DE10021237A1 - Untersetzungsgetriebe mit einem durch Planetenräder gebildeten Wavegenerator - Google Patents
Untersetzungsgetriebe mit einem durch Planetenräder gebildeten WavegeneratorInfo
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Abstract
Ein Untersetzungsgetriebe (1) ist nach dem Prinzip des "Harmonic-Drive" mit einem durch Planetenräder (2) gebildeten Wavegenerator (3), einem davon beaufschlagten und verformbaren Flexspline (5) und einem Circularspline (8) versehen, wobei die Planetenräder (2) durch ein Sonnenrad (9) angetrieben und im Umlauf versetzt werden. Der Flexspline (5) hat dabei in axialer Richtung neben seinem mit den Planetenrädern (2) zusammenwirkenden Zahnkranz (6) einen zumindest innenseitig glatten Ringbereich (11) und die Planetenräder (2) sind an einem Planetenträger (4) gelagert, der in den Ringbereich (11) eingreift und selbst eine den Flexspline (5) analog den Planetenrädern (2) verformende Außenkontur hat, so daß der Flexspline (5) synchron von dem Planetenträger (4) und den Planetenrädern (2) verformt und durch die Planetenräder '(2) in üblicher Weise in Drehung versetzt wird. Der Planetenträger lagert gleichzeitig die Planetenräder (2) und wirkt bei der Verformung des Flexsplines (5) mit, so daß dessen Rückstellkräfte von dem Sonnenrad (9) ferngehalten werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe mit einem durch
mehrere Planetenräder gebildeten Wavegenerator, mit einem von diesem
beaufschlagten, durch einen flexiblen und radial deformierbaren,
im wesentlichen zylindrischen Teil gebildeten Flexspline, welcher
einen inneren Zahnkranz zum Zusammenwirken mit einer Außenver
zahnung der Planetenräder und insbesondere koaxial dazu einen äußeren
Zahnkranz hat, der mit einem als innenverzahntes Hohlrad ausge
bildeten Circularspline zusammenwirkt, wobei die Planetenräder durch
ein zentrales Sonnenrad oder Sonnenritzel antreibbar sind.
Ein derartiges Untersetzungsgetriebe ist aus DE 44 42 102 A1 bekannt,
wobei der Wavegenerator von zwei Planetenrädern gebildet sein kann,
aber auch beispielsweise drei Planetenräder möglich wären.
Problematisch ist dabei die Halterung der Planetenräder insbesondere
während des Betriebes, da sie praktisch ungelagert zwischen dem
Sonnenrad und dem Flexspline angeordnet und nur durch die
Rückstellkraft des Flexsplines eingespannt gehalten werden. Damit
der Flexspline gut und effektiv in die Innenverzahnung des
Circularsplines eingedrückt werden kann, obwohl die Planetenräder
selbst keine eigene Lagerung haben, muß ein derartiges Unter
setzungsgetriebe mit hoher Präzision gefertigt werden.
Außerdem hat der Flexspline aufgrund seiner elastischen Rückstell
kräfte ständig das Bestreben, aus der Innenverzahnung des
Circularsplines auszutreten, was durch die Planetenräder im
jeweiligen Eingriffs- oder Berührbereich verhindert werden muß.
Der Eingriff des Flexsplines in den Circularspline muß also gegen
einen ständigen Widerstand erfolgen, was zur Folge hat, daß die
Verzahnungen der Planetenräder in die des Sonnenrades fest
eingedrückt und dadurch an dieser Eingriffsstelle spielfrei werden.
Dies führt an dieser Eingriffsstelle zwischen Sonnenrad oder
Sonnenritzel und Planetenrädern zu einem größeren Widerstand und
somit zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und ferner im
Laufe der Zeit zu einem höheren Verschleiß. Insbesondere ergibt
sich dadurch eine relativ hohe Flächenpressung der Zähne aneinander,
was den erwähnten vorzeitigen Verschleiß begünstigt.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Untersetzungsgetriebe der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Flächenpressung
innerhalb der Verzahnung zwischen Sonnenrad und Planetenrädern
vermindert ist.
Die überraschende Lösung dieser scheinbar widersinnigen Aufgabe
besteht bei einem Untersetzungsgetriebe der eingangs genannten Art
darin, daß der Flexspline in axialer Richtung neben seiner
Innenverzahnung einen Ringbereich aufweist, daß die Planetenräder
an einem Planetenträger drehbar gelagert sind, der in den
zylindrischen Ringbereich, diesen innenseitig entlang dem gesamten
Umfang berührend, eingreift und die Form eines Mehrfachexzenters
hat, wobei die Anzahl der exzentrischen Bereiche der Anzahl der
Planetenräder entspricht und die exzentrischen Bereiche parallel
zu den Planetenrädern angeordnet sind und an dem Flexspline bei
dem Umlauf der Planetenräder die durch die Planetenräder bewirkte
Verformung auch an dem zylindrischen Ringbereich bewirken.
Der Flexspline wird also einerseits durch die Planetenräder und
andererseits durch einen Planetenträger bei dem Antrieb und Umlauf
der Planetenräder gleichsinnig und übereinstimmend verformt, so
daß die den verzahnten Bereich des Flexsplines beaufschlagenden
Planetenräder selbst nicht oder kaum durch die Rückstellkraft des
Flexsplines in radialer Richtung und in Richtung auf das Sonnenrad
hin belastet werden. Dabei ist zwischen dem Ringbereich und der
äußeren Mantelfläche des Planetenträgers eine Relativbewegung
möglich, damit der Planetenträger zusammen mit den Planetenrädern
relativ zu dem Flexsplines umlaufen kann.
Die von dem Flexsplines ausgehenden Rückstellkräfte können dabei
in vorteilhafter Weise von dem mit einer entsprechenden Außenkontur
und äußeren Mantelfläche versehenen Planetenträger aufgefangen
werden, der dadurch eine Doppelfunktion hat, weil er zusätzlich
auch die Lagerung für die Planetenräder aufweist. Die Planetenräder
sind also an dem Planetenträger gelagert, so daß ihre Entfernung
und Anordnung relativ zu dem Sonnenrad oder Sonnenritzel festliegt
und auch deshalb keine übermäßige oder zusätzliche Druckkraft auf
die Verzahnung des Sonnenrades ausüben können. Aufgrund der Lagerung
der Planetenräder an dem Planetenträger sind also auch größere
Toleranzen bei der Getriebefertigung möglich. Vor allem wird der
Flexspline trotz solcher eventuell größerer Toleranzen präzise
verformt und in die Gegenverzahnung an dem Circularspline gedrückt
und insgesamt in eine präzise, elastisch ausgelenkte, zum Beispiel
elliptische Form gebracht, so daß sogar ein relativ weicher Werkstoff
verwendet werden kann, der nur durch die Planetenräder die
erforderliche genaue Verformung nicht erfahren würde, sondern
zusätzliche Biegungen erfahren könnte, die aber durch den
Planetenträger verhindert werden.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen und geformten Planeten
träger werden also mehrere Vorteile gleichzeitig erzielt, indem
nämlich die Planetenräder eine Drehlagerung erhalten, ein starker,
von den Rückstellkräften des Flexsplines herrührender Druck zwischen
der Verzahnung der Planetenräder und der des Sonnenrades vermieden
wird und der Flexspline eine präzise verformte Umfangsform während
seines Umlaufes erhält, die für einen bestmöglichen Eingriff der
Außenverzahnung des Flexsplines in die Innenverzahnung des
Circularsplines erforderlich ist.
Eine konstruktiv besonders zweckmäßige Ausführungsform der Er
findung kann darin bestehen, daß zwei zueinander beabstandete -
insbesondere gleich große und auf einem Durchmesser einander
gegenüberliegende - Planetenräder auf parallelen Achsen des
Planetenträgers gelagert sind und der Planetenträger eine der
Anordnung dieser Planetenräder entsprechende ovale oder elliptische
Umfangsform hat, wobei die größere Abmessung des Planetenträgers
im Bereich der Planetenräder vorgesehen ist. Die Außenkontur des
Planetenträgers ist also im Bereich seiner Exzentrizitäten, bei
einem ovalen oder elliptischen Planetenträger im Bereich seines
größten Durchmessers etwa in Übereinstimmung mit dem etwa parallel
dazu angeordneten Teilkreis oder Fußkreis der Verzahnung, so daß
der die Planetenräder und den Planetenträger außenseitig berührende
Flexspline in gleicher Richtung und Größe bei dem Umlauf der
Planetenräder und des Planetenträgers verformt wird.
Eine konstruktive Abwandlung des erfindungsgemäßen Untersetzungs
getriebes kann darin bestehen, daß drei insbesondere gleich große
Planetenräder mit übereinstimmendem Abstand zueinander an dem
Planetenträger gelagert sind und dieser die Form eines etwa
dreieckigen Mehrfachexzenters hat, wobei die Ecken des Dreieckes
mit dem Krümmungsradius gerundet sind, der dem Radius des Teilkreises
der Planetenräder entspricht. Somit ist auch in diesem Falle der
Planetenträger mit einem Umriß ausgestattet, der der Verformungs
geometrie und Kontur des Flexsplines entspricht, die diesem durch
die drei exzentrischen Planetenräder bei deren Umlauf aufgezwungen
wird, so daß auch in diesem Falle die Verformung des Flexsplines
gleichzeitig durch die Planetenräder und den Planetenträger bewirkt
wird. Es ergeben sich dann insgesamt drei Eingriffsbereiche an dem
Circularspline, wie sich bei der Verwendung von zwei Planetenrädern
zwei derartige Berührungsbereiche ergeben.
Zweckmäßig ist es, wenn der Planetenträger eine Durchtrittsöffnung
für die Antriebswelle des Sonnenrades oder des Sonnenritzels aufweist
und wenn diese Antriebswelle die Durchtrittsöffnung berührungsfrei
oder über ein in dieser Durchtrittsöffnung angeordnetes Lager
durchsetzt. Somit kann auf der koaxial dazu abgewandten Seite des
Planetenträgers und der Planetenräder der Abtrieb des Untersetzungs
getriebes angeordnet sein. Gleichzeitig ergibt sich eine gute
Lagerung auch des Sonnenrades oder Sonnenritzels.
Dabei ist es möglich, daß der Flexspline auf der dem zylindrischen
Ringbereich abgewandten Seite seiner Innenverzahnung einen mit einer
Abtriebswelle oder Abtriebshülse verbundenen Nabenteil aufweist,
der einstückig oder über in radialer Richtung bewegliche Verbindungs
teile oder Schlitze mit dem Flexspline verbunden ist. An einem
solchen Nabenteil kann dann die Abtriebswelle, gegebenenfalls auch
eine Abtriebshülse, koaxial zu der Antriebswelle angeordnet sein,
so daß sich insgesamt ein kompaktes Untersetzungsgetriebe ergibt,
das hinsichtlich der Verzahnung eine erhöhte Lebensdauer verspricht.
Damit die schon erwähnte Relativbewegung zwischen der außenseitigen
Mantelfläche des Planetenträgers und dem Ringbereich möglichst gut
stattfinden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Innenseite des
Ringbereiches und/oder die äußere Mantelfläche des Planetenträgers
glatt sind. Entweder können beide sich berührenden Flächen glatt
sein oder eine der Flächen, insbesondere die Innenseite des
Ringbereiches könnte die Fortsetzung der Innenverzahnung tragen,
wenn die äußere Mantelfläche des Planetenträgers glatt ist.
Gegebenenfalls können die sich berührenden Flächen auch mit Konturen
oder Profilierungen versehen sein, die wie glatte Flächen
zusammenwirken und eine möglichst geringe gegenseitige Reibung
bewirken.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter
Darstellung:
Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Untersetzungs
getriebes mit einem Sonnenrad und zwei gleich großen,
mit ihrer Lagerung auf einem gemeinsamen Durchmesser
angeordneten Planetenträgern, deren Außenverzahnung in
die Innenverzahnung eines Flexsplines eingreift und diesen
in die Innenverzahnung eines Circularsplines drückt, wobei
die Planetenräder an einem mit ihnen umlaufenden
Planetenträger mit ovaler oder elliptischer Form gelagert
sind, der in einen parallel zu der Verzahnung des
Flexsplines angeordneten glatten Ringbereich des
Flexsplines eingreift,
Fig. 2 einen in perspektivischer Darstellung gehaltenen
Längsschnitt durch den Planetenträger, den Flexspline,
die Planetenräder und das Sonnenrad mit seiner Antriebs
achse ohne den Circularspline und ohne das Getriebegehäuse
sowie
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Planetenträgers, der
Planetenräder, der Antriebswelle mit Sonnenrad bzw.
Sonnenritzel und des Flexsplines vor dem Zusammenbau.
Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Untersetzungsgetriebe weist einen
durch mehrere gleich große, im Ausführungsbeispiel zwei, Planetenrä
der 2 mitgebildeten Wavegenerator 3 auf, zu dem zusätzlich noch
ein noch zu beschreibender Planetenträger 4 gehört.
Zur Untersetzung und Übertragung der von den Planetenrädern 2 bei
ihrem Antrieb und Umlauf erzeugten Drehung dient ein von diesen
beaufschlagter, durch einen flexiblen und radial deformierbaren,
im wesentlichen zylindrischen Teil gebideter Flexspline 5, welcher
einen inneren Zahnkranz 6 zum Zusammenwirken mit einer Außen
verzahnung 2a der Planetenräder 2 und einen äußeren Zahnkranz 7
hat, der mit einem als innenverzahntes Hohlrad ausgebildeten
Circularspline 8 zusammenwirkt. Die Planetenräder 2 werden dabei
gemäß Fig. 1 und 2 durch ein zentrales Sonnenrad oder Sonnenritzel
9 angetrieben, welches in dem Ausführungsbeispiel einstückig mit
einer Antriebswelle 10 für das Getriebe 1 verbunden ist.
In Fig. 2 und 3 erkennt man, daß der Flexspline 5 in axialer Richtung
benachbart zu seinem inneren Zahnkranz 6 - und damit auch zu seinem
äußeren Zahnkranz 7, der konzentrisch zu dem Zahnkranz 6 angeordnet
ist - einen im Ausführungsbeispiel innenseitig glatten Ringbereich
11 aufweist, der einstückig zu dem gesamten Flexspline 5 gehört.
Ferner ist in allen Figuren dargestellt, daß die Planetenräder 2
an dem schon erwähnten Planetenträger drehbar auf bolzenartigen
Vorsprüngen 12 gelagert sind. In Fig. 2 ist dargestellt, daß dieser
Planetenträger 2 in den ursprünglich zylindrischen, jedoch elastisch
deformierbaren Ringbereich 11 eingreift und diesen innenseitig
entlang dem gesamten Umfang flächig mit seiner äußeren Mantelfläche
4b berührt. Dabei hat der Planetenträger 4 die Form eines
Mehrfachexzenters, im Ausführungsbeispiel eines Doppelexzenters,
das heißt er hat an seiner Mantelfläche 4b eine etwa ovale oder
elliptische Außenkontur, die in Fig. 3 angedeutet ist, wobei die
größere Abmessung in derselben Richtung verläuft, in welcher eine
gedachte Verbindungslinie durch die Lagervorsprünge 12 für die
Planetenräder 2 orientiert ist. Die exzentrischen Bereiche 4a, also
die auf dem größeren Durchmesser des Planetenträgers 4 angeordneten
Außenkonturen dieses Planetenträgers 4 sind dabei etwa parallel
und in gleichem Abstand zur Mitte angeordnet, wie die Planetenräder
2, so daß der Planetenträger 4 an dem Flexspline 5 bei seinem und
dem Umlauf der Planetenräder 2 an dem Ringbereich 11 dieselbe
Verformung bewirkt, wie die Planetenräder 2 im Bereich der Zahnkränze
6 und 7. Es erfolgt also eine übereinstimmende synchrone Verformung
des Flexsplines an den Zahnkränzen 6 und 7 und gleichzeitig an dem
Ringbereich 11, wobei diese Verformungen dem Umlauf der Planetenräder
2 und damit auch des Planetenträgers 4 folgen.
Somit werden die elastischen Rückstellkräfte des Flexsplines 5
weitestgehend von dem Planetenträger 4 und teilweise auch von den
Lagervorsprüngen 12 der Planetenräder 2 aufgefangen und von der
Sonnenradverzahnung abgehalten.
Die beiden zueinander beabstandeten Planetenräder 2 sind also auf
parallelen Achsen, nämlich den Vorsprüngen 12 des Planetenträgers
4 drehbar gelagert und der Planetenträger 4 hat eine der Anordnung
dieser Planetenräder 2 entsprechende ovale oder elliptische
Umfangsform, wobei die größere Abmessung des Planetenträgers 4 gemäß
Fig. 2 im Bereich der Planetenräder 2 vorgesehen ist und der Fußkreis
der Verzahnung des inneren Zahnkranzes 6 im Bereich seines größten
Abstandes vom Mittelpunkt des Planetenträgers 2 oder des Sonnen
rades 9 mit dem Abstand der Außenkontur des Planetenträgers in diesem
Bereich übereinstimmt, worauf außerdem die Innenkontur des
Ringbereiches 11 abgestimmt ist. Dadurch wird erreicht, daß beim
Umlauf der Planetenräder 2 die Verformung des Flexsplines 5 im
Bereich der Zahnkränze 6 und 7 gleichförmig und gleichzeitig mit
der des Ringbereiches 11 erfolgt. Durch geringe Durchmesserunter
schiede in diesen Bereichen kann unter Umständen noch eine
Beeinflussung der Verformung des Flexsplines 5 und der Aufnahme
der damit einhergehenden Gegenkräfte erreicht werden.
Gemäß Fig. 2 und 3 hat der Planetenträger 4 eine Durchtrittsöffnung
13 für die Antriebswelle 10 des Sonnenrades oder Sonnenritzels 9,
wobei diese Durchtrittsöffnung 13 so bemessen ist, daß die
Antriebswelle 10 sie berührungslos durchsetzen kann. Je nach Leistung
und Höhe der zu übertragenden Kräfte und Momente könnte im Bereich
dieser Durchtrittsöffnung 13 auch noch ein Lager für die Antriebs
welle 10 angeordnet sein.
Der Flexspline 5 hat auf seiner dem Ringbereich 11 abgewandten Seite
seiner Zahnkränze 6 und 7 einen mit einer nicht näher dargestellten
Abtriebswelle oder Abtriebshülse verbindbaren oder verbundenen,
nur schematisch angedeuteten Nabenteil 14, der dabei gemäß Fig. 2
einstückig mit diesem Flexspline 5 verbunden ist. Es sind aber auch
andere Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Flexspline 5 und einem
Abtrieb des Getriebes 1 möglich.
Das Untersetzungsgetriebe 1 ist nach dem Prinzip des "Harmonic-Drive"
mit einem durch Planetenräder 2 gebildeten Wavegenerator 3, einem
davon beaufschlagten und verformbaren Flexspline 5 und einem
Circularspline 8 versehen, wobei die Planetenräder 2 durch ein
Sonnenrad 9 angetrieben und im Umlauf versetzt werden. Der Flexspline
5 hat dabei in axialer Richtung neben seinem mit den Planetenrädern
2 zusammenwirkenden Zahnkranz 6 einen zumindest innenseitig glatten
Ringbereich 11 und die Planetenräder 2 sind an einem Planetenträger
4 gelagert, der in den Ringbereich 11 eingreift und selbst eine
den Flexspline 5 analog den Planetenrädern 2 verformende Außenkontur
hat, so daß der Flexspline 5 synchron von dem Planetenträger 4 und
den Planetenrädern 2 verformt und durch die Planetenräder 2 in
üblicher Weise in Drehung versetzt wird. Der Planetenträger lagert
gleichzeitig die Planetenräder 2 und wirkt bei der Verformung des
Flexsplines 5 mit, so daß dessen Rückstellkräfte von dem Sonnenrad
9 ferngehalten werden.
Claims (6)
1. Untersetzungsgetriebe (1) mit einem durch mehrere Planetenräder
(2) gebildeten Wavegenerator (3), mit einem von diesem
beaufschlagten, durch einen flexiblen und radial deformier
baren, im wesentlichen zylindrischen Teil gebildeten Flexspline
(5), welcher einen inneren Zahnkranz (6) zum Zusammenwirken
mit einer Außenverzahnung (2a) der Planetenräder (2) und einen
äußeren Zahnkranz (7) hat, der mit einem als innenverzahntes
Hohlrad ausgebildeten Circularspline (8) zusammenwirkt, wobei
die Planetenräder (2) durch ein zentrales Sonnenrad oder
Sonnenritzel (9) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flexspline (5) in axialer Richtung neben seinem inneren
Zahnkranz (6) einen Ringbereich (11) aufweist, daß die
Planetenräder (2) an einem Planetenträger (4) drehbar gelagert
sind, der in den Ringbereich (11), diesen innenseitig entlang
dem gesamten Umfang berührend, eingreift und die Form eines
Mehrfachexzenters hat, wobei die Anzahl der exzentrischen
Bereiche der Anzahl der Planetenräder entspricht und die
exzentrischen Bereiche parallel zu den Planetenrädern
angeordnet sind und an dem Flexspline (5) bei dem Umlauf der
Planetenräder (2) die durch die Planetenräder (2) bewirkte
Verformung auch an dem Ringbereich (11) bewirken.
2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei zueinander beabstandete Planetenräder (2) auf
parallelen Achsen des Planetenträgers (4) gelagert sind und
der Planetenträger (4) eine der Anordnung dieser Planetenräder
(2) entsprechende ovale oder elliptische Umfangsform hat, wobei
die größere Abmessung des Planetenträgers (4) im Bereich der
Planetenräder (2) vorgesehen ist.
3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß drei insbesondere gleich große Planetenräder mit übereinstimmendem
Abstand zueinander an dem Planetenträger gelagert
sind und dieser die Form eines etwa dreieckigen Mehrfach
exzenters hat, wobei die Ecken des Dreieckes mit dem Krümmungs
radius gerundet sind, der dem Radius des Teilkreises der
Planetenräder entspricht.
4. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Planetenträger (4) eine Durchtrittsöff
nung (13) für die Antriebswelle (10) des Sonnenrades oder des
Sonnenritzels (9) aufweist und daß diese Antriebswelle (10)
die Durchtrittsöffnung (13) berührungsfrei oder über ein in
dieser Durchtrittsöffnung angeordnetes Lager durchsetzt.
5. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Flexspline (5) auf der dem Ringbereich
(11) abgewandten Seite seiner Zahnkränze (6, 7) einen mit einer
Abtriebswelle oder Abtriebshülse verbundenen Nabenteil (14)
aufweist, der einstückig oder über in radialer Richtung
bewegliche Verbindungsteile oder Schlitze mit dem Flexspline
(5) verbunden ist.
6. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Innenseite des Ringbereiches 11
und/oder die äußere Mantelfläche 4b des. Planetenträgers (4)
glatt sind.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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- 2000-04-29 DE DE2000121237 patent/DE10021237C2/de not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20121101 |