CH639328A5 - ROTARY RAIL MOTOR VEHICLE. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Drehgestell-Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsaggregat. The invention relates to a bogie rail vehicle with at least one drive unit.
Beim Fahren von Schienentriebfahrzeugen mit Drehgestellen macht sich mit zunehmender Geschwindigkeit insbesondere das horizontale Schwingungsverhalten störend bemerkbar, wobei sich im allgemeinen eine translatorische Schwingung mit einer quer zum Gleis gerichteten Amplitude und eine Drehschwingung um eine senkrechte Achse zu einer Schlingerbewegung, dem sogenannten Drehgestell-Sinuslauf, überlagern. Es besteht hierbei die Gefahr, dass die Amplituden dieser Bewegungen auf unzulässige Grössen anwachsen. When driving railcars with bogies, the horizontal vibration behavior becomes noticeably disruptive with increasing speed, whereby generally a translational vibration with an amplitude directed transversely to the track and a torsional vibration about a vertical axis overlap to form a wobble movement, the so-called bogie sinus run . There is a risk here that the amplitudes of these movements increase to impermissible sizes.
Um hier Abhilfe zu schaffen, hat man bei bekannten Schienentriebfahrzeugen versucht, die Steifigkeiten und Dämpfungen der Feder- und Dämpfungselemente, die die Radsätze, Drehgestelle und den Fahrzeugkasten miteinander s verbinden, entsprechend den Massen der genannten' Fahrzeugteile möglichst optimal aufeinander abzustimmen. So sind beispielsweise Fahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt, bei denen zur Begrenzung der Drehschwingungen der Drehgestelle Dämpfungseinrichtungen zwischen dem io Drehgestelirahmen und dem Fahrzeugkasten angeordnet sind. In order to remedy this situation, attempts have been made in known rail locomotives to match the stiffness and damping of the spring and damping elements which connect the wheel sets, bogies and the vehicle body to one another as optimally as possible in accordance with the masses of the said 'vehicle parts. For example, vehicles of the type mentioned at the outset are known in which damping devices are arranged between the io bogie frame and the vehicle body in order to limit the torsional vibrations of the bogies.
Für den Geschwindigkeitsbereich weit über 200 km/h reicht diese bauliche Massnahme zur Erzielung einer befriedigenden Laufstablität des Fahrzeugs jedoch nicht aus. ls Die Antriebsaggregate, wie z.B. ein Gesteilmotor und das zugehörige Übersetzungsgetriebe, sind bei den bekannten Schienentriebfahrzeugen über Federelemente derart gelagert, dass niur senkrechte Stösse vom Drehgestelirahmen auf die Antriebsaggregate gemildert werden. In Querrichtung sind 2o aber diese Federelemente nahezu starr, so dass die Massen des bzw. der Antriebsaggregate in schwingungstechnischer Hinsicht in Querrichtung am Drehgestelirahmen direkt angekoppelt sind. For the speed range of well over 200 km / h, however, this structural measure is not sufficient to achieve satisfactory running stability of the vehicle. ls The drive units, e.g. a geared motor and the associated transmission gearbox are mounted in the known rail vehicles via spring elements in such a way that only vertical impacts from the bogie frame on the drive units are mitigated. In the transverse direction, however, these spring elements are almost rigid, so that the masses of the drive unit (s) are directly coupled to the bogie frame in the transverse direction in terms of vibration technology.
Zur Behebung dieses Mangels sind die Fahrmotore bei 25 anderen bekannten Schienentriebfahrzeugen vom Drehgestell in den Fahrzeugkasten verlagert worden. Bei einer derartigen Lösung werden zwar in schwingungstechnischer Hinsicht die Massenverhältnisse im Drehgestell verbessert, dafür ist aber, durch die bei Bogenfahrten grossen Relativbewe-30 gungeni zwischen Fahrzeugkasten und Radsätzen bedingt, die Übertragung des Drehmoments von den Antriebsaggregaten auf die Radsätze konstruktiv und gewichtsmässig aufwendig und entsprechend störanfällig. Zudem lässt sich diese Lösung oft nicht ohne schwerwiegende andere Nachteile 35 ausführen, weil der Raum für die Antriebsaggregate in oder unter dem Wagenkasten erst durch Verlängerung des Fahrzeugs verfügbar ist. Darüber hinaus muss aber auch bei diesen bekannten Schienenfahrzeugen ein Teil der Antriebsaggregate — nämlich der Achsantrieb — notwendigerweise 40 im Drehgestell verbleiben. To remedy this deficiency, the traction motors in 25 other known rail vehicles have been moved from the bogie to the vehicle body. With such a solution, the mass ratios in the bogie are improved from a vibration point of view, but the transmission of the torque from the drive units to the wheelsets is constructive and weight-consuming and corresponding, due to the large relative movement between the vehicle body and the wheel sets prone to failure. In addition, this solution can often not be carried out without serious other disadvantages 35, because the space for the drive units in or under the car body is only available by extending the vehicle. In addition, some of the drive units - namely the axle drive - must necessarily remain in the bogie in these known rail vehicles.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine hohe Laufstabilität erreicht wird und bei dem die kritische Geschwindigkeit, die durch periodischen Spurkranzan-45 lauf der Radsätze mit etwa 1 bis 5 Hz beim Lauf in der Geraden gekennzeichnet ist, auf Geschwindigkeitsbereiche wesentlich über 200 km/h angehoben werden kann. Dabei sollen die genannten Nachteile der bekannten Schienentriebfahrzeuge vermieden werden. The invention has for its object to provide a rail vehicle of the type mentioned, with which a high running stability is achieved and at which the critical speed caused by periodic wheel flange 45 of the wheel sets with about 1 to 5 Hz when running in a straight line is marked, can be raised to speeds significantly above 200 km / h. The disadvantages of the known railcars are to be avoided.
50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das bzw. die Antriebsaggregate innerhalb des Drehgestellrahmens in Querrichtung im wesentlichen um den gleichen Ausschlag translatorisch und um eine senkrechte Achse im wesentlichen um den gleichen Drehwinkel rotatorisch 55 bewegbar sind, wie der Drehgestelirahmen im Gleis, wobei das bzw. die Antriebsaggregate in Querrichtung über mindestens ein Feder- und ein Dämpfungselement mit dem Drehgestelirahmen verbunden sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Federsteifigkeit des bzw. der Federelemente derart gering 60 bemessen ist, dass die quer zur Fahrtrichtung gerichteten translatorischen Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate gegenüber dem Drehgestelirahmen und die entsprechenden Drehschwingungen um eine vertikakle Achse Eigenfrequenzen bis maximal 5 Hz aufweisen und wenn die 65 Dämpfungskenniwerte des bzw. der Dämpfungselemente an die Frequenzen und Amplituden der Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate derart angepasst sind, dass das Gesamtsystem des Drehgestells bis zu einer vorgebbaren Höchst 50 This object is achieved according to the invention in that the drive unit (s) within the bogie frame are translationally movable in the transverse direction essentially by the same deflection and about a vertical axis essentially by the same angle of rotation 55 as the bogie frame in the track, the or the drive units are connected in the transverse direction to the bogie frame via at least one spring and one damping element. It is advantageous if the spring stiffness of the spring element (s) is dimensioned so low that the translational vibrations of the drive unit (s) transverse to the direction of travel with respect to the bogie frame and the corresponding torsional vibrations about a vertical axis have natural frequencies of up to 5 Hz and if the 65 damping characteristic values of the damping element (s) are adapted to the frequencies and amplitudes of the vibrations of the drive unit (s) in such a way that the overall system of the bogie up to a predetermined maximum
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geschwindigkeit schwingungstechnisch stabil ist. Mit den im Ansprach 4 beschriebenen Merkmalen ist eine vorteilhafte Aufhängung der Antriebsaggregate angegeben. Das im Anspruch 6 beschriebene Merkmal bringt eine wesentliche Vereinfachung des Antriebsproblems mit sich, während es die in den Ansprüchen 3 und 7 beschriebenen Merkmale ermöglichen, die Federsteifigkeit für die translatorische Bewegung eines Antriebsaggregates in Querrichtung und die für die Drehbewegung um eine senkrechte Achse unabhängig voneinander zu bemessen. speed is stable in terms of vibration. With the features described in spoke 4, an advantageous suspension of the drive units is specified. The feature described in claim 6 brings about a significant simplification of the drive problem, while the features described in claims 3 and 7 allow the spring stiffness for the translational movement of a drive unit in the transverse direction and that for the rotary movement about a vertical axis independently of one another dimensioned.
Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben^ Es zeigen Several embodiments of the object of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below
Fig. 1 ein zweiachsiges Drehgestell eines Schienentrieb-fahrzeugs nach der Erfindung mit einem Antriebsblock für beide Achsen Fig. 1 shows a biaxial bogie of a rail drive vehicle according to the invention with a drive block for both axes
Fig. 2 ein zweiachsiges Drehgestell mit zwei getrennten Antriebseinheiten — je eine für jede Achse Fig. 2 is a two-axle bogie with two separate drive units - one for each axis
Fig. 3 ein Drehgestell mit zwei antriebsmässig getrennten, auf einem gemeinsamen Rahmen befestigten Antriebsaggregaten Fig. 3 is a bogie with two drive separate, attached to a common frame drive units
Fig. 4 ein Drehgestell mit einem an einem Drehstab-Pendel-Paar aufgehängten Antriebsblock mit zwei Achsgetrieben Fig. 4 shows a bogie with a drive block suspended on a torsion bar-pendulum pair with two axle drives
Fig. 4a die Anordnung eines Dämpfungsgliedes zwischen dem Antriebsblock und dem Rahmen des Drehgestells bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. 4a shows the arrangement of an attenuator between the drive block and the frame of the bogie in the embodiment of FIG. 4th
Die Fig. 1 bis 4 sind perspektivische Darstellungen, Fig. 4a ist eine Draufsicht. Die Zeichnungen sind zum Teil stark vereinfacht, um das Wesentliche zu zeigen. 1 to 4 are perspective views, Fig. 4a is a plan view. Some of the drawings are greatly simplified to show the essentials.
Der Drehgestelirahmen 1 besteht aus zwei Längsträgern 2 an den Aussenseiten und zwei Querverbindungen 3 an den Stirnseiten. Das Drehgestell weist zwei Achsen 4 mit je zwei auf den Schienen 6 laufenden Rädern 5 auf. The bogie frame 1 consists of two side members 2 on the outer sides and two cross connections 3 on the end faces. The bogie has two axles 4, each with two wheels 5 running on the rails 6.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Achslager 7 der Achsen 4 über je eine Feder 8 in Längsrichtung — d.h. in Gleisbzw. Fahrtrichtung — und über je ein Feder- und Dämpfungselement 9 bzw. 10 in senkrechter Richtung und über je ein Feder- und Dämpfungselement 11 bzw. 12 in Querrichtung — d h. quer zur Gl'eis- bzw. Fahrtrichtung — mit dem Drehgestelirahmen 1 verbunden. In den Fig. 2 bis 4 sind die Federelemente 8 und die Paare aus Feder- und Dämpfungselementen 9, 10 bzw. 11, 12 der Einfachheit halber nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Zur Aufnahme der senkrechten Kräfte ist jedem Achslager 7 eine Halterung 13 an den Längsträgern 2 zugeordnet. As can be seen from Fig. 1, the axle bearings 7 of the axles 4 are each longitudinally via a spring 8 - i.e. in track or Direction of travel - and via a spring and damping element 9 or 10 in the vertical direction and via a spring and damping element 11 or 12 in the transverse direction - that is. transversely to the direction of ice or driving direction - connected to the bogie frame 1. 2 to 4, the spring elements 8 and the pairs of spring and damping elements 9, 10 and 11, 12 are only indicated with dash-dotted lines for the sake of simplicity. To absorb the vertical forces, each axle bearing 7 is assigned a bracket 13 on the side members 2.
Der Antrieb für die beiden Achsen 4 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem einzigen Antriebsblock 14 zusammengefasst. Der Antriebsblock 14 ist zu einer senkrechten Achse 15 im wesentlichen symmetrisch gestaltet. In Querrichtung ist der Antriebsblock 14 auf jeder Seite über je ein Federelement 16 und ein Dämpfungselement 17 mit den Längsträgern: 2 des Drehgestellrahmens 1 verbunden, wobei die aus je einem Feder- und Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten von der senkrechtem Achse 15 in Längsrichtung einen Abstand 1, untereinander also einen Abstand von — wie in Fig. 1 dargestellt — 2 1 aufweisen. The drive for the two axes 4 is combined in the embodiment shown in FIG. 1 in a single drive block 14. The drive block 14 is essentially symmetrical about a vertical axis 15. In the transverse direction, the drive block 14 is connected on each side via a spring element 16 and a damping element 17 to the longitudinal members: 2 of the bogie frame 1, the units consisting of a spring and damping element 16 or 17 from the vertical axis 15 in the longitudinal direction have a distance 1, that is to say a distance from one another of 2 1, as shown in FIG. 1.
Für die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung von dem Antriebsblock 14 zu den Achsen 4 kann grundsätzlich jede geeignete bekannte Lösung vorgesehen werden, sofern sie die für eine optimale Auslegung erforderlichen Feder- und Dämpfungskennwerte aufweist. Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine in ihrer Ausführung bekannte Hohlwelle 18 vorgesehen!, die auf der einen Seite am Antriebsblock 14 bzw. am Getriebe 22 bzw. 30 und auf der anderen Seite an der Welle 4 bzw. dem Rad 5 kardanisch angelenkt ist. Die axial wirksamen Feder- und In principle, any suitable known solution can be provided for the transmission of power or torque from the drive block 14 to the axles 4, provided that it has the spring and damping characteristics required for an optimal design. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4, a hollow shaft 18 known in its design is provided, which on one side on the drive block 14 or on the gear 22 or 30 and on the other side on the shaft 4 or the Wheel 5 is articulated. The axially effective spring and
Dämpfungseigenschaften der kardanischen Kupplungen der Hohlwelle 18 sind in Fig. 1 in einem Ersatzsystem, bestehend aus je einem Feder- und Dämpfungselement 19 bzw. 20, angedeutet. Damping properties of the cardanic couplings of the hollow shaft 18 are indicated in Fig. 1 in an alternative system, each consisting of a spring and damping element 19 or 20.
5 Durch die beschriebene Anordnung der Feder- und Dämpfungselemente 16, 17 bzw. 19, 20 ist der Antriebsblock 14 sowohl translatorisch in Querrichtung als als auch rotatorisch um die senkrechte Achse 15 gegenüber dem Drehgestelirahmen 1 beweglich gelagert. 5 Due to the arrangement of the spring and damping elements 16, 17 and 19, 20 described, the drive block 14 is mounted both translationally in the transverse direction and rotatably about the vertical axis 15 relative to the bogie frame 1.
io Der Antriebsblock 14 ist in Längsrichtung und in bezug auf Drehung um seine eigene Längsachse über (nicht dargestellte) bekannte gummi-elastische Elemente im Drehgestelirahmen 1 gelagert, durch die dem Antriebsblock 14 gegenüber dem Drehgestelirahmen 1 in den genannten Bewegungs-15 relationen nur geringe Bewegungsmöglichkeiteni gegeben sind. Die senkrechte Anlenkung des Antriebsblocks 14 an den Drehgestelirahmen 1 kann in bekannter Weise mittels Pendellenker, wie sie in den Fig. 2 und' 3 dargestellt sind, erfolgen, so dass die oben beschriebenen Bewegungen in der 20 horizontalen Ebene möglich sind. io The drive block 14 is mounted in the longitudinal direction and with respect to rotation about its own longitudinal axis via known (not shown) rubber-elastic elements in the bogie frame 1, by which the drive block 14 compared to the bogie frame 1 in the aforementioned movement-15 relations only slight movement possibilities given are. The vertical linkage of the drive block 14 to the bogie frame 1 can be carried out in a known manner by means of pendulum links, as shown in FIGS. 2 and 3, so that the movements described above are possible in the horizontal plane.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder Radsatz 4, 5 einen getrennten Antrieb. Jeder Antrieb besteht aus einem Motor 21, dem Getriebe 22 und der Hohlwelle 18. Die Motoren 21 sind über Pendel 23 an den 25 Holmen- 24 einer brückenartigen Querverbindung 25 des Drehgestellrahmens 1 aufgehängt und mit Hilfe von Drehmomentstützen 26 über einen Bolzen 27 in Längsrichtung an den Querverbindungen 3 des Drehgestellrahmens 1 angelenkt. Durch die Pendelaufhängung ist eine Bewegung der 30 Motoren in Querrichtung gegeben, durch die Bolzen 27 ist je eine senkrechte Drehachse für jeden Antriebsblock 21, 22 bestimmt. Die als Zylinder dargestellten- Einheiten, bestehend je aus einem Federelement 16 und einem Dämpfungselement 17, sind zu beiden Seiten zwischen den Motoren 21 35 und den Längsträgern 2 des Drehgestellrahmens 1 angeordnet. In the embodiment shown in Fig. 2, each wheel set 4, 5 has a separate drive. Each drive consists of a motor 21, the gear 22 and the hollow shaft 18. The motors 21 are suspended via pendulums 23 on the 25 bars 24 of a bridge-like cross-connection 25 of the bogie frame 1 and with the aid of torque supports 26 via a bolt 27 in the longitudinal direction the cross connections 3 of the bogie frame 1 articulated. A movement of the 30 motors in the transverse direction is provided by the pendulum suspension, and a vertical axis of rotation is determined for each drive block 21, 22 by the bolts 27. The units shown as cylinders, each consisting of a spring element 16 and a damping element 17, are arranged on both sides between the motors 21 35 and the side members 2 of the bogie frame 1.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Antriebe, bestehend aus je einem Motor 21, einem Getriebe 22 und einer Hohlwelle 18, vorgesehen. Die-40 se Antriebe sind durch ein Rahmengestell 28 — schwingungstechnisch gesehen — zu einem Antriebsblock zusammengefasst. Das Rahmengestell 28 ist in der bereits beschriebenen Weise über Pendel 23 am Drehgestelirahmen 1 angehängt und in Querrichtung über als Zylinder dargestellte 45 Einheiten, bestehend aus je einem Federelement 16 und einem Dämpfungselement 17, gegen den Drehgestelirahmen 1 abgestützt. Der auf dem Rahmengestell 28 zusammenge-fasste Antrieb kann sich somit sowohl translatorisch in Querrichtung als auch rotatorisch um die durch die Mitte so des Rahmengestells 28 gegebene senkrechte Achse 15 bewegen. Bei dem in Fig. 4 und 4a dargestellten Ausführungsbeispiel ist wiederum ein einziger Antriebsblock, bestehend aus einem Motor 29 und zwei Achsgetrieben 30 vorgesehen. Der Motor 29 ist wiederum über Pendel 31 an den Dreh-55 gestellrahmen 1 aufgehängt, im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen sind die Pendel 31 an ihrem oberen Ende jedoch über verdrehsteife Verbindungen 32 an Drehstabfedern 33 befestigt, wobei die Drehstabfedern 33 in auf der Querverbindung 25 angeordneten Lagern drehbar 6o sind. Die aus je einem Feder- und einem Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden, als Zylinder dargestellten Einheiten sind in Querrichtung mittig zwischen den Achsen 4 in einer Flucht angeordnet. Mit dieser Anordnung wird der Vorteil ermöglicht, die Feder- und Dämpfungselemente für 65 die translatorische Bewegung des Antriebsblocks 29, 30 in Querrichtung und die rotatorische Bewegung um die senkrechte Achse 15 getrennt dimensionieren zu können. Bei der transiatorischen Bewegung drehen sich die Drehstabfedern In the embodiment shown in FIG. 3, two separate drives, each consisting of a motor 21, a gear 22 and a hollow shaft 18, are provided. These-40 se drives are combined to form a drive block by a frame 28, in terms of vibration technology. The frame 28 is suspended in the manner already described via pendulum 23 on the bogie frame 1 and is supported in the transverse direction against the bogie frame 1 by means of 45 units shown as cylinders, each consisting of a spring element 16 and a damping element 17. The drive combined on the frame 28 can thus move both translationally in the transverse direction and in rotation about the vertical axis 15 given by the center of the frame 28. In the embodiment shown in FIGS. 4 and 4a, a single drive block consisting of a motor 29 and two axle drives 30 is again provided. The motor 29 is in turn suspended via pendulum 31 on the rotating frame frame 1, in contrast to the previous exemplary embodiments, the pendulums 31 are fastened at their upper end to torsion bar springs 33 via torsionally rigid connections 32, the torsion bar springs 33 in on the cross connection 25 arranged bearings are rotatable 6o. The units, each represented by a spring element and a damping element 16 or 17, shown as cylinders, are arranged in the transverse direction in the middle between the axes 4 in alignment. With this arrangement, the advantage is made possible of being able to dimension the spring and damping elements for 65 the translatory movement of the drive block 29, 30 in the transverse direction and the rotary movement about the vertical axis 15 separately. The torsion bar springs rotate during the translatory movement
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33 mit den Pendeln 31 in ihrem ursprünglichen, nicht verformten Zustand in den Lagern 34. Die Feder- und Dämpfungseigenschaften sind durch die aus den Feder- und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten gegeben. Bei der rotatorischen Bewegung machen die beiden auf jeder Seite befindlichen Pendel 31 gegenläufige Ausschläge, so dass die Drehstabfedern 33 verdreht werden und auf den Antriebsblock 29, 30 eine Rückstellkraft ausüben. Die für die Drehbewegung des Antriebsblocks vorgesehene Dämpfung wird durch mindestens ein Dämpfungselement 35 — wie in Bild 4a dargestellt — verwirklicht. Bei der Drehbewegung des Antriebsblocks bleiben die aus den Feder-und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten; praktisch inaktiv, bei der translatorischen Bewegung sind die Drehstabfedern 33 und das bzw. die Dämpfungselemente 35 5 inaktiv. 33 with the pendulums 31 in their original, non-deformed state in the bearings 34. The spring and damping properties are given by the units consisting of the spring and damping elements 16 and 17, respectively. During the rotational movement, the two pendulums 31 located on each side make opposite movements, so that the torsion bar springs 33 are rotated and exert a restoring force on the drive block 29, 30. The damping provided for the rotary movement of the drive block is realized by at least one damping element 35 - as shown in Figure 4a. When the drive block rotates, the units consisting of the spring and damping elements 16 and 17 remain; practically inactive, the torsion bar springs 33 and the damping element or elements 35 5 are inactive during the translatory movement.
Für ein Schwingungsmodell entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durchgeführte Berechnungen haben nach Optimierung der Feder- und Dämpfungskennwerte bei vorgegebenen Massen kritische Fahrgeschwindigkeiten erge-io ben, die weit über denjenigen- für Schienenfahrzeuge liegen, die mit Drehgestellen bisher bekannter Art ausgerüstet sind. For an oscillation model in accordance with the exemplary embodiment according to FIG. 1, after optimization of the spring and damping characteristics at given masses, critical driving speeds have resulted which are far above those for rail vehicles which are equipped with bogies of a previously known type.
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Legal Events
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---|---|---|---|
PL | Patent ceased |