DE102004041824B4 - Ship with a data network - Google Patents
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Abstract
Schiff (1) mit einem Datennetzwerk (4) zur Übertragung von den Antriebsfunktionen des Schiffs (1) dienenden Steuerungsdaten und zur Übertragung von Kommunikations- und/oder Servicedaten, wobei das Datennetzwerk (4) wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte autarke Subnetzwerke (S1 bis S15) aufweist, die über einen Hauptringbus (6) miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Subnetzwerke (S1 bis S15) jeweils über einen parametrierbaren Netzwerkschalter (SW1 bis SW15) mit dem Hauptringbus (6) in Verbindung stehen, wobei einer der Netzwerkschalter (SW1 bis SW15) als Ringbusmanager (SW9) parametriert ist und in einer Sicherheitszone (SZ1, SZ2) mit einer über eine Sicherheitsstufe von anderen Feuerzonen (FZ1 bis FZ7) des Schiffs hinausgehenden Sicherheitsanforderung angeordnet ist.ship (1) with a data network (4) for transmission from the drive functions of the ship (1) serving control data and for transmission of communication and / or service data, wherein the data network (4) at least two spatially has separate autarkic subnetworks (S1 to S15), the above a main ring bus (6) communicate with each other thereby in that the subnetworks (S1 to S15) each have a Parameterizable network switch (SW1 to SW15) with the main ring bus (6), one of the network switches (SW1 to SW15) is parameterized as ring bus manager (SW9) and in a safety zone (SZ1, SZ2) with an over a safety level from other fire zones (FZ1 to FZ7) of the ship outgoing security requirement is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Datennetzwerk zur Übertragung von den Antriebsfunktionen des Schiffs dienenden Steuerungsdaten und zur Übertragung von Kommunikations- und/oder Servicedaten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a ship with a data network for transmission from the drive functions of the ship serving control data and for transmission of communication and / or service data according to the preamble of claim 1.
An Bord eines Schiffes sind eine Vielzahl von Automatisierungssystemen über das ganze Schiff verteilt. Nur sehr wenige von ihnen sind miteinander verbunden oder benutzen die neueste Faseroptik-Technologie. Der Schiffsbau entwickelte sich zwar enorm weiter, jedoch gibt es besonders in der Betriebssicherheit mit Automatisierungssystemen keine Komplettlösungen. Der aktuelle Zustand an Bord ist so, dass mindestens drei, auf manchen Schiffen aber bis zu acht nicht miteinander kompatible Automatisierungssysteme nebeneinander vorhanden sind. Das bedeutet jedes Automatisierungssystem benötigt eine separate Verkabelung und eine separate Bus-Verbindung zum Leitstand bzw. der Brücke, d.h. es entsteht ein hohes Kosten- und Arbeitsaufkommen für die Einzelverkabelung. Ein weiterer Nachteil ist, dass jedes Automatisierungssystem mit seinen eigenen Komponenten arbeitet und daher nicht durchgängig überwacht werden kann. Da es nur sehr wenige bis keine Netzübergänge zwischen den Systemen gibt, müssen die Automatisierungssysteme von mehreren übergeordneten Leitsystemen gesteuert und/oder überwacht werden.At Board of a ship are a variety of automation systems over the whole ship distributed. Very few of them are connected or use the latest fiber optic technology. The shipbuilding Although developed enormously, but there are especially in the reliability with automation systems no complete solutions. The current state on board is such that at least three, on some Ships but up to eight incompatible automation systems are present next to each other. That means every automation system needs one separate cabling and a separate bus connection to the control room or the bridge, i.e. There is a high cost and workload for the individual cabling. Another disadvantage is that every automation system with works its own components and therefore does not constantly monitor can be. Since there are very few to no gateways between give to the systems the automation systems of several higher-level control systems controlled and / or monitored become.
Aus
der internationalen Veröffentlichung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme zu beseitigen und/oder zu mindern.Of the Invention is based on the object, the aforementioned problems to eliminate and / or mitigate.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Schiff mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.These Task is solved by a generic ship with the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung löst die eingangs geschilderte Problematik, indem die Subnetzwerke jeweils über einen parametrierbaren Netzwerkschalter mit dem Hauptringbus in Verbindung stehen, wobei einer der Netzwerkschalter als Ringbusmanager parametriert ist und in einer so genannten Sicherheitszone mit einer über die Sicherheitsstufe der übrigen Feuerzonen des Schiffs hinausgehenden Sicherheitsanforderung angeordnet ist. Die Parametrierung eines Netzwerkschalters als Ringbusmanager eröffnet die Möglichkeit, den Hauptringbus im Störfall, beispielsweise bei Durchtrennung des Hauptringbusses an einer beliebigen Stelle, sicher als logischen Ring weiter zu betreiben. Der Ringbusmanager wird dann im ungestörten Betrieb als einziger Netzwerkschalter offen am Hauptringbus betrieben. Der Ringbusmanager hat eine Wächterfunktionalität, d.h. sobald der Ringbusmanager den Hauptring an einer zweiten Stelle als geöffnet erkennt, schließt er den Hauptring wieder. Durch diese Überwachung ist gewährleistet, dass selbst im Schadensfall der Hauptringbus nicht in zwei Segmente zerfällt. Somit bleiben auch bei Durchtrennung des Hauptringbusses alle Subnetzwerke mit dem Hauptringbus in Verbindung und durch einen Server, beispielsweise einen übergeordneten Leittechnikrechner, kontrollier- und/oder steuerbar. Die einzelnen Automatisierungsbereiche, d.h. alle diese Systeme werden zu einem einzigen, d.h. einem integrierten System für alle Aufgaben zusammengeführt.The Invention solves the problem described above, by the subnetworks in each case via a parameterizable network switch with the main ring bus in conjunction stand, whereby one of the network switches is configured as a ring bus manager and in a so-called safety zone with an over the Security level of the rest Fire safety requirements of the ship is. The parameterization of a network switch as a ring bus manager open the possibility, the main ring bus in case of accident, for example, when severing the main ring bus at any Make sure to keep operating as a logical ring. The ring bus manager will be in undisturbed Operation as the only network switch open on the main ring bus. The ring bus manager has a watchdog functionality, i. as soon as the ring bus manager puts the main ring in a second position as open recognizes, closes he returns to the main ring. This monitoring ensures that even in case of damage the main ring bus does not split into two segments. Consequently even if the main ring bus is severed, all subnetworks remain connected to the main ring bus and through a server, for example a parent Process control computer, controllable and / or controllable. The single ones Automation areas, i. all these systems become one single, i. an integrated system for all tasks.
Durch die Erfindung wird auch die Arbeit für die Schiffsbesatzung erleichtert. Ein Integriertes Datennetzwerk und/oder Automatisierungssystem integriert beispielsweise alle Sicherheits- und Steuerungs-Systeme. Es enthält z.B. weiterhin Mittel zum Sicherheitsmanagement, zur Entscheidungs-Unterstützung, zur präventiven Wartung, zur Ansteuerung von Service oder Komfortfunktionen und zur intelligenten Datenabspeicherung und Verarbeitung. Die Crew hat ständigen Zugang zu kritischen Betriebsinformationen und bekommt Hinweise und Tipps, falls notwendig. Dies verbessert die Sicherheit des ganzen Schiffs. Die Informationen sind hierbei im Bereich des ganzen Schiffs verfügbar. Notebooks oder kleine Handhelds können über wireless lan (WAN) oder über TCP/IP-Anschlüsse angeschlossen werden.By the invention also facilitates the work for the ship's crew. An integrated data network and / or automation system integrated For example, all safety and control systems. It contains e.g. continue to provide security management, decision support, preventive Maintenance, for the control of service or comfort functions and for intelligent data storage and processing. The crew has permanent Access to critical operating information and get hints and tips, if necessary. This improves the safety of the whole Ship. The information here is in the area of the whole ship available. Notebooks or small handhelds can be connected via wireless lan (WAN) or via TCP / IP ports become.
Ein Datennetzwerk im Sinne der Erfindung ist eine Menge verbundener Subnetzwerke für unterschiedlichste Aufgaben, wobei sich die Subnetzwerke bzw. die Automatisierungssubsysteme autark zueinander verhalten und dezentral angeordnet sind. Fällt also ein Subnetzwerke oder ein Automatisierungssubsysteme aus, wird die Funktionalität des Gesamt-Netzwerkes und/oder des Gesamt-Automatisierungssystems nicht eingeschränkt oder verändert.One Data network in the context of the invention is a lot connected Subnetworks for different tasks, whereby the subnetworks or the Automation subsystems behave independently to each other and decentralized are arranged. falls So a subnetworks or an automation Subsystems is off the functionality of the overall network and / or the overall automation system not limited or changed.
Autark bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung, dass die Subnetzwerke und somit die Automatisierungssubsysteme unabhängig von einer höheren Ebene ihre Funktionalität eigenständig beibehalten können, insbesondere im Bedarfs- oder Notfall, z.B. bei Feuer und bei Ausfall der höheren Ebene.self-sufficient in the context of the invention means that the subnetworks and thus the automation subsystems independent of a higher level their functionality independently can maintain especially in case of need or emergency, e.g. in case of fire and failure the higher one Level.
Ein Subnetzwerk ist ein Netzabschnitt, der physikalisch vom restlichen Netzwerk getrennt ist (z.B. durch einen Netzübergang oder einen Switch). Ein Switch ist ein elektronisches Gerät zur Anbindung von Subnetzwerken und Bildung von Netzsegmenten.One Subnetwork is a network section physically separate from the rest Network is isolated (e.g., through a gateway or switch). One Switch is an electronic device for connecting subnetworks and formation of network segments.
Vorzugsweise weist jedes der Subnetzwerke eine eigenständige Strom- oder Notstromversorgung auf, um im Bedarfsfall sich selbst versorgen zu können. Beispielsweise ist jede der Komponenten des Subsystems, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Switch, mit einer eigenen Notstromversorgung ausgerüstet, z.B. mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung auf Akku-Basis.Preferably each of the subnetworks has an independent power or backup power supply, to be able to provide for yourself when needed. For example, each one is the components of the subsystem, e.g. a programmable logic controller or a switch equipped with its own emergency power supply, e.g. with an uninterruptible battery-powered power supply.
Mit dem erfindungsgemäßen Datennetzwerk ist ein Kommunikationsnetzwerk für die sichere Automatisierung der Antriebsteuerung und der Energieerzeugung auf Schiffen bereitgestellt. Dadurch dass, das Datennetzwerk wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte autarke Subnetzwerke aufweist, die über einen Hauptringbus miteinander in Verbindung stehen, werden die strengen Sicherheitsbestimmungen für zur See fahrende Schiffe erfüllt.With the data network according to the invention a communication network for the safe automation of drive control and power generation deployed on ships. By doing that, the data network at least two spatially has separate autarkic subnetworks, which have a Main ring bus related, become the strict Safety regulations for Meets ships sailing at sea.
Vorteilhafterweise ist jedes der autarken Subnetzwerke innerhalb genau einer der Feuerzonen angeordnet, ohne dass dieses Subnetzwerk sich in eine weitere der Feuerzonen hineinerstreckt. Dies bedeutet im Schadensfall, beispielsweise durch Feuereinwirkung, sind selbst bei vollständigem Ausbrennen einer Feuerzone die restlichen Subnetzwerke nicht betroffen und können ihre Funktionen unabhängig von den zerstörten Subnetzwerken aufrechterhalten.advantageously, is each of the self-sufficient subnetworks within exactly one of the fire zones arranged without this subnetwork turning into another one Extends fire zones. This means in case of damage, for example by fire, are even at complete burn out of a fire zone the remaining subnetworks are not affected and theirs can Functions independent from the destroyed Maintained subnetworks.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Netzwerkschalter als Switch, beispielsweise als Ethernet-Switch, ausgebildet. Vorteil haft ist hierbei die physikalische Trennung der Subnetzwerke vom restlichen Datennetzwerk, z.B. durch Optokoppler.In Another preferred embodiment of the invention is the network switch designed as a switch, for example as an Ethernet switch. Advantage is Hereby the physical separation of the subnetworks from the rest Data network, e.g. through optocouplers.
Zweckmäßigerweise verläuft der Hauptringbus auf einander gegenüberliegenden Schiffsseiten auf unterschiedlichen Decks.Conveniently, extends the main ring bus on opposite sides of the ship different decks.
Vorzugsweise ist ein erstes autarkes Subnetzwerk zur Ansteuerung und/oder Überwachung des Schiffsantriebs hergerichtet. Der Schiffsantrieb unterliegt höchsten Sicherheitsanforderungen. Durch das autarke Subnetzwerk lässt sich der Schiffsantrieb selbst bei Totalausfall des Hauptringbusses bzw. der übergeordneten Leitebene sicher bedienen.Preferably is a first self-sufficient subnetwork for controlling and / or monitoring the Ship propulsion prepared. The ship propulsion system is subject to the highest safety requirements. Through the autarkic subnetwork lets the ship propulsion even in total failure of the main ring bus or the parent Serve the control level safely.
Eine weitere Steigerung der Sicherheit bei Schiffen mit mindestens zwei Schiffsantrieben wird dadurch erreicht, dass für jeden der Schiffsantriebe ein gesondertes autarkes Subnetzwerk vorhanden ist.A further increase safety on ships with at least two Ship propulsion is achieved by the fact that for each of the ship propulsion Separate self-sufficient subnetwork is available.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein drittes autarkes Subnetzwerk zur Überwachung und/oder Ansteuerung der Ruderanlage hergerichtet ist. Auch werden in vorteilhafter Weise besondere Sicherheitsanforderungen bestens erfüllt. Ein autarkes Subnetzwerk für die Ruderanlage gewährleistet die Manövrierfähigkeit des Schiffes im Schadensfall. Beispielsweise steht das Schiffsruder mit dem Datennetzwerk in Verbindung, wobei die Steuerungsdaten Daten zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Schiffsantriebs- und Steuerungsmittels umfassen.A preferred embodiment The invention provides that a third self-sufficient subnetwork for monitoring and / or control of the steering gear is prepared. Also will be advantageously best meets special security requirements. One self-sufficient subnetwork for the rudder system guaranteed the maneuverability of the ship in case of damage. For example, the ship's rudder stands connected to the data network, wherein the control data is data for control and / or monitoring the marine propulsion and control means.
Mit Vorteil ist ein viertes autarkes Subnetzwerk zur Ansteuerung von Mitteln zur Energieerzeugung hergerichtet. Da beispielsweise Kreuzfahrtschiffe sehr viele Energieverbraucher besitzen und der überwiegende Teil von Betriebsfunktionen als auch von Service- sowie Komfortfunktionen auf z.B. elektrische Energieerzeugung angewiesen ist, ist hier eine sichere und zuverlässige Bereitstellung von elektrischer Energie von besonderem Vorteil. Durch ein autarkes Subnetzwerk für die Energieerzeugung ist die Energieversorgung für das Schiff gewährleistet. Beispielsweise steht eine Brennstoffzellenanlage oder eine Diesel-Generatoranlage mit dem Datennetzwerk in Verbindung steht, wobei die Steuerungsdaten Daten zur Ansteuerung und/oder Überwachung des Schiffsenergieerzeugungsmittels umfassen.With The advantage is a fourth self-sufficient subnetwork for controlling Means prepared for energy production. For example, cruise ships have a large number of energy consumers and the vast majority of operating functions as well as service and comfort functions on e.g. electrical Energy production is dependent, here is a safe and reliable deployment of electrical energy of particular advantage. By a self-sufficient Subnetwork for Energy production ensures the energy supply for the ship. For example, there is a fuel cell system or a diesel generator system communicates with the data network, the control data Data for control and / or monitoring of the ship's energy generating means.
Vorzugsweise sind die Subnetzwerke oder einige der Subnetzwerke als Ringbus ausgeführt. Diese Ausgestaltung der Subnetzwerke, beispielsweise als Profibusring, und die bevorzugte Einbringung von Netzwerkschaltern in das Subnetzwerk bringt die schon beim Hauptringbus aufgezeigten Vorteile. Abhängig von der Infrastruktur und den geforderten Leistungsmerkmalen der Subnetzwerke kann die Netztopologie der Subnetzwerke auch Linie, Baum oder Stern sein. Systeme, wie AS- Interface, Profibus DP, Profibus für den Ex-Schutzbereich, EIB (Instabus) und Industrial Ethernet kommen für die Ausgestaltung der Subnetzwerke in Frage.Preferably The subnetworks or some of the subnetworks are designed as ringbuses. These Design of subnetworks, for example as Profibus ring, and brings the preferred introduction of network switches in the subnetwork the advantages already shown in the main ring bus. Depending on infrastructure and the required features of subnetworks the network topology of the subnetworks can also be line, tree or star. Systems, such as AS-Interface, Profibus DP, Profibus for the Ex protection area, EIB (Instabus) and Industrial Ethernet come for the design the subnetworks in question.
In weiterer Ausgestaltung sind die Subnetzwerke oder einige der Subnetzwerke für den autarken Betrieb mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder mit intelligenten Feldgeräten ausgestattet. Vorzugsweise weist jedes der Subnetzwerke eine eigenständige Strom- oder Notstromversorgung auf, um im Bedarfsfall sich selbst versorgen zu können. Beispielsweise ist jede der Komponenten des Subnetzwerks mit einer eigenen Notstromversorgung ausgerüstet, z.B. mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung auf Akkubasis.In Another embodiment is the subnetworks or some of the subnetworks for the self-sufficient operation with a programmable logic controller and / or equipped with intelligent field devices. Preferably, each of the subnetworks has its own power or emergency power supply to self-supply when needed can. For example, each of the components of the subnetwork is one own emergency power supply equipped, e.g. with an uninterrupted Battery-powered power supply.
Zweckmäßig ist, dass die Subnetzwerke oder einige der Subnetzwerke für den autarken Betrieb eine lokale Bedientafel, beispielsweise ein Operator-Panel, aufweisen. Eine lokale Bedientafel bietet dem Bedienpersonal vor Ort z.B. alle Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten, wie sie auch dem Kapitän auf der Brücke für dieses Subnetzwerk zur Verfügung stehen. Damit gilt für den Schadensfall, dass die komplette Steuerung und Überwachung, beispielsweise der Schiffsantriebe, auch (noch) durch den leitenden Ingenieur im Maschinenraum erfolgen kann.It is useful that the subnetworks or some of the subnetworks for autonomous operation have a local operator panel, for example an operator panel. A local operator panel provides on-site operators, for example, with all the monitoring and control options available to the master on the bridge for this subnetwork. Thus, in the event of damage, the complete control and monitoring, for example of the ship propulsion systems, can also (still) be carried out by the chief engineer in the engine room.
Zweckmäßig ist, dass der Hauptringbus mehrere über das Schiff verteilte, vorzugsweise im Hinblick auf eine Abstandsmaximierung in etwa gleich verteilte, Server aufweist.It is expedient that the main ring bus several over the ship distributed, preferably in terms of a distance maximization approximately equally distributed, server has.
Zweckmäßig ist, die Server jeweils in einer Sicherheitszone mit einer über die Sicherheitsstufe der übrigen Feuerzonen des Schiffs hinausgehenden Sicherheitsanforderung und/oder in unterschiedlichen Feuerzonen anzuordnen. Ein solches Serversystem mit mindestens zwei Servern arbeitet vorzugsweise in der „heißen Redundanz", d.h. sobald ein Server, z.B. aufgrund von Feuer, ausfällt, übernimmt der andere Server sofort sämtliche Aufgaben. Da die Wahrscheinlichkeit, dass beide Sicher heitszonen gleichzeitig betroffen sind, sehr gering ist, ist diese Anordnung von besonderem Vorteil. Auch der Hauptringbus wird insbesondere so verlegt, dass im Schadensfall möglichst wenig von dem Hauptringbus zerstört wird. Beispielsweise ist der Hauptringbus ausgehend von der Brücke auf der Steuerbordseite, wo sich auch eine erste Sicherheitszone, in der der erste Server untergebracht ist, befindet, durch die unterschiedlichen Feuerzonen zum Heck des Schiffes geführt. Auf dem Weg zum Heck wechselt der Hauptringbus dann z.B. die Decks, um zusätzliche Sicherheit zu erreichen. Im Heck kann in einer zweiten Sicherheitszone der zweite Server angeordnet sein. Vom Heck wird der Hauptringbus unter Berücksichtigung der Störanfälligkeit diesmal auf der Backbordseite des Schiffs zur Brücke geführt.It is expedient the servers each in a security zone with one over the Security level of the rest Fire safety requirements of the ship and / or to arrange in different fire zones. Such a server system with at least two servers preferably operates in the "hot redundancy", i.e. as soon as one Server, e.g. due to fire, fails, the other server takes over all immediately Tasks. Because the probability that both security zones are affected at the same time, is very low, this arrangement of particular advantage. Also the main ring bus becomes in particular so mislaid that in case of damage as little as possible is destroyed by the main ring bus. For example, the main ring bus is starting from the bridge the starboard side, where there is also a first safety zone, in the first server is located, by the different ones Fire zones led to the stern of the ship. On the way to the rear changes the main ring bus then e.g. the decks for added security. In the rear, in a second security zone, the second server be arranged. From the stern, the main ring bus is taken into account the susceptibility this time led to the bridge on the port side of the ship.
Zweckmäßig ist, dass der Hauptringbus einen Lichtwellenleiter aufweist. Ein Hauptringbus auf Lichtwellenleiter-Technik hat neben den Vorteilen der Potentialtrennung und der Störunanfälligkeit gegen EMV-Beeinflussungen den großen Vorteil der Gewichtseinsparung.It is expedient the main ring bus has an optical waveguide. A main ring bus On optical fiber technology has in addition to the advantages of electrical isolation and the susceptibility to interference against EMC influences the big advantage of weight saving.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:Further Details, features and advantages of the invention will become apparent below explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. there demonstrate:
Ein
erstes Subnetzwerk S1 in der Feuerzone FZ6 ist für den ersten Schiffsantrieb
Ein
drittes Subnetzwerk S3 ist für
die Ruderanlage
Ein
viertes Subnetzwerk S4 ist für
die Energieerzeugung
Ein
erster Server
Der
autarke Betrieb des Subnetzwerkes S1 wird durch den Einsatz einer
speicherprogrammierbaren Steuerung SPSA1 ermöglicht. Die speicherprogrammierbare
Steuerung SPSA1 steuert die Funktionen der Feldgeräte C1, C2,
E1 und E2. Eine erste Motorsteuerung C1 und eine zweite Motorsteuerung
C2 sorgen für
die gewollte Steuerung des Antriebes
Für einen
Stromausfall im Subnetz S1, steht eine unterbrechungsfreie Stromversorgung
USV1 zur Verfügung.
Die unterbrechungsfreie Stromversorgung schaltet sofort ein, wenn
eine Stromschwankung erkannt wird. Wie auch die anderen Feldgeräte ist die
unterbrechungsfreie Stromversorgung USV1 mit dem Profibusring PEPS
verbunden. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung USV1 setzt bei
erkanntem Stromausfall ein Signal für die restlichen Feldkomponenten,
insbesondere für
die speicherprogrammierbare Steuerung SPSA1 ab. Mit diesem Signal
werden allen Feldkomponenten der Notlaufbetrieb signalisiert und
es kann in das Notlaufprogramm mit Batteriebetrieb gewechselt werden.
Das Subnetzwerk S2 für
den Schiffsantrieb
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140301 |