure als Füllstoff5% p-polyaramid fiber fibrillated, fiber length 0.2 to 6 mm
10% p-polyaramid fiber not fibrillated, fiber length 0.2-6 mm
7% NBR rubber latex as a binder
78% silica as filler
Die Probe 2 ist ein erfindungsgemäßes Faservlies und besteht ausSample 2 is a nonwoven and consists
5% p-Polyaramidfaser fibrilliert, Faserlänge 0,2 bis
6 mm
10% m-Polyaramidfaser nicht fibrilliert, Faserlänge
0,2 bis 6 mm
7% NBR-Kautschuklatex als Bindemittel
78% Kieselsäure als Füllstoff5% p-polyaramid fiber fibrillated, fiber length 0.2 to 6 mm
10% m-polyaramid fiber not fibrillated, fiber length 0.2 to 6 mm
7% NBR rubber latex as a binder
78% silica as filler
Die Probe 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Faservlies ausSample 3 is another according to the invention Non-woven fabric
5% p-Polyaramidfaser fibrilliert, Faserlänge 0,2 bis
6 mm
10% voroxidierter Polyacrylnitrilfaser nicht
fibrilliert, Faserlänge 0,2 bis 6 mm
7% NBR-Kautschuklatex als Bindemittel
78% Kieselsäure als Füllstoff5% p-polyaramid fiber fibrillated, fiber length 0.2 to 6 mm
10% pre-oxidized polyacrylonitrile fiber not fibrillated, fiber length 0.2 to 6 mm
7% NBR rubber latex as a binder
78% silica as filler
Die Prüfringe besitzen eine Faservliesdicke von 1,748 bis 1,752 mm und sind am Öffnungsrand mit einer im Querschnitt U-förmig über den Rand gebogenen metallischen Einfassung aus einem Ironal-Stahlblech von 0,25 mm Dicke versehen. Bei den Prüfringen sind die Einfassungen nicht in den Weichstoff einplaniert und der Bördelüberstand ist gleich der Einfassungsdicke. Die Messung der Flächenpressung und des Verformungswegs erfolgt an der Einfassung im Modellgerät.The test rings have a fiber fleece thickness of 1.748 up to 1.752 mm and are with an im Cross section U-shaped bent over the edge metallic edging from an ironal steel sheet 0.25 mm thick. With the test rings are the borders are not leveled in the soft material and the flare protrusion is equal to that Edging thickness. The measurement of the surface pressure and the deformation path takes place at the border in the Model device.
In der Abbildung sind im Diagramm auf der X-Achse die Verformung 5 der Dichtungsplatte in Mikrometer und auf der Y-Achse die Flächenpressung 4 in N/mm2 angegeben. Die Kurven sind die Verformungskennlinien der vermessenen Prüfringe. Dabei bedeutet der relativ steile Anstieg der Verformungskennlinie der Vergleichsprobe 1 eine starke Erhöhung der Flächenpressung bei schon geringer Verformungsveränderung, während die Verformungskennlinien der erfindungsgemäßen Proben 2 und noch mehr 3 flacher ansteigen und entsprechende Verformungsveränderungen wesentlich geringere Änderungen der Flächenpressungen hervorrufen. Nur bei den erfindungsgemäßen Proben 2 und 3 ist die problemlose Einstellung eines genau auf die Motorverhältnisse abgestimmten Dichtpressungsdruckes zwischen eingefaßtem Öffnungsrand und Restfläche möglich.The diagram shows the deformation 5 of the sealing plate in micrometers on the X axis and the surface pressure 4 in N / mm 2 on the Y axis. The curves are the deformation characteristics of the measured test rings. The relatively steep increase in the deformation characteristic of comparative sample 1 means a strong increase in the surface pressure with even a slight change in deformation, while the deformation characteristics of samples 2 according to the invention increase more evenly and 3, and corresponding deformation changes cause significantly smaller changes in the surface pressures. Only with samples 2 and 3 according to the invention is the problem-free adjustment of a sealing pressure which is precisely matched to the engine conditions between the bordered opening edge and the remaining surface.
Claims (6)
1 bis 15 Gewichtsprozent nicht fibrillierter organischer Synthesefaser
0 bis 30 Gewichtsprozent Mineralfaser
35 bis 95 Gewichtsprozent mineralischem Füllstoff und
3 bis 10 Gewichtsprozent organischem Bindemittelbesteht.6. Flat gasket material according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the non-woven fabric consists of 1 to 15 percent by weight of fibrillated p-polyaramid fiber
1 to 15 percent by weight of non-fibrillated organic synthetic fiber
0 to 30 weight percent mineral fiber
35 to 95 percent by weight mineral filler and
3 to 10 weight percent organic binder.
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1987
- 1987-10-21 DE DE19873735634 patent/DE3735634A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3735634A1 (en) | 1989-05-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: GOETZE PAYEN GMBH, 57562 HERDORF, DE |
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