![]() Zahnärztliches Handinstrument mit einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager
专利摘要:
Die Erfindung betrifft ein zahnärztliches Handinstrument (1, 3) mit mindestens einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager (4), wobei das Wälzlager (4) mehrere Wälzkörper (5) aufweist, die mittels eines Käfigs (8, 12) geführt sind und die zumindest im Bereich von Führungsflächen (8.1-8.3, 12.1-12.3) aus Keramik oder Glaskeramik bestehen. 公开号:DE102004019236A1 申请号:DE102004019236 申请日:2004-04-16 公开日:2005-11-03 发明作者:Thomas Bierbaum;Walter Schumacher-Ruf;Rainer Worschischek 申请人:Sirona Dental Systems GmbH; IPC主号:A61C1-02
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein zahnärztlichesHandinstrument mit einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager.Bei derartigen Wälzlagern sindmehrere Wälzkörper vorhanden,die mittels eines Käfigsgeführtund zueinander auf Abstand gehalten sind. [0002] Käfige ausKunststoff nach dem Stand der Technik haben zwar eine Lebensdauer,die bei 2.000 bis 5.000 Sterilisationszyklen liegt, weisen aber schlechteNotlaufeigenschaften auf. Darüberhinaus begrenzt die Temperaturbeständigkeit der Käfigmaterialienaus Kunststoff das Sterilisationsverfahren auf die Wasserdampfsterilisationbei üblichenTemperaturen von 134° Cbzw. bei einer Heissluftsterilisation bis 180° C. [0003] DerAusfall typischer bekannter Käfigeaus Kunststoff lässtsich auf lokale Temperaturerhöhungendurch Reibung zurückführen, dieden Käfigschädigen,in dem Partikel abgelöstoder abgeschmolzen werden, wodurch unter anderem Anlagerungen an dieWälzkörper entstehenkönnen,die den weiteren Verschleiß begünstigen. [0004] Ausder WO 90/14049 A1 ist ein zahnärztlichesHandinstrument mit einem sich drehenden Bearbeitungswerkzeug bekannt,bei dem wenigstens die Wälzkörper eineskäfiglosenWälzlagersaus einem keramischen Werkstoff bestehen. Dieses In strument kannsterilisiert werden und ohne Schmierung der Lager betrieben werden. [0005] Ausder DE 198 43 951A1 ist ein zahnärztlichesHandstückbekannt, in dessen Antriebssystem eine Wälzlageranordnung zur Lagerungeiner Motorwelle vorgesehen ist. Die Wälzlageranordnung weist mehrereRollelemente auf, die aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen,insbesondere aus einem keramischen Material. Darüber hinaus können Laufringedes Wälzlagersaus keramischen Material geformt sein. Als Material wird insbesondereSiliziumnitrid vorgeschlagen. [0006] Ausder DE 196 12 571A1 wird fürkäfiglose Wälzlagervorgeschlagen, zwischen Keramikwälzkörpern einzelneWälzkörper ausPlastik anzuordnen, die mit einem Schmierstoff getränkt sind, Schmierstoffabgeben und/oder aus selbstschmierendem Werkstoff bestehen. [0007] DasgrundsätzlicheProblem bei käfiglosen Wälzlagernbesteht darin, dass im Kontaktbereich zwischen zwei Wälzkörpern aufgrundder unterschiedlichen Richtungskomponenten der sich berührendenWälzkörper diedoppelten Geschwindigkeiten erreicht werden und damit eine besondereAnfälligkeitfür Verschleiß vorliegt. [0008] DieAufgabe der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer eines Wälzlagerseines zahnärztliches Handinstrumentesweiter zu verbessern. Darüberhinaus soll insbesondere die Sterilisierbarkeit des Wälzlagersberücksichtigtwerden und ebenso die Problematik der Schmierung des Wälzlagers. [0009] Erfindungsgemäß ist einzahnärztlichesHandinstrument mit mindestens einem keramische Bauelemente aufweisendenWälzlagermit mehreren, mittels eines KäfigsgeführterWälzkör pern soausgebildet, dass der Käfigzumindest im Bereich von Führungsflächen ausKeramik besteht. [0010] Gegenüber denbislang verwendeten typischen Käfigenaus Kunststoff ist die Temperaturbeständigkeit erhöht und derVerschleiß reduziert,insbesondere dann, wenn Mangelschmierung vorliegt oder auf eineSchmierung insgesamt verzichtet wird. Die Führung des Käfigs kann am Innenring oderam Außenringoder durch die Wälzkörper erfolgen. [0011] Durchdie Verwendung von auf den Anwendungsfall angepasster Keramik istes insbesondere auch möglich,gute Gleiteigenschaften bereit zu stellen und die Reibung zu reduzieren.Insbesondere in der Materialpaarung Keramik/Stahl für Käfig/Kugel bzw.Käfig/Lagerringführt dasgute Reibungsverhalten zu einem stark reduzierten Verschleiß im Bereich derKäfigführung, aberauch im Bereich der Kugelführunginnerhalb des Käfigs. [0012] DieVerwendung eines Käfigs,der vollständigaus Keramik besteht, hat darüberhinaus den Vorteil, dass bei Verwendung der Wälzlager innerhalb eines Magnetfeldeskeine durch den Käfighervorgerufenen Wirbelstromverluste entstehen, wie dies etwa beiMetallkäfigender Fall wäre.Insofern werden hier die positiven Eigenschaften eines Kunststoffkäfigs vollständig erreicht.Zudem kann die Herstellung derartiger Käfige einfacher sein. [0013] Einweiterer Vorteil ist die Sterilisationsbeständigkeit von Keramik. Keramikist unter den gegebenen Sterilisationsbedingungen weitestgehendchemisch inert und den mechanischen Beanspruchungen durch Dampfund Hitze gewachsen. [0014] Vorteilhafterweisewird eine Keramik verwendet, deren Dichte geringer ist als die vonMetall, und hier insbesondere von Stahl. Nicht nur die Dichte gehtin die Berechnung des Massenträgheitsmomentsein, sondern die geometrische Ausbildung der Käfigkonstruktion hat ebenfallseinen Einfluss. Lässt sichdas Bauvolumen verringern, kann dies entscheidende Vorteile haben.So werden die dynamischen Eigenschaften beim Beschleunigen und Abbremsen verbessert. [0015] Isteine elektrische Isolierung mittels des Wälzlagers angestrebt, wozu beispielsweisegemäß dem Standder Technik die Wälzkörper oderdie Laufringe oder alles zusammen aus Keramik ausgeführt seinkann, lässtsich bei der Verwendung eines Keramikkäfigs gegenüber einem Metallkäfig dieLuft- und Kriechstreckevergrößern. MitKohlenstoff verstärkte Kunststoffkäfige habenhingegen den Nachteil, dass sie keine so guten Isolierungseigenschaftenaufweisen. [0016] Auchbei Belastung weist die Keramik einen Elastizitätsmodul auf, der zumindestdem von Stahl entspricht, in der Regel jedoch sogar noch höher liegt. [0017] Vorteilhafterweiseist das zahnärztlicheHandinstrument mit einem Käfigausgestattet, dessen keramische Beschichtung oder Käfigmaterialaus Siliziumnitrid (Si3N4)besteht. Silizumnitrid erweist sich hinsichtlich seiner physikalischenund chemischen Eigenschaften fürden Einsatz im zahnärtlichenUmfeld als besonders geeignet. [0018] Gemäß einervorteilhaften Weiterbildung ist die verwendete Keramik zumindestan der Oberflächedes Käfigsim Bereich der Führungsflächen porös, um Schmierstoffaufzunehmen. Dieser Schmierstoff wird im Betrieb abgegeben und beugteiner Mangelschmierung vor. [0019] Gemäß einervorteilhaften Weiterbildung ist der Käfig zumindest im Bereich derFührungsflächen miteiner Beschichtung versehen, die härter als unerwünschte Fremdteilewie z.B. metallische Partikel oder Kohlepartikel des antreiben denElektromotors ausgebildet ist, so dass eine Anlagerung der Partikelnan die Führungsfläche vermiedenwerden kann und es ist aufgrund der Härte der Keramik nicht zu einerEinlagerung in die Oberflächekommt. Es kann sich hier also insgesamt um eine einlagige oder mehrlagigeBeschichtung handeln. Die metallischen Partikel können beispielsweisedurch Abrieb freigesetzt werden. [0020] DieVerwendung von Käfigen,die keramische Komponenten beinhalten, hat darüber hinaus den Vorteil, dassdie Wärmeausdehnungder Keramik durch geschickte Wahl der Werkstoffzusammensetzung sobeeinflusst werden kann, dass sich die Führungsspalte der Wälzlagerund der Käfigführung beiWärmeänderungenin gewünschterWeise verändernbzw. konstant bleiben, dass also insbesondere der Spalt nicht zugroß,aber auch nicht zu klein wird. [0021] Darüber hinauskönneninsbesondere bei einem vollkeramischen Käfig Sollbruchstellen vorgesehensein, die eine Demontage erleichtern. Keramik ist typischerweisebruchempfindlich und kann zur Demontage leicht zerstört werden. [0022] Vorteilhafterweiseweist der Käfigweitere Bohrungen auf, die nicht zur Führung der Wälzkörper dienen. Derartige Bohrungentragen zu einer Gewichtsreduktion und zu einer Verringerung derMassenträgheitbei. [0023] Vorteilhafterweisekann der Käfigmit einem oder mehreren nichtkeramischen Ringen verstärkt werden,um den Fliehkräftenentgegen zu wirken. Dies ist insbesondere bei einem vollkeramischenKäfig vonVorteil. Die Ringe könnenan dem Außenumfangdes Käfigsangeordnet sein. Die Verstärkungsringesind in diesem Fall bevorzugt aus Metall gefertigt. [0024] Darüber hinauskann es sinnvoll sein, wenn die Verstärkungsringe unter Vorspannungstehen, so dass sichergestellt ist, dass der Käfig stets einer Druckspannungausgesetzt ist, auch bei hohen Drehzahlen. [0025] Vorteilhafterweiseist das zahnärztlicheHandinstrument mit einer Turbine angetrieben und das Wälzlagerist mit mindestens 200.000 U/min (3.333 1/s) betreibbar. Dadurchkann ein zahnärztliches Handinstrumentmit einem keramische Bauelemente aufweisenden Lager an bestehendenBehandlungsplätzeneingesetzt werden, die Druckluft bereit stellen. [0026] Eineandere vorteilhafte Ausgestaltung des zahnärztlichen Handinstruments bestehtdarin, dass das Handinstrument zum Antrieb einen elektrischen Motoraufweist und das Wälzlagerim Bereich des Motors angeordnet ist und mit Umdrehungen bis zu 50.000U/min (833 1/s) betreibbar ist. Dies ermöglicht den Betrieb eines zahnärztlichenHandinstruments, wenn ein turbinenbetriebenes Handinstrument nicht betriebenwerden kann oder nicht erwünschtist. [0027] Besondersvorteilhaft ist es, wenn das Wälzlagerzur Lagerung der Antriebswellen dient. Hier kommen seine Vorzüge gegenüber herkömmlichen Wälzlagernzum Tragen. [0028] Inder Zeichnung sind Ausführungsbeispiele derErfindung dargestellt. Es zeigt die: [0029] 1 einHandinstrument in einer Ausführungals Turbine, die [0030] 2 einzahnärztlichesHandinstrument in Form eines Winkelstücks mit Elektromotor, die [0031] 3A einWälzlagerder Turbine aus 1 mit einem Käfig miteine Beschichtung aufweisenden Führungsflächen, die [0032] 3B einWälzlagerder Turbine aus 1 im Schnitt AA aus 3a,die [0033] 4 einenKäfig mitSollbruchstellen und mehreren Verstärkungsringen, die [0034] 5 einenOberflächenausschnitteines Käfigsmit einer porösenOberflächeim Bereich der Führungen. [0035] Die 1 zeigtein erfindungsgemäßes zahnärztlichesHandinstrument 1, bei dem als Antrieb eine von Druckluftbetriebene Turbine verwendet wird. Die Turbine befindet sich imKopfteil 2 des Handinstruments 1, ist aber inder Zeichnung nicht dargestellt. Als Lager der Turbine kann einkeramische Bauelemente aufweisendes Wälzlager zum Einsatz kommen,wie es in den 3A, 3B gezeigtist. [0036] Die 2 zeigtein erfindungsgemäßes zahnärztlichesHandinstrument 3, dessen Antrieb als Elektromotor ausgeführt ist.Ein erfindungsgemäßes Wälzlagerkann hier beispielsweise zur Lagerung einer Antriebswelle in einemHandinstrument oder der Motorwelle in einem Motor dienen. [0037] Die 3A zeigteinen Schnitt durch ein keramische Bauelemente aufweisendes Wälzlager 4, beidem als Wälzkörper Kugeln 5 verwendetwerden, die in Kontakt mit dem Innenring 6 und dem Außenring 7 desWälzlagers 4 stehen.Die Kugeln 5 werden von einem Käfig 8 geführt, deran der dem Innenring 6 zugewandten seitlichen Führungsfläche 8.1 undan der den Wälzkörpern 5 zugewandtenradialen Führungsfläche 8.2 zumindestan der Oberflächeeine Beschichtung 9, 10 aus Keramik oder Glaskeramik aufweist.Darüberhinaus kann die Beschichtung 9, 10 porös sein.Die Porositätgewährleisteteine Aufnahme von Schmierstoffen in das Material der Beschichtung,sodass die Schmierung des Lagers 4 auch dann sichergestelltbleibt, wenn von außenkein neuer Schmierstoff zugeführtwird. Das Wälzlager 4 dientzur Aufnahme einer Welle 11, an welcher der Innenring 6 befestigtist. [0038] Die 3B zeigtein keramische Bauelemente aufweisendes Wälzlager 4 in einemQuerschnitt entlang der Linie AA aus 3A. Zuerkennen ist die Führungsfläche 8.3 inUmfangsrichtung, welche ebenfalls eine Beschichtung 10 trägt. DerKäfig 8 kannauch vollständigaus Keramik oder Glaskeramik bestehen. Auch dann ist eine zusätzlicheBeschichtung möglich,aber nicht zwingend erforderlich. [0039] Die 4 zeigteinen Käfig 12,der zusätzlich zuden seitlichen Wälzkörperführungen 13 Sollbruchstellen 14 aufweist,die einerseits zu einer Verringerung des Trägheitsmoments des Lagers beitragen undandererseits oftmals im Sinne der Wartungsfreundlichkeit erwünscht sind.Außerdemsind Bohrungen 14' vorhanden,die zu einer weiteren Reduktion des Trägheitsmoments führen. Zusätzlich istder Käfig 12 aufseinem Außenumfangmit Verstärkungsringen 15 verstärkt, dieden Käfig 12 besservor Fliehkräftenund Stoßbelastungen,wie sie im zahnärztlichenBehandlungsalltag häufigvorkommen, schützen,da die Verstärkungsringe 15 demKäfig 12 eine höhere Festigkeitverleihen und damit eine höhere Drehzahldes Wälzlagers 4 ermöglichen.Die Verstärkungsringe 15 werdendazu bevorzugt unter Vorspannung montiert, was den Vorteil hat,dass der Käfig 12 auchbei hohen Drehzahlen stets einer Druckspannung ausgesetzt ist. Dieserhöhtzusätzlichdie Haltbarkeit des Wälzlagers 4.Der gegenüberdem Käfig 8 weitergebildeteKäfig 12 istan seinen Führungsflächen 12.1, 12.2, 12.3 ebenfallsmit einer porösenSchicht 9, 10 ausgestattet, um bezüglich der Schmierungseigenschaftendieselben Vorteile zu erzielen wie bei dem in den 3a und 3b dargestelltenKäfig B.Es ist möglich,das Wälzlager 4,das in den 3a und 3b dargestelltist, alternativ zum Käfig 8 mitdem weitergebildeten Käfig 12 auszurüsten. Umgekehrtkann auch der Käfig 8 ausden 3A, 3B mit einem oder mehreren Verstärkungsringenversehen sein. [0040] Die 5 zeigteinen Schnitt durch die Oberflächedes Käfigs 8 bzw. 12.Auf das Grundmaterial 16 des Käfigs 8, 12 isteine porösekeramische Beschichtung 9 aufgebracht, die zumindest sotief reicht, dass eine Tränkungder Oberflächedieser Beschichtung mit Schmiermittel möglich ist. Die poröse Beschichtung 9, 10 kannbei Käfigen,die aus einem keramischen oder nichtkeramischen Grundmaterial bestehen,durch bekannte Beschichtungsverfahren aufgebracht werden oder beiKäfigen,die aus einem keramischen oder glaskeramischen Grundmaterial bestehen,durch spezielle Bearbeitungsschritte beim Formungsprozess entstehen.Die Größe und Anzahl derPoren 17 ist so gewählt,dass einerseits das Schmiermittel in die poröse Schicht 9 eindringen kann,andererseits die Oberflächedes Käfigs 8 eine Härte aufweist,die hoch genug ist, um den Belastungen im Praxisbetrieb standzuhalten. [0041] DieReibwerte der Reibpartner des Wälzlagers 4 können durchmetallischen Abrieb oder sonstige Verschmutzungen, z.B. Kohlenstaub,im Laufe der Zeit erhöhtwerden und das Lager kann durch unsachgemäße Benutzung Belastungen ausgesetzt sein,die zu räumlichkonzentrierten Belastungsspitzen im Wälzlager 4 führen undAbsprengungen von Materialien verursachen könnten. Die Führungsflächen, obals keramische oder glaskeramische Beschichtung oder als Vollmaterialausgeführt,sind daher so auszugestalten, dass diese Belastungen ohne Verkürzung derplanmäßigen Lebensdauer überstandenwerden. 1 zahnärztlichesHandinstrument mit Turbinenantrieb 2 Kopfteil 3 zahnärztlichesHandinstrument mit Elektromotorenan trieb 4 Wälzlager 5 Wälzkörper, ausgebildetals Kugel 6 Innenring 7 Aussenring 8 Käfig 8.1 seitlicheFührungsflächen 8.2 radialeFührungsfläche 8.3 Führungsfläche in Umfangsrichtung 9 keramischeBeschichtung (zum Innenring weisend) 10 keramischeBeschichtung (zum Wälzkörper weisend) 11 Welle 12 Käfig 12.1 seitlicheFührungsflächen 12.2 radialeFührungsfläche 12.3 Führungsfläche in Umfangsrichtung 13 Wälzkörperführung 14 Sollbruchstelle 14' Bohrung 15 Verstärkungsring 16 Grundmaterialdes Käfigs 17 offenerBereich
权利要求:
Claims (12) [1] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) mit mindestens einem keramischeBauelemente aufweisenden Wälzlager(4), wobei das Wälzlager(4) mehrere Wälzkörper (5)aufweist, die mittels eines Käfigs(8, 12) geführtsind, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8,12)zumindest im Bereich von Führungsflächen (8.1–8.3, 12.1–12.3)aus Keramik oder Glaskeramik besteht. [2] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Keramik ein Siliziumnitrid (Si3N4) ist. [3] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik zumindest im Bereichder Führungsflächen (8.1–8.3, 12.1–12.3)eine Porositätaufweist, die zur Aufnahme von Schmierstoff geeignet ist. [4] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (8.1–8.3, 12.1–12.3)des Käfigs(8, 12) eine Beschichtung (9, 10)aufweist, die härterist als unerwünschteFremdteile, insbesondere metallische Partikel oder Kohlepartikeleines antreibenden Elektromotors ist. [5] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeausdehnung des Käfigs (8, 12)der Wärmeausdehnungder Wälzkörper (5)entspricht und/oder der Laufringe (6, 7) entspricht. [6] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8, 12)Sollbruchstellen füreine zerstörendeDemontage aufweist. [7] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8, 12)weitere Bohrungen aufweist, die zur Reduktion des Gewichts und derMassenträgheitdienen. [8] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach den Ansprüchen 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8, 12)durch einen oder mehrere nichtkeramische Ringe (15) verstärkt ist. [9] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Ringe (15) unter Vorspannung stehen. [10] ZahnärztlichesHandinstrument (1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass das zahnärztliche Handinstrument (1)eine Turbine aufweist, und das Wälzlager(4) mit mindestens 200.000 U/min (3.333 1/s) betreibbarist. [11] ZahnärztlichesHandstück(1, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dassdas Handinstrument (3) einen elektrischen Motor aufweistund dass das Wälzlager(4) im Bereich des Motors angeordnet und mit Umdrehungenbis zu 50.000 U/min (833 1/s) betreibbar ist. [12] ZahnärztlichesHandinstrument (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass das Wälzlager(4) zur Lagerung von Antriebswellen dient, welche insbesonderemit Umdrehungen bis zu 200.000 U/min (3.333 1/s) betreibbar sind.
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同族专利:
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
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