DE102004054606A1 - Reciprocating pump for conveying highly viscous media comprises a controllable closing device in the form of a sliding valve, especially a rotary slide valve, whose control is coupled to the movement of the pump piston - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere zur Beförderung hochviskoser Medien, mit einem vorzugsweise zylindrischen Arbeitsraum, in dem ein Pumpkolben läuft, und der eine Saugöffnung und eine Drucköffnung aufweist, die jeweils mittels einer Verschlussvorrichtung verschließbar sind.The The invention relates to a piston pump, in particular for transport highly viscous media, with a preferably cylindrical working space, in which a pump piston is running, and the one suction opening and a pressure port has, each of which is closable by means of a closure device.
Kolbenpumpen der vorgenannten Art sind bekannt und werden zur Beförderung unterschiedlicher Medien in vielfältigen Anwendungen genutzt. Sie arbeiten nach einem Zweitaktprinzip, bei dem in einem ersten Takt mittels der Verschlussvorrichtungen zunächst die Saugöffnung geöffnet und die Drucköffnung verschlossen wird und in diesem Zustand der Arbeitsraum durch eine Volumenvergrößerung mittels eines ersten Kolbenhubs vergrößert wird und dabei mit dem zu befördernden Medium gefüllt wird. Hierauffolgend wird in einem zweiten Takt mittels der Verschlussvorrichtungen die Drucköffnung geöffnet und die Saugöffnung geschlossen und das Medium durch eine Volumenverringerung des Arbeitsraumes mittels eines dem ersten entgegen gesetzten zweiten Kolbenhubs durch die Drucköffnung befördert. Hierauf folgend wird mittels der Verschlussvorrichtungen wiederum die Saugöffnung geöffnet und die Drucköffnung verschlossen und der erste Takt kann ausgeführt werden.piston pumps of the aforementioned type are known and are for carriage different media used in diverse applications. she work on a two-stroke principle, in which in a first cycle by means of the closure devices, first the suction opening and opened the pressure opening is closed and in this state the work space by a Volume increase by means of a first piston stroke is increased and with it to be transported Medium is filled. This is followed in a second cycle by means of the closure devices the pressure opening opened and the suction opening closed and the medium by a reduction in volume of the working space by means of a first opposite the second piston stroke conveys the pressure opening. hereupon Subsequently, by means of the closure devices, in turn, the suction opening is opened and the pressure opening closed and the first clock can be executed.
Als Verschlussvorrichtung für die Saug- und Drucköffnung ist es bekannt, Rückschlagventile zu benutzen, die in Abhängigkeit der Druckdifferenz vor und hinter der Verschlussvorrichtung oder in Abhängigkeit der Strömungsrichtung durch die Verschlussvorrichtung die Öffnungen verschließen oder freigeben. Solche Rückschlagventile sind im Stand der Technik als mechanische Klappenventile mit einem schwenkbaren Verschlußelement oder als Lippen-, Taschen- oder Zungenventile mit einem oder mehreren elastisch verformbaren Verschlußelementen ausgeführt.When Closure device for the suction and pressure opening it is known, check valves to use that in dependence the pressure difference in front of and behind the closure device or dependent on the flow direction close the openings through the closing device or release. Such check valves are in the art as mechanical flap valves with a pivoting closure element or as lip, pocket or tongue valves with one or more elastically deformable closure elements executed.
Pumpen der eingangs genannten Art werden beispielsweise beim Betrieb von Biogasanlagen zur Förderung der Biomasse verwendet. Hierbei müssen auf Grund der Höhe solcher Anlagen, die üblicherweise 3-6 Meter, aber auch bis zu zehn Meter oder darüber beträgt, beträchtliche Druckunterschiede erzeugt werden und ein sicherer Verschluß der Pumpe erreicht werden, sowohl wenn diese in Betrieb ist als auch wenn diese nicht betrieben wird.pump of the type mentioned are, for example, in the operation of Biogas plants for promotion the biomass used. This must be due to the amount of such Plants usually 3-6 meters, but also up to ten meters or more, considerable pressure differences be generated and a secure closure of the pump can be achieved both when in operation and when not operated becomes.
Nachteilhaft bei den bekannten Kolbenpumpen ist, daß kein sicherer Verschluß erreicht wird, der zuverlässig einen Durchlauf durch die Pumpe verhindert, insbesondere wenn diese nicht betrieben wird.disadvantageous in the known piston pumps that no safe closure reached that will be reliable prevents a passage through the pump, especially if this not operated.
Insbesondere dann, wenn bekannte Pumpen zur Förderung hochviskoser Medien (also zur Förderung von Medien mit einer dynamischen Viskosität von mehr als etwa 1 Pas) oder zur Förderung von Medien, in denen Festkörper oder hochviskose Anteile enthalten sind (wie es typischerweise bei Biomasse der Fall ist), ist eine schnelles und zuverlässiges Öffnen und Schließen der Öffnungen nicht gewährleistet und dadurch tritt ein unerwünschter Durchfluß und ein insgesamt unzufriedenstellendes Betriebsverhalten auf. So kann es bei Fremdkörpern im Medium dazu kommen, dass die Ventile blockiert werden, wodurch insbesondere bei unbeaufsichtigten, automatisch laufenden Pumpen eine unerwünschte Durchströmung der Pumpe durch die dann in geöffneter Stellung blockierten Ventile kommt, die ein Überlaufen der angeschlossenen Behälter verursacht.Especially then, if known pumps for promotion highly viscous media (ie to promote of media with a dynamic viscosity greater than about 1 Pas) or for promotion of media in which solids or highly viscous fractions are included (as is typical in Biomass is the case), is a fast and reliable opening and Shut down the openings not guaranteed and thereby an undesirable flow and enters Overall, unsatisfactory operating behavior. That's the way it works for foreign bodies in the Medium come to the valves are blocked, which in particular in unattended, automatically running pumps an undesirable flow through the Pump through the then open Position blocked valves comes, which is an overflow of the connected container caused.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe bereitzustellen, welche zumindest einige der Nachteile des Standes der Technik vermeidet.task The present invention is to provide a pump which avoids at least some of the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei der die Verschlussvorrichtungen als Schieberventile, insbesondere als Drehschieberventile, ausgebildet sind, dessen Steuerung mit der Bewegung der Pumpkolben gekoppelt ist.These Task is a piston pump of the type described above solved, in which the closure devices as slide valves, in particular are designed as rotary valves, whose control with the movement of the pump piston is coupled.
Die Kopplung der Schieberventile mit der Pumpkolbenbewegung kann beispielsweise als mechanische Kopplung erfolgen, wobei eine direkte mechanische Unsetzung der Kolbenbewegung in eine Betätigung der Ventile erfolgt. Jedoch ist unter Kopplung hier im weitesten Sinne eine aufeinander abgestimmte Bewegung des Pumpkolbens mit dem Schieberventil zu verstehen, die beispielsweise auch einen Stillstand des Pumpkolbens während der Drehschieberbewegung umfasst. So kann eine hydraulische Kopplung vorgesehen sein, bei der sowohl der Antrieb der Pumpkolben als auch der Antrieb der Ventile hydraulisch erfolgt und die Steuerung dieses Antriebs durch entsprechende Hydraulikventile erfolgt. Weiterhin ist eine elektrische Kopplung vorteilhaft, bei der Pumpkolben und Ventile durch einen elektrischen Antrieb und eine elektrische Steuerung betätigt werden.The Coupling of the slide valves with the pump piston movement, for example take place as a mechanical coupling, with a direct mechanical Unset of the piston movement in an actuation of the valves takes place. However, coupled here in the broadest sense is a succession to understand coordinated movement of the pump piston with the slide valve, for example, a standstill of the pump piston during the Includes rotary valve movement. So can a hydraulic coupling be provided, in which both the drive of the pump piston and the drive of the valves takes place hydraulically and the control of this drive done by appropriate hydraulic valves. Furthermore, one is electrical coupling advantageous in the pump piston and valves be actuated by an electric drive and an electric control.
Alternativ können Kombinationen der vorgenannten Steuerungs- und Antriebsarten vorteilhaft verwendet werden, so beispielsweise ein hydraulischer oder ein elektrischer Antrieb der Pumpkolben, deren Bewegung über einen mechanisch oder elektrisch gesteuerten hydraulischen Betätigungsmechanismus eine hydraulische Steuerung der Ventile bewirkt.alternative can Combinations of the aforementioned control and drive types used advantageously be such as a hydraulic or an electric Driving the pump piston, whose movement via a mechanical or electrical controlled hydraulic actuating mechanism causes a hydraulic control of the valves.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine zwangsgesteuerte Betätigung der Verschlussvorrichtungen erreichbar, und ein ungewünschtes Öffnen oder ein unvollständiges Schließen der Verschlussvorrichtungen wird zuverlässig vermieden. Die Verwendung von Schieberventilen ermöglicht eine robuste Ausführung der Verschlussvorrichtungen und stellt zugleich einen großen Durchflußquerschnitt bereit, in den im geöffneten Zustand keine Bauteile der Verschlussvorrichtung hineinragen. Hierdurch wird insbesondere bei hochviskosen Medien und Medien mit Fremdkörpern oder hochviskosen Anteilen eine verlust- und störungsfreie Förderung erreicht.With the device according to the invention a positively controlled actuation of the closure devices can be achieved, and an unwanted opening or incomplete closing of the Ver Closure devices is reliably avoided. The use of slide valves allows a robust design of the closure devices and at the same time provides a large flow area, in the open state, no components of the closure device protrude. As a result, in particular with highly viscous media and media with foreign bodies or high-viscosity components, a loss and trouble-free promotion is achieved.
Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist das Schieberventil in eine erste Position, in der nur die Saugöffnung geöffnet ist, eine zweite Position, in der Saug- und Drucköffnung verschlossen sind, und eine dritte Position, in der nur die Drucköffnung geöffnet ist, und bewegbar ist. Auf diese Weise ist eine unerwünschte Durchströmung der Pumpe sowohl bei bei Betrieb als auch bei Stillstand der Pumpe in jeder beliebigen Stellung unmöglich.at a first advantageous embodiment is the slide valve in a first position, in which only the suction opening is open, a second position, are closed in the suction and pressure port, and a third position in which only the pressure opening is opened, and is movable. This way is an undesirable one flow the pump both during operation and at standstill of the pump in any position impossible.
Es ist anzumerken, daß ein Rückstrom bereits bei Verschluß von nur einer der beiden Öffnungen verhindert wird. In der zweiten Position wird zudem redundant ein Rückstrom durch den Arbeitsraum vermieden. Diese zweite Position kann auch vorteilhaft im Pumpbetrieb kurzzeitig bei Durchlauf des oberen und des unteren Totpunkts zwischen der ersten und der dritten Position eingestellt werden. In der ersten Position kann Medium in den Arbeitsraum befördert werden und in der dritten Position kann das Medium aus dem Arbeitsraum hinausbefördert werden.It It should be noted that a reverse current already at closure of only one of the two openings is prevented. In the second position also becomes redundant reverse current avoided by the work space. This second position can also be beneficial in pumping mode for a short time with passage of the upper and lower Dead center set between the first and third position become. In the first position, medium can be conveyed into the work space and in the third position, the medium can be out of the workspace also promoted become.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Schieberventil in eine vierte Position bewegbar, in der Saug- und Drucköffnung geöffnet sind. In dieser Position ist eine Durchströmung der Pumpe möglich. Die Position kann zur Spülung und Reinigung des Arbeitsraumes und der angeschlossenen Leitungen benutzt werden.at In a further advantageous embodiment, the slide valve movable to a fourth position, are opened in the suction and pressure opening. In this position, a flow through the pump is possible. The Position can be used for rinsing and Cleaning the working area and the connected lines used become.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Arbeitsräume vorhanden. Hierdurch kann die Pumpleistung erhöht werden.at In another advantageous embodiment, there are two working spaces. As a result, the pump power can be increased.
Diese Ausführungsform kann fortgebildet werden, indem die Pumpkolben der beiden Arbeitsräume gegenläufig arbeiten. Hierdurch wird eine Zweizylinderpumpe mit zueinander versetztem Arbeitstakt erreicht und so bei einem Zweitaktprinzip eine gleichmäßige Pumpleistung erreicht. Es kann vermieden werden, daß das geförderte Medium in der Ansaug- und Ausgangsleitung oszillierend beschleunigt und gebremst wird, wie es bei einer Einzylinderpumpe unvermeidbar ist, und auf solche Art bei gleicher Antriebsleistung eine höhere Förderleistung erreicht werden.These embodiment can be trained by the pump pistons of the two working spaces work in opposite directions. As a result, a two-cylinder pump with offset from each other Working stroke achieved and so in a two-stroke principle, a uniform pumping power reached. It can be avoided that the pumped medium in the suction and output line is oscillating accelerated and decelerated, as is inevitable with a single-cylinder pump, and on such Type with the same drive power a higher flow rate can be achieved.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die beiden Arbeitsräume mittels eines einzigen Schieberventils gesteuert. Dies erhöht die Robustheit der Kolbenpumpe und verringert die Kosten.at a further advantageous embodiment, the two workrooms controlled by a single slide valve. This increases the robustness the piston pump and reduces the cost.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Schieberventil in eine erste Position, in der die Saugöffnung des ersten Arbeitsraumes und die Drucköffnung des zweiten Arbeitsraumes geöffnet ist, eine zweite Position, in der Saug- und/oder Drucköffnungen beider Arbeitsräume verschlossen sind, und eine dritte Position, in der in der die Drucköffnung des ersten Arbeitsraumes und die Saugöffnung des zweiten Arbeitsraumes geöffnet ist, bewegbar ist. Zur Nutzung und den Vorteilen der drei Positionen wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Mit dieser Ausführungsform wird eine zweizylindrige Pumpe realisiert, die in jeder beliebigen Stellung des Schieberventils durchlaufsicher ist.It is also advantageous if the slide valve in a first Position in which the suction port the first working space and the pressure opening of the second working space open is a second position in the suction and / or pressure openings both work spaces are closed, and a third position in which the pressure opening of the first working space and the suction opening of the second working space open is, is movable. To use and the advantages of the three positions Reference is made to the preceding description. With this embodiment a two-cylinder pump is realized, which in any Position of the slide valve is secure against passage.
Diese Ausführungsform kann fortgebildet werden, indem das Schieberventil in eine vierte Position, in der Saug- und Drucköffnung beider Arbeitsräume geöffnet sind, bewegbar ist. Hierzu wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.These embodiment can be trained by the slide valve in a fourth Position, in the suction and pressure opening both work spaces open are, is movable. For this purpose, the previous description directed.
Bei den Ausführungsformen mit den vorangegangen beschriebenen drei bzw. Vier Positionen des Schiberventils ist es vorteilhaft, wenn das Schieberventil bei Umschaltung aus der ersten in die dritte Position die zweite Position durchläuft. Hierdurch wird vermieden, daß das Ventil in eine Position gelangt, in der sowohl die Saug- als auch die Drucköffnung eines Zylinders ganz oder teilweise geöffnet sind und somit die Gefahr einer ungewünschten Durchströmung vermieden.at the embodiments with the previously described three or four positions of the Shifter valve, it is advantageous if the slide valve when switching goes through the second position from the first to the third position. This will avoided that Valve enters a position in which both the suction and the pressure opening a cylinder are completely or partially open and thus the danger avoided an undesirable flow.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere Arbeitsräume vorhanden sind, deren Saug- und Drucköffnungen durch Schieberventile, vorzugsweise durch ein einziges Schieberventil geöffnet und verschlossen werden. Hierdurch kann die Effektivität und Förderleistung weiter gesteigert werden. Die mehreren Arbeitsräume arbeiten vorzugsweise in zueinander versetzten Takten.at In another advantageous embodiment, there are several working spaces, their suction and pressure openings by slide valves, preferably by a single slide valve open and be closed. This can improve the effectiveness and flow rate be further increased. The several work spaces preferably work in staggered clocks.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der/die Pumpkolben hydraulisch betätigt werden. Dies ermöglicht einen funkenfreien Antrieb, der insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen gefordert ist.Especially It is advantageous if the pump piston (s) are hydraulically actuated. this makes possible a spark-free drive, especially in hazardous areas Areas is required.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der/die Schieberventile hydraulisch betätigt werden. Hierdurch kann ein funkenfreier und somit explosionssicherer Antrieb der Ventile bewirkt werden. Die Explosionssicherheit kann weiter gesteigert werden, wenn diese Ausführungsform mit dem hydraulischen Antrieb der Pumpkolben kombiniert wird.Farther is advantageous if the / the slide valves are hydraulically actuated. This allows a spark-free and thus explosion-proof drive the valves are effected. The explosion safety can continue be increased when this embodiment with the hydraulic Drive the pump piston is combined.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Steuerung der Schieberventile durch vorzugsweise ein einziges hydraulisches Ventil erfolgt, das mit der Bewegung der Arbeitskolben gekoppelt ist. Dies kann insbesondere bei gekoppelten Schieberventilen für mehrere Arbeitsräume vorteilhaft sein.It is also advantageous if the control of the slide valves preferably by a single hydraulic valve takes place, the coupled with the movement of the working piston. This can be special advantageous in coupled slide valves for multiple work spaces be.
Die Erfindung kann weitergebildet werden mit einem mit der Drucköffnung des Zylinders kommunizierenden Druckgehäuse, dessen Ausgangsöffnung bezogen auf die Schwerkraft oberhalb des Schieberventils liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Drehschieberventil nicht in Luft läuft sondern stets vom Medium umspült wird und so eine Abdichtung der Spalte des Drehschieberventils erreicht wird.The Invention can be further developed with a with the pressure opening of the Cylinder communicating pressure housing, whose output port based is located on the gravity above the slide valve. hereby it is ensured that the rotary valve does not run in air but always lapped by the medium and so a seal of the column of the rotary valve is achieved.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die zum Arbeitsraum weisende Oberfläche des Pumpkolbens bezogen auf die Schwerkraft nach unten weist. Hierdurch können sich auf dem Pumpkolben keine im Medium enthaltenen Fremdkörper mit höherer Dichte als das Medium ablagern und so zu Störungen bis zu einer Blockade der Pumpe führen.Finally is it is advantageous if the working space facing surface of the Pump piston referred to gravity downwards. hereby can on the pump piston no foreign matter contained in the medium higher Dense as the medium deposit and so disturbances up to a blockade lead the pump.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer durchlaufsicheren Kolbenpumpe, bei dem in einem ersten Schritt eine Saugöffnung eines Pumpzylinders geöffnet wird in einem zweiten Schritt mittels eines ersten Arbeitshubs eines Pumpkolbens ein Medium durch die Saugöffnung in den Pumpzylinder gesaugt wird, in einem dritten Schritt die Saugöffnung verschlossen wird, in einem vierten Schritt eine Drucköffnung des Pumpzylinders geöffnet wird und schließlich in einem fünften Schritt mit einem zweiten Arbeitshub, der dem ersten Arbeitshub entgegengesetzt verläuft, das Medium aus dem Pumpzylinder durch die Drucköffnung gedrückt wird.One Another aspect of the invention is a method for operating a durchlaufsicheren piston pump, wherein in a first step, a suction port of a Pump cylinder open is in a second step by means of a first stroke of a Pumping a medium through the suction port in the pump cylinder is sucked, in a third step, the suction opening is closed, in one fourth step, a pressure opening open the pump cylinder and finally in a fifth step with a second working stroke, opposite to the first working stroke runs, the medium is forced out of the pump cylinder through the pressure port.
Das Verfahren kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem zwei gegenläufige Zylinder verwendet werden und die Pumpkolben nach Arbeitshub bei jeweils geöffneter Saug-/ oder Drucköffnung jeweils in den entgegengesetzten Totpunkten angehalten werden, um einen Verschluß aller Saug- und Drucköffnungen zu bewirken und danach die jeweilige Druck- oder Saugöffnung des jeweiligen Zylinders geöffnet wird.The Method can be advantageously developed by two opposing cylinders be used and the pump piston after working at each open Suction or pressure opening each stopped in the opposite dead centers to a closure of all Suction and pressure openings to effect and then the respective pressure or suction port of the respective cylinder is opened.
Bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsformen werden anhand der anhängenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:preferred non-limiting embodiments are based on the attached drawings described. Show it:
In den Figuren sind übereinstimmende Bauteile mit identischen Bezugszeicheichen gekennzeichnet.In The figures are matching Components marked with identical reference symbols.
Die
in den
Der
rechte Pumpzylinder
Anstelle
der beiden Arbeitszylinder
Die
Pumpzylinder
Weiterhin
weisen die Zylinder
Zwischen
den Saug- und Drucköffnungen
Die
Ventilscheibe
Alternativ
könnte
auf den Steuerzylinder
Der
Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
wird anhand der
In
Der
rechte Zylinder
Die
Ventilscheibe steht in einer ersten Position, in der der Ansaugöffnung
In
der in
Am Ende des Hubs erreichen die Pumpkolben den jeweils entgegengesetzten Totpunkt. Die Ventilscheibe wird nun in eine zweite Position verdreht, in der alle Saug- und Drucköffnungen verschlossen sind.At the At the end of the stroke, the pump pistons reach the opposing one Dead center. The valve disc is now rotated to a second position, in the all suction and pressure openings are closed.
In
der in den
Hierauffolgend
stehen die Pumpkolben nach einer geringen weiteren, der vorigen
Hubbewegung entgegengesetzten Bewegung in der in
In
der in
In
der in den
Dargestellt
sind zwei Steuerzylinder
Die
Steuerzylinder
Der
Betrieb erfolgt auf folgende Weise:
Eine Pumpe P erzeugt einen Öldruck und
befördert Öl durch
ein Schaltventil
A pump P generates an oil pressure and carries oil through a switching valve
Der
obere Hubraum des rechten Arbeitszylinders
Aus
dem oberen Hubraum des linken Arbeitszylinders strömt das Öl durch
den in der rechten Endlage befindlichen linken Hubraum des rechten Steuerzylinders
Haben
die Arbeitszylinder
Durch
den Schaltvorgang wird zuerst die Druck- bzw. die Saugöffnung der
Pumpzylinder geschlossen (Betriebsposition der
Sobald
diese Betriebsposition erreicht ist, haben die Steuerzylinder
Haben
die Kolben der Arbeitszylinder
Die
Pumpe gemäß
Der
Aufbau des Drehschieberventils
In
den
Durch
Verdrehen der Ventilscheibe um etwa 45° (entgegen dem Uhrzeigersinn
in
Die Betriebsposition B wird im oberen und unteren Totpunkt geschaltet, um eine Durchströmung der Zylinder zu vermeiden. Sie kann auch bei Stillstand der Pumpe geschaltet werden, um Rückstrom zu verhindern.The Operating position B is switched at the top and bottom dead center, to a flow through the To avoid cylinders. It can also be switched when the pump is at standstill be to return current prevent.
Durch
weiteres Verdrehen der Ventilscheibe um weitere etwa 45° (entgegen
dem Uhrzeigersinn in
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- 2004-11-13 DE DE102004054606A patent/DE102004054606A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20111114 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |