DE102009015323A1 - Control valve i.e. seat valve, for use in swash plate type-axial piston machine, has valve body controlling pressurizing medium connection to displacement body area, where position and/or length of body are detectable - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil und eine mit einem derartigen Steuerventil ausgeführte Hydromaschine.The The invention relates to a control valve and one with such Control valve engine running hydraulic.
Derartige
ventilgesteuerte Hydromaschinen sind beispielsweise aus der
Bei der bekannten Lösung sind die beiden Ventile als elektrisch entsperrbare bzw. sperrbare Rückschlagventile ausgeführt, die über die Pumpensteuerung ansteuerbar sind, um den jeweiligen Arbeitsraum im „Full Mode”, im „Partial Mode” oder im „Idle Mode” zu betreiben. Dadurch kann das Förder- bzw. Schluckvolumen stufenlos von einem Maximalwert auf 0 verstellt werden. Über eine Steuereinheit wird die Hydromaschine nach einem Regelalgorithmus betrieben, um einen möglichst pulsationsarmen Summen-Fördervolumenstrom (Pumpe) oder Summen-Schluckvolumenstrom (Motor) zu erzielen. Die Volumenstromverstellung erfolgt häufig nach einer Phasenanschnittssteuerung, sie kann jedoch auch nach einer Phasenabschnitts- oder Phasenausschnittssteuerung durchgeführt werden.at The known solution, the two valves are electric openable or lockable non-return valves, which can be controlled via the pump control to the respective Working space in "Full Mode", in the "Partial Mode "or in" idle mode "to operate. As a result, the delivery or displacement volume is infinitely variable be adjusted from a maximum value to 0. Over a Control unit is the hydraulic machine according to a control algorithm operated in order to minimize the pulsation sum flow volume (Pump) or total displacement (motor). The volume flow adjustment is often done after a live control, they however, may also be after phase-cut or phase-cut control be performed.
Hydromaschinen mit einem über die Ventilsteuerung veränderbaren Schluck-/Fördervolumen nennt man auch Digital-Displacement-Units (DDU). Dabei sind grundsätzlich alle Verdrängerprinzipien anwendbar. Vorteilhaft sind jedoch Kolbenmaschinen, insbesondere in Radialkolbenbauweise, da diese es ermöglichen, den Eingang und Ausgang für jeden Verdränger separat auszuführen und somit aktiv zu kontrollieren. Dabei kann es durchaus sinnvoll sein, zwischen Pumpen- und Motorbetrieb zu unterscheiden, so dass dann das Kontrollelement für den Nieder- bzw. Hochdruckanschluss unterschiedlich aussehen kann.hydraulic machines with a changeable via the valve control Sucking / delivery volume is also called digital displacement units (DDU). In principle, all positive displacement principles are applicable. However, piston engines are advantageous, in particular in radial piston construction, since this will allow the input and output for to run each displacer separately and thus to actively control. It can be quite useful between To distinguish pump and motor operation, so that then the control element look different for the low and high pressure connection can.
Voraussetzung für die vorbeschriebene Art der Steuerung (DDU) ist, dass die niederdruck- und hochdruckseitigen Ventile mit hoher Dynamik geschaltet werden können, so dass die vorbeschriebenen Druckmittelströmungspfade sehr schnell abgesperrt oder zum Durchströmen frei gegeben werden können. Die niederdruckseitigen oder hochdruckseitigen Kontrollelemente können beispielsweise als Schaltventile, vorzugsweise in Sitzbauweise ausgeführt sein, die vorzugsweise durch einen Magnetaktuator betätigbar ist. An ein derartiges Ventil werden verschiedene, mitunter einander widersprechende Anforderungen gestellt. Einen im Hinblick auf den Bauraum minimierte Hydromaschine setzt ein in seinen Gesamtabmessungen kleines Ventil mit möglichst großem und somit widerstandsarmen Strömungsquerschnitt voraus. Ein derart großer Strömungsquerschnitt bedingt jedoch einen größeren Ventilhub, was der Forderung nach hoher Ventildynamik bei möglichst kleiner elektrischer Leistungsaufnahme widerspricht. Hinzu kommt, dass die Anforderungen an das Ventil mit unterschiedlichen Betriebspunkten der Hydromaschine variieren. Aus hohen Drehzahlen ergeben sich beispielsweise große Volumenströme und Forderungen nach kleinen Schaltzeiten, kleine Drehzahlen gehen mit langen Einschaltdauern für die Magnetspulen einher. Über den am jeweiligen Anschluss anliegenden Druck ändern sich auch die mechanischen Belastungen sowie die Anforderungen an das Dichtsystem.requirement for the above type of control (DDU) is that the low-pressure and high-pressure valves with high dynamics can be switched so that the above Pressure fluid flow paths very quickly shut off or can be released to flow through. The low-pressure side or high-pressure side control elements can for example, as switching valves, preferably designed in seat design be, preferably actuated by a Magnetaktuator is. At such a valve are different, sometimes each other conflicting requirements. One with regard to the installation space minimized hydromachine sets small in its overall dimensions Valve with the largest possible and therefore low-resistance Flow cross section ahead. Such a big one Flow cross-section, however, requires a larger valve lift, what the demand for high valve dynamics as possible small electrical power consumption contradicts. Come in addition, that the requirements for the valve with different operating points vary the hydromachine. From high speeds, for example, arise large volume flows and demands for small ones Switching times, low speeds go with long duty cycles for the solenoid coils. About the at the respective Adjacent pressure also change the mechanical Loads as well as the requirements of the sealing system.
Nieder- und hochdruckseitige Ventile werden von einer Steuereinheit in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Hydromaschine gesteuert, was als Ventiltiming bezeichnet wird. Dieses wird im Folgenden am Beispiel eines einzelnen Zylinders eines Hydromotors erläutert. Zum Antreiben des im Zylinder angeordneten Kolbens wird in einem oberen Totpunkt des Kolbens das hochdruckseitige Ventil geöffnet und das niederdruckseitige Ventil geschlossen, wodurch der Kolben über den Arbeitsraum des Zylinders mit Hochdruck beaufschlagt ist. Vor Erreichen eines unteren Totpunkts des Kolbens wird das hochdruckseitige Ventil geschlossen, um bei der weiteren Hubbewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt einen Druckabbau im Arbeitsraum zu ermöglichen, da bei geringen Druck im Arbeitsraum das niederdruckseitige Ventil mit niedrigen Magnet- und Federkräften betätigbar ist. Das beschriebene Schließen des Hochdruckventils vor dem unteren Totpunkt führt allerdings nachteilig zu einer Verlustleistung der Hydromaschine. Ein Druckaufbau bzw. Druckabbau in dem Arbeitsraum des Zylinders ist mehreren Einflüssen unterworfen. Beispielsweise ist das Ersatzkompressionsmodul des Druckmittels stark druckabhängig. Bei Luftanteilen im Druckmittel wird diese Abhängigkeit verstärkt. Des Weiteren treten Leckagen auf, deren Höhe von der temperaturabhängigen Druckmittelviskosität und der Drehzahl abhängt. Bei geringeren Drehzahlen treten höhere Leckagen auf.Low- and high pressure side valves are controlled by a control unit controlled by a rotation angle of the hydraulic machine, what as a valve timing referred to as. This will be explained below using the example of an individual Cylinder of a hydraulic engine explained. To drive the arranged in the cylinder piston is in a top dead center of Piston, the high-pressure side valve open and the low-pressure side Valve closed, causing the piston over the working space the cylinder is subjected to high pressure. Before reaching one bottom dead center of the piston, the high pressure side valve is closed, at the further stroke movement of the piston to the bottom dead center to allow a pressure reduction in the work space, since at low pressure in the working space, the low-pressure side valve with low magnetic and spring forces actuated is. The described closing of the high pressure valve before However, bottom dead center leads disadvantageously to a Power loss of the hydraulic machine. A build-up of pressure or pressure reduction in the working space of the cylinder is subject to several influences. For example, the replacement compression module of the pressure medium strongly dependent on pressure. At air fractions in the pressure medium is reinforces this dependence. Furthermore, join Leaks on whose height depends on the temperature Pressure fluid viscosity and the speed depends. At lower speeds higher leaks occur.
In Abhängigkeit dieser Einflüsse wird die Ansteuerung bzw. das Ventiltiming der Ventile in Prüfstandsmessungen oder Simulationen an einem Referenzmodell abgeschätzt. Das Ventiltiming wird dabei derart angepasst, dass die Funktionalität der DDU gewährleistet ist, was beispielsweise bezogen auf den oberen Hydromotor bedeutet, dass ein immer ausreichender Druckabbau im Arbeitsraum des Zylinders vor Erreichen des unteren Totpunkts erfolgt, damit das niederdruckseitge Ventil mit geringen Kräften bzw. überhaupt öffnen kann. Um eben dies zu gewährleisten, wird das hochdruckseitige Ventil früher, als für einen ausreichenden Druckabbau nötig wäre, vor dem unteren Totpunkt geschlossen, was allerdings widerum zu einem schlechteren Wirkungsgrad der Hydromaschine führt.Depending on these influences, the control or the valve timing of the valves is estimated in test bench measurements or simulations on a reference model. The valve timing is adjusted so that the functionality of the DDU is guaranteed, which means, for example, based on the upper hydraulic motor that always sufficient pressure reduction takes place in the working space of the cylinder before reaching the bottom dead center, so that the low-pressure side valve with little force or can open at all. To ensure just this, the high-pressure side valve is earlier than would be necessary for a sufficient pressure reduction, closed before bottom dead center, which, however, in turn leads to a poorer efficiency of the hydraulic machine.
Ferner können die in der Hydromaschine eingesetzten Ventile insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen von dem Referenzmodell abweichen und beispielsweise unterschiedliche Öffnungs- und Schließzeiten aufweisen. Diese Abweichungen werden von der Ansteuerung nicht berücksichtig und würden äußerst nachteilig zu einem geringeren Wirkungsgrad der Hydromaschine führen. Um dem Entgegenzuwirken ist die Ansteuerung vor Inbetriebnahme der Hydromaschine kalibrierbar. Hierfür ist ein gesonderter Einlaufzyklus der Hydromaschine erforderlich, bei dem mit entsprechender Messsensorik die Abweichung der Hydromaschine von dem Referenzmodell ermittelt und die Ansteuerung dann entsprechend angepasst wird. Nachteilig hierbei sind die hohen Kosten und der hohe vorrichtungstechnische Aufwand der Kalibrierung.Further In particular, the valves used in the hydraulic machine can due to manufacturing tolerances differ from the reference model and, for example, different opening and closing times exhibit. These deviations are not taken into account by the control and would be extremely detrimental to one lower efficiency of the hydraulic machine lead. To the To counteract is the control before commissioning of the hydraulic machine calibrated. This is a separate run-in cycle the hydromachine required in which with appropriate measuring sensors determines the deviation of the hydraulic machine from the reference model and the control is then adjusted accordingly. adversely Here are the high costs and the high technical equipment expense the calibration.
Des Weiteren ist nachteilig, dass Veränderungen im Betriebsverhalten der Hydromaschine insbesondere durch Verschleißerscheinungen der Ventile durch die Ansteuerung nicht berücksichtigt sind, weshalb sich der Wirkungsgrad im Einsatz der Hydromaschine verschlechtern kann.Of Another disadvantage is that changes in operating behavior the hydraulic machine in particular by signs of wear the valves are not taken into account by the control are why the efficiency in use of the hydraulic machine can worsen.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil und eine mit einem derartigen Steuerventil ausgeführte Hydromaschine zu schaffen, die kostengünstig sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.the opposite the invention is the object of a Control valve and running with such a control valve To create hydraulic machine, which are inexpensive and one have high efficiency.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Ventils durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Hydromaschine durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 8 gelöst.These The object is with respect to the valve by the features of claim 1 and with regard to the hydraulic machine by the characteristics of the sibling Patent claim 8 solved.
Erfindungsgemäß hat ein Steuerventil zur Steuerung einer Digital-Displacement-Unit (DDU) einen einem Ventilsitz zugeordneten Ventilkörper, der eine Druckmittelverbindung zu einem Verdrängerraum der DDU steuert. Hierbei ist zumindest eine Position und/oder ein Hubweg des Ventilkörpers erfassbar.Has according to the invention a control valve for controlling a digital displacement unit (DDU) a valve seat associated with a valve body, the one Pressure medium connection to a displacement chamber of the DDU controls. In this case, at least one position and / or a stroke of the valve body detectable.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass hierdurch die aktuelle Position und/oder der aktuelle Hubweg während des Betriebes der Hydromaschine genau ermittelt und eine Ansteuerung der Ventile, insbesondere ein Öffnen und ein Schließen, recht genau beispielsweise an einen Drehwinkel der Hydromaschine derart anpgepasst werden kann, dass ein hoher Wirkungsgrad der Hydromaschine erzielt wird. Des Weiteren können durch die Positions- und/oder Hubwegserfassung Abweichungen aufgrund von beispielsweise Fertigungstoleranzen oder von Verschleiß der Steuerventile ermittelbar sein und deren Ansteuerung entsprechend angepasst werden. Eine Eingangs im Stand der Technik erläuterte, kostenintensive Kalibrierung der Ansteuerung der Hydromaschine vor Inbetriebnahme der DDU kann obsolet sein. Des Weiteren ist eine Funktionsdiagnose möglich, bei der beispielsweise ein Ausfall von einem Steuerventil erfassbar ist und ein Notlaufprogramm gestartet werden kann.These Solution has the advantage that thereby the current position and / or the current stroke during operation of the Hydro machine accurately determined and a control of the valves, in particular an opening and closing, right exactly, for example, to a rotation angle of the hydraulic machine such can be adjusted that a high efficiency of the hydraulic machine is achieved. Furthermore, the position and / or stroke detection deviations due to, for example Manufacturing tolerances or wear of the control valves be ascertainable and their activation be adjusted accordingly. An input in the prior art explained, costly Calibration of the control of the hydraulic machine before commissioning the DDU can be obsolete. Furthermore, a functional diagnosis possible, for example, a failure of a control valve can be detected and an emergency program can be started.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Steuerventil um ein kostengünstiges Sitzventil, das in Abhängigkeit der Position und/oder des Hubwegs des Ventilkörpers gesteuert wird. Die Ansteuerung der Steuerventile kann somit während des Betriebes an Verschleißerscheinungen oder an anderweitige Veränderung angepasst werden, womit ein optimaler Wirkungsgrad der Hydromaschine über die gesamte Lebensdauer erreicht und eine Pulsation der DDU minimiert ist.advantageously, If the control valve is a cost-effective Seat valve, which depends on the position and / or the Stroke of the valve body is controlled. The activation of the Control valves can thus wear during operation or be adapted to other changes, whereby optimum efficiency of the hydraulic machine over the entire service life achieved and a pulsation of the DDU is minimized.
Besonders bevorzugte Positionen zum Erfassen, um beispielsweise Verschleiß der Steuerventile festzustellen, sind die Öffnungs- und/oder Schließposition des Ventilkörpers.Especially preferred positions for detecting, for example, wear of Control valves are the opening and / or closing position of the valve body.
Das Steuerventil ist beispielsweise ein herkömmliches elektromagnetisch betätigbares Hoch- oder Niederdruckventil.The Control valve is for example a conventional electromagnetic actuatable high or low pressure valve.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das Steuerventil einen ein Polstück fest umgreifenden Spulenkörper und einen in dem Spulenkörper verschiebbar angeordneten und mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung stehenden Anker. Ein Positionssensor ist in einer dem Anker zuweisenden und als Ankeranschlag dienenden Stirnseite des Polstücks eingebracht. In diesem Bereich ist der Positionssensor einfach und mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand in das Steuerventil integrierbar und kann über den Anker die Position des Ventilkörpers bestimmen.at an advantageous embodiment, the control valve has a Pole piece firmly embracing bobbin and a slidably disposed in the bobbin and with the Valve body operatively connected anchor. A position sensor is in a anchor assigning and serving as an anchor stop Inserted front side of the pole piece. In this area the position sensor is simple and with low device complexity can be integrated into the control valve and can via the anchor determine the position of the valve body.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsetzt ein mit dem Ventilkörper verbundener Stößel den Anker und das Polstück. Ein Wegmesssensor ist dabei auf der dem Anker abweisenden Seite des Polstücks am Steuerventil zur Erfassung des Hubwegs des Stößels und somit zur Erfassung des Hubwegs des Ventilkörpers angeordnet. Der Wegmesssensor kann ohne besondere vorrichtungstechnische Veränderungen in das Steuerventil integriert werden und den Hubweg des Ventilkörpers über den Stößel erfassen.In a further preferred embodiment, a plunger connected to the valve body passes through the armature and the pole piece. A displacement sensor is arranged on the armature-repellent side of the pole piece on the control valve for detecting the stroke of the plunger and thus for detecting the stroke of the valve body. The displacement sensor can be integrated into the control valve without special device-technical changes and the stroke of the valve body ü Grasp over the plunger.
Erfindungsgemäß hat eine Hydromaschine erfindungsgemäße, niederdruckseitige und hochdruckseitige Steuerventile, deren Öffnungszeiten zur Einstellung des Förder-/Schluckvolumens verstellbar sind.Has according to the invention a hydraulic machine according to the invention, low-pressure side and high pressure side control valves whose opening times to adjust the delivery / absorption volume are adjustable.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.other advantageous developments of the invention are the subject of further Dependent claims.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the Below is a preferred embodiment of Invention explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:
Im
Folgenden wird zunächst anhand
Gemäß der
schematischen Darstellung in
Jeder
Arbeitsraum
Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ablaufventile
Im
eingangs erläuterten Stand der Technik wird die Ansteuerung
der Ventile vor Inbetriebnahme bezüglich eines Referenzmodells
aufwendig kalibriert, um beispielsweise abweichende Schließ-
und Öffnungszeiten der Ventile
Für
jeden Betriebszustand, charakterisiert beispielsweise durch Drehzahl
oder der Druckmitteltemperatur, ist ein bestimmter Ansteuerungsalgorithmus
für die Ventile
Gemäß
Zur
Fixierung der in
Die
Bestromung der beiden Spulen
Ein
Positionssensor
Die
Anlageposition des Hauptankers
Des
Weiteren ist mit dem Positionssensor
Zusätzlich
oder anstelle des Positionssensors
Durch
die Positionssensoren
In
der folgenden
Die
Das
dargestellte Ventil
Das
Ventil
Gemäß
Im
Bereich der Führungsbuchse
Im
Abstand zum Vorsteuerventilsitz
An
der in der
Gemäß der
Darstellung in
Auf
den sich aus diesem Anker
Der
Anker
Beim
Bestromen der Magnetspule des Spulenkörpers
Durch
das Abheben des Vorsteuerventilkörpers
Der
Ventilteller
Ein
Positionssensor
Durch
die Positions- und Hubwegserfassung ist ferner der Wirkungsgrad
der DDU
Die
Positionssensoren
Als
Positionssensor oder Wegmesssensor sind die unterschiedlichsten
Ausführungen einsetzbar, wie beispielsweise Sensoren
Offenbart sind ein Steuerventil und eine als Digital-Displacement-Unit ausgeführte Hydromaschine mit derartigen Steuerventilen, wobei Positionen und/oder ein Hubweg von einem Sitzventilkörper der Steuerventile erfassbar sind.Disclosed are a control valve and one designed as a digital-displacement unit Hydromachine with such control valves, with positions and / or a stroke of a seat valve body of the control valves are detectable.
- 11
- Hydromaschinehydromachine
- 22
- Zylindertrommelcylinder drum
- 44
- Zylinderbohrungbore
- 66
- Kolbenpiston
- 88th
- Arbeitsraumworking space
- 1010
- Kolbenschuhpiston shoe
- 1212
- Abtriebswelleoutput shaft
- 1414
- Steuerkurvecam
- 1616
- Zulaufventilinlet valve
- 1818
- Zulaufleitungsupply line
- 2020
- Pumpepump
- 2222
- Ablaufventildrain valve
- 2424
- Ablaufleitungdrain line
- 2626
- Magnetaktuatormagnetic actuator
- 3030
- Magnetaktuatormagnetic actuator
- 3434
- Steuereinheitcontrol unit
- 3636
- DrehzahlaufnehmerSpeed Sensor
- 3838
- Federfeather
- 4040
- Ventilkörpervalve body
- 4242
- Ventilsitzvalve seat
- 4444
- DurchflussquerschnittFlow area
- 4646
- Stößeltappet
- 4848
- Ventiltellervalve disc
- 5050
- Hauptspulemain coil
- 5252
- Nebenspulesecondary coil
- 5454
- Hauptankermain anchor
- 5656
- NebenankerIn addition to anchor
- 106106
- Polstückpole piece
- 132132
- Steuerelektronikcontrol electronics
- 136136
- Positionssensorposition sensor
- 138138
- Stirnflächeface
- 140140
- AnkerstirnflächeArmature end face
- 142142
- Wegmesssystemdisplacement measuring system
- 144144
- Pfeilarrow
- 150150
- Hauptstufemain stage
- 152152
- Vorsteuerungfeedforward
- 154154
- Sitzbuchseseat bushing
- 156156
- Axialbohrungaxial bore
- 158158
- Ventilsitzvalve seat
- 160160
- Ventilkörpervalve body
- 162162
- Ventiltellervalve disc
- 164164
- Sitzflächeseat
- 166166
- Vorsprunghead Start
- 168168
- Vorsteuerbohrungpilot hole
- 170170
- VorsteuerventilsitzPilot valve seat
- 172172
- VorsteuerventilkörperPilot valve body
- 174174
- Nabenvorsprunghub projection
- 176176
- Führungsbohrungguide bore
- 178178
- Führungsbuchseguide bush
- 180180
- HauptstufenankerMain stages anchor
- 188188
- Führungsbundguide collar
- 190190
- Führungsstangeguide rod
- 192192
- Spannfedertension spring
- 194194
- Ankeranchor
- 196196
- Federtellerspring plate
- 198198
- Schaltfederswitching spring
- 200200
- Stirnflächeface
- 202202
- Anschlagflächestop surface
- 204204
- Anschlagnasestop lug
- 205205
- Ringausnehmungannular recess
- 206206
- Zwischenscheibewasher
- 210210
- Spulenkörperbobbins
- 218218
- Polstückpole piece
- 230230
- SacklochbohrungBlind hole
- 234234
- Positionssensorposition sensor
- 236236
- Stirnflächeface
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE200910015323 DE102009015323A1 (en) | 2009-03-27 | 2009-03-27 | Control valve i.e. seat valve, for use in swash plate type-axial piston machine, has valve body controlling pressurizing medium connection to displacement body area, where position and/or length of body are detectable |
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ID=42664095
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---|---|---|---|
DE200910015323 Withdrawn DE102009015323A1 (en) | 2009-03-27 | 2009-03-27 | Control valve i.e. seat valve, for use in swash plate type-axial piston machine, has valve body controlling pressurizing medium connection to displacement body area, where position and/or length of body are detectable |
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- 2009-03-27 DE DE200910015323 patent/DE102009015323A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141001 |