DE102012011498A1 - Differential cylinder arrangement for a hydromechanical drive for electric circuit breakers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Differentialzylinderanordnung (1) für einen hydromechanischen Antrieb zur Betätigung eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungsschalters, umfassend einen ersten Druckbereich (3) zum Beaufschlagen mit einem Systemdruck (p1); einen zweiten Druckbereich (4, 5); einen in einem Bewegungsbereich beweglichen Kolben (2), der abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckbereich (3, 4, 5) bewegbar ist; eine Dämpfungseinrichtung, die bei einer Bewegung des Kolbens (2) in Richtung des zweiten Druckbereichs (4, 5) eine Dämpfung gegen die Bewegung des Kolbens (2) bereitstellt, wobei sich die Dämpfung selbsttätig einstellt, und die Dämpfungseinrichtung eine Dämpfungskammer (11) an einem dem Kolben (2) gegenüberliegenden Ende des zweiten Druckbereichs (4) und einen an dem Kolben (2) in Richtung des zweiten Druckbereichs hervorstehenden Dämpfungszapfen (10) aufweist, wobei der Dämpfungszapfen (10) und die Dämpfungskammer (11) so ausgebildet sind, dass der Dämpfungszapfen (10) in einem Bewegungsbereichs in die Dämpfungskammer (11) hineinragt und damit den zweiten Druckbereich (4, 5) von der Dämpfungskammer (11) trennt. Die Dämpfungseinrichtung weist eine Dämpfungsbuchse (12) auf, in deren Innenraum die Dämpfungskammer (11) einen dritten Druckbereich bildet, der mit wenigstens einem beweglichen Verschlusselement (15) verschließbar ist und das bewegliche mit der Dämpfungskammer (11) zusammenwirkende Verschlusselement (15) bei einer Bewegung des Kolbens (2) mittels einer Anpresskraft von wenigstens einer damit zusammenwirkenden Tellerfeder (17) bewegbar ist.The invention relates to a differential cylinder arrangement (1) for a hydromechanical drive for actuating an electrical switch, in particular a high-voltage switch, comprising a first pressure region (3) for applying a system pressure (p1); a second pressure area (4, 5); a movable in a movement range piston (2) which is movable in response to a pressure difference between the first and the second pressure region (3, 4, 5); a damping device, which provides a damping against the movement of the piston (2) during a movement of the piston (2) in the direction of the second pressure region (4, 5), wherein the damping automatically sets, and the damping device to a damping chamber (11) an end of the second pressure area (4) opposite the piston (2) and a damping pin (10) protruding toward the second pressure area on the piston (2), the damping pin (10) and the damping chamber (11) being formed in that the damping pin (10) projects into the damping chamber (11) in a movement range and thus separates the second pressure region (4, 5) from the damping chamber (11). The damping device has a damping bushing (12), in the interior of which the damping chamber (11) forms a third pressure region which can be closed by at least one movable closure element (15) and the movable closure element (15) interacting with the damping chamber (11) Movement of the piston (2) by means of a contact pressure of at least one cooperating plate spring (17) is movable.
Description
Die Erfindung betrifft hydraulische Differentialzylinderanordnung für hydromechanische Antriebe für elektrische Leistungsschalter.The invention relates to hydraulic differential cylinder arrangement for hydromechanical drives for electrical circuit breakers.
Hydromechanische Federspeicherantriebe weisen üblicherweise Differentialzylinder auf. Ein Kolben des Differentialzylinders ist mit einer Kolbenstange verbunden, die durch Druckbeaufschlagung eines Druckvolumens bewegbar ist. Weiterhin ist die Kolbenstange mit einem elektrischen Leistungsschalter verbunden, so dass durch Bewegen der Kolbenstange der elektrische Leistungsschalter geschaltet werden kann. Beispielsweise kann zum Öffnen des elektrischen Leistungsschalters das Druckvolumen des Differentialzylinders mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt werden, so dass sich die Kolbenstange in eine entsprechende Position bewegt.Hydromechanical spring accumulator drives usually have differential cylinders. A piston of the differential cylinder is connected to a piston rod which is movable by pressurizing a pressure volume. Furthermore, the piston rod is connected to an electrical power switch, so that by moving the piston rod of the electric power switch can be switched. For example, to open the electrical circuit breaker, the pressure volume of the differential cylinder can be acted upon by a hydraulic pressure, so that the piston rod moves in a corresponding position.
Der Druck in dem Druckvolumen wird üblicherweise von einem Druckzylinder bereitgestellt, der mit einem mechanischen Energiespeicher, wie beispielsweise einer Federanordnung, gekoppelt ist. Soll der Leistungsschalter geschaltet werden, wird die Federkraft auf den Druckzylinder freigegeben, so dass sich dort ein Arbeits- oder Systemdruck aufbaut, der über eine hydraulische Verbindung auch in dem Druckvolumen des Differentialzylinders vorliegt. Durch den Arbeitsdruck in dem Druckbereich werden der Kolben und die Kolbenstange des Differentialzylinders bewegt.The pressure in the printing volume is usually provided by a printing cylinder which is coupled to a mechanical energy storage, such as a spring assembly. If the circuit breaker to be switched, the spring force is released to the pressure cylinder, so that there builds a working or system pressure, which is present via a hydraulic connection in the pressure volume of the differential cylinder. The working pressure in the pressure range moves the piston and the piston rod of the differential cylinder.
Wenn der mechanische Energiespeicher an dem Druckzylinder als Federanordnung ausgebildet ist, wird dieser üblicherweise zum Bereitstellen einer ausreichenden Kraft mit einer Vorspannung beaufschlagt. Beim Auslösen der Federanordnung baut sich der Arbeitsdruck sehr schnell auf, so dass der Druckbereich des Differentialzylinders beinahe unmittelbar mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben des Differentialzylinders mit einer hohen Beschleunigungskraft in Richtung eines Endanschlags bewegt. Zur Schonung des Differentialzylinders und der weiteren damit gekoppelten mechanischen Bauteile ist daher häufig eine Endlagendämpfung vorgesehen, bei der die Geschwindigkeit des Kolbens reduziert wird, bevor dieser oder ein weiteres Bauteil an einem Anschlag anschlägt. Die Dämpfung soll bewirken, dass die Endgeschwindigkeit des Kolbens beim Anschlagen unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes gebracht wird, um eine Beschädigung der Bauteile zu vermeiden.If the mechanical energy store is formed on the pressure cylinder as a spring arrangement, this is usually applied to provide a sufficient force with a bias voltage. Upon release of the spring assembly, the working pressure builds up very quickly, so that the pressure range of the differential cylinder is applied almost directly to the working pressure. As a result, the piston of the differential cylinder is moved with a high acceleration force in the direction of an end stop. To protect the differential cylinder and the other mechanical components coupled therewith, therefore, a cushioning is often provided in which the speed of the piston is reduced before this or another component strikes against a stop. The damping is intended to cause the final speed of the piston is brought below a predetermined threshold when striking, in order to avoid damage to the components.
Abhängig vom Einsatzfall und vom Typ des zu schaltenden Leistungsschalters, der Auslösegeschwindigkeit, des bereitgestellten Arbeitsdrucks und dergleichen muss für jede Anwendung individuell eine eigene geometrische Auslegung der Dämpfung erfolgen. Dadurch sind die hydromechanischen Federspeicherantriebe bereits zu Beginn der Fertigung auf eine bestimmte Anwendung festgelegt. Ein Wechsel des Anwendungsbereichs ist nach ihrer Herstellung in der Regel nicht mehr ohne Weiteres möglich. Dies macht die Herstellung der hydromechanischen Federspeicherantriebe unflexibel, da diese nur gezielt für einen bestimmten Anwendungsfall hergestellt werden können und es nicht möglich ist, sie für eine Reihe unbestimmter Anwendungen auf Vorrat zu produzieren und nach ihrer Herstellung an den gegebenen Anwendungsfall anzupassen.Depending on the application and the type of circuit breaker to be switched, the tripping speed, the working pressure provided and the like, a separate geometric design of the damping must be carried out individually for each application. As a result, the hydromechanical spring-loaded drives are already set at the beginning of production to a specific application. A change in the scope is usually no longer possible after their production. This makes the production of hydromechanical spring storage drives inflexible, since they can only be made specifically for a particular application and it is not possible to produce for a number of indefinite applications on stock and adapt after their preparation to the given application.
Es ist daher wünschenswert, einen hydromechanischen Federspeicherantrieb zu schaffen, der eine Endlagendämpfung aufweist, die ungeachtet des von dem mechanischen Energiespeicher bereitgestellten Arbeitsdrucks und ungeachtet der mit der Kolbenstange bewegten Masse so abgebremst werden kann, dass eine Endgeschwindigkeit der Kolbenstange unter einem vorgegebenen Schwellenwert erreicht wird, bevor der Kolben, die Kolbenstange oder ein damit verbundenes Bauteil an einem Endanschlag anschlägt.It is therefore desirable to provide a hydromechanical spring accumulator drive which has an end position damping which can be decelerated regardless of the working pressure provided by the mechanical energy accumulator and regardless of the mass moved with the piston rod so as to reach a final speed of the piston rod below a predetermined threshold, before the piston, the piston rod or an associated component strikes against an end stop.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydromechanischen Antrieb zum Betätigen eines elektrischen Leistungsschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters zur Verfügung zu stellen, bei dem die Höhe der Endlagendämpfung reguliert wird.It is therefore an object of the present invention to provide a hydromechanical drive for actuating an electric circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker, in which the level of the end position damping is regulated.
Diese Aufgabe wird durch eine Differentialzylinderanordnung für einen hydromechanischen Antrieb zum Betätigen eines elektrischen Leistungsschalters gemäß Anspruch 1 sowie durch den hydromechanischen Antrieb gemäß Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by a differential cylinder arrangement for a hydromechanical drive for actuating an electric circuit breaker according to
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Differentialzylinderanordnung für einen hydromechanischen Antrieb zur Betätigung eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungsschalters, vorgesehen.According to a first aspect, a differential cylinder arrangement for a hydromechanical drive for actuating an electrical switch, in particular a high-voltage switch, is provided.
Die Differentialzylinderanordnung umfasst:
- – einen ersten Druckbereich zum Beaufschlagen mit einem Arbeits- oder Systemdruck;
- – einen zweiten Druckbereich;
- – einen in einem Bewegungsbereich beweglichen Kolben, der abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckbereich bewegbar ist;
- - A first pressure range for applying a working or system pressure;
- A second pressure area;
- A movable piston in a range of movement movable in response to a pressure difference between the first and second pressure ranges;
wobei eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die bei einer Bewegung des Kolbens in Richtung des zweiten Druckbereichs eine Dämpfung, auch Endlagendämpfung genannt, gegen die Bewegung des Kolbens bereitstellt, wobei sich die Dämpfung selbsttätig einstellt, und die Dämpfungseinrichtung eine Dämpfungskammer an einem dem Kolben gegenüberliegenden Ende des zweiten Druckbereichs und einen an dem Kolben in Richtung des zweiten Druckbereichs hervorstehenden zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen, Dämpfungszapfen aufweist, wobei der Dämpfungszapfen und die Dämpfungskammer so ausgebildet sind, dass der Dämpfungszapfen in einem Bewegungsbereichs in die Dämpfungskammer hineinragt und damit den zweiten Druckbereich von der Dämpfungskammer trennt.wherein a damping device is provided which, upon movement of the piston in the direction of the second pressure region, a damping, Also called end position damping, provides against the movement of the piston, wherein the damping automatically adjusts, and the damping device has a damping chamber at a piston opposite end of the second pressure region and a protruding on the piston in the direction of the second pressure region cylindrical, in particular circular cylindrical, damping pin wherein the damping pin and the damping chamber are formed so that the damping pin protrudes in a movement range in the damping chamber and thus separates the second pressure range from the damping chamber.
Dadurch kann erreicht werden, dass in einem ersten Abschnitt des Bewegungsbereichs des Kolbens keine nennenswerte Dämpfung hervorgerufen wird. Erst in einem zweiten Abschnitt des Bewegungsbereichs, wenn der Dämpfungszapfen durch die Bewegung des Kolbens in eine Dämpfungskammer gelangt, wird das in der Dämpfungskammer befindliche Fluid eingeschlossen, so dass dieses nur durch einen reduzierten Durchlassquerschnitt aus der Dämpfungskammer ausströmen kann. In Folge ist die Dämpfung gegenüber der Bewegung des Kolbens in dem ersten Kolbenbereich deutlich erhöht.It can thereby be achieved that in a first portion of the range of movement of the piston no appreciable damping is caused. Only in a second portion of the movement range, when the damping pin passes through the movement of the piston in a damping chamber, the fluid contained in the damping chamber is enclosed, so that it can flow out of the damping chamber only by a reduced passage cross-section. As a result, the damping against the movement of the piston in the first piston area is significantly increased.
Die Dämpfungseinrichtung umfasst eine Dämpfungsbuchse, in deren Innenraum die Dämpfungskammer einen dritten Druckbereich bildet, der mit wenigstens einem beweglichen Verschlusselement verschließbar ist. Das bewegliche mit der Dämpfungskammer zusammenwirkende Verschlusselement ist bei einer Bewegung des Kolbens mittels einer Anpresskraft von wenigstens einer damit zusammenwirkenden Tellerfeder bewegbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind als Verschlusselemente drei in axialer Richtung bewegliche Teile, insbesondere Verschlusszapfen vorgesehen.The damping device comprises a damping bush, in the interior of which the damping chamber forms a third pressure region, which can be closed by at least one movable closure element. The movable with the damping chamber cooperating closure element is movable during a movement of the piston by means of a contact pressure of at least one cooperating plate spring. In an advantageous embodiment, three parts which are movable in the axial direction, in particular closure pins, are provided as closure elements.
Die Dämpfungskammer und der zweite Druckbereich sind über wenigstens eine Hydraulikleitung mit einem Hydraulikflüssigkeitsbehälter, beispielsweise mittels eines 3/2-Wegesitzventils, verbindbar.The damping chamber and the second pressure region are connectable via at least one hydraulic line with a hydraulic fluid container, for example by means of a 3/2-way seat valve.
Eine Idee der obigen Differentialzylinderanordnung für einen hydromechanischen Antrieb besteht darin, eine Dämpfung einer Bewegung des Kolbens in einem Abschnitt (Teilbereich) des Bewegungsbereichs des Kolbens vorzusehen, um die Geschwindigkeit des Kolbens vor Erreichen eines Endanschlags zu reduzieren.One idea of the above hydrostatic-mechanical differential cylinder assembly is to provide damping of movement of the piston in a portion (portion) of the range of movement of the piston to reduce the speed of the piston prior to reaching an end stop.
Durch Vorsehen einer selbsttätig einstellbaren Dämpfung ist es möglich, die Differenzialzylinderanordnung, nachfolgend auch als Differenzialzylinder bezeichnet, unabhängig von der Kenntnis des späteren Systems, in dem diese eingesetzt wird, auszubilden.By providing an automatically adjustable damping, it is possible, the differential cylinder assembly, hereinafter also referred to as a differential cylinder, regardless of the knowledge of the later system in which it is used to form.
Auf diese Weise ist eine weitestgehend anwendungsneutrale Fertigung von derartigen hydromechanischen Antrieben möglich, die ohne Kenntnis der Endanwendung erfolgen kann.In this way, a largely application-neutral production of such hydromechanical drives is possible, which can be done without knowledge of the final application.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt sich der Querschnitt, durch den die Hydraulikflüssigkeit aus der Dämpfungskammer ausströmen kann, selbsttätig ein, so dass der hydromechanische Antrieb auf den Anwendungsfall, d. h. auf die Ausgangsgeschwindigkeit des Kolbens, die auf den Kolben wirkende Kraft, die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens und die Masse der mit der Kolbenstange verbundenen Elemente, ohne äußere Eingriffe eingestellt wird, um das gewünschte Schaltverhalten des mit dem hydromechanischen Antrieb betätigten Leistungsschalters zu erreichen.According to the present invention, the cross section through which the hydraulic fluid can flow out of the damping chamber, automatically, so that the hydromechanical drive to the application, ie. H. on the output speed of the piston, the force acting on the piston, the maximum speed of the piston and the mass of the elements connected to the piston rod, without external interference is adjusted to achieve the desired switching behavior of the actuated with the hydromechanical drive circuit breaker.
Dazu sind der Dämpfungszapfen und die Dämpfungskammer so ausgebildet, dass nach dem Eindringen des Dämpfungszapfens in die Dämpfungskammer ein Restspalt verbleibt, der einen vorgegebenen Durchlassquerschnitt aufweist.For this purpose, the damping pin and the damping chamber are formed so that after the penetration of the damping pin in the damping chamber remains a residual gap having a predetermined passage cross-section.
Insbesondere kann der vorgegebene Durchlassquerschnitt so gewählt werden, dass dieser eine vorgegebene maximale Dämpfung gegen die Bewegung des Kolbens bewirkt.In particular, the predetermined passage cross-section can be chosen so that this causes a predetermined maximum damping against the movement of the piston.
Nach einem Eintreten des Dämpfungszapfens in die Dämpfungskammer erfährt der dritte Druckbereich durch den Dämpfungszapfen eine Trennung vom zweiten Druckbereich. Die Hydraulikflüssigkeit fließt zunächst nur durch den Restspalt in den zweiten Druckbereich und danach in den Hydraulikflüssigkeitsbehälter zurück, wobei der durch diese Stauung entstehende Dämpfungsdruck im dritten Druckbereich den Differentialkolben abbremst.After an entry of the damping pin into the damping chamber, the third pressure region experiences a separation from the second pressure region through the damping pin. The hydraulic fluid initially flows only through the residual gap in the second pressure range and then back into the hydraulic fluid reservoir, wherein the damping pressure resulting from this congestion in the third pressure range brakes the differential piston.
Das Verschlusselement entfernt sich mitsamt seiner Führung vom Boden der Dämpfungsbuchse, sobald der Dämpfungsdruck im dritten Druckbereich eine größere Kraft auf das Verschlusselement ausübt, als die Anpresskraft der vorgesehenen Tellerfedern beträgt und eine zusätzliche Verbindung zwischen dem dritten Druckbereich und dem zweiten Druckbereich entsteht, durch welche die Hydraulikflüssigkeit im dritten Druckbereich abströmt.The closure element moves away with its guide from the bottom of the damping bushing, as soon as the damping pressure in the third pressure range exerts a greater force on the closure element than the contact force of the provided cup springs and an additional connection between the third pressure region and the second pressure region is formed, through which Hydraulic fluid flows in the third pressure range.
Das Verschlusselement presst sich wieder gegen den Boden der Dämpfungsbuchse, sobald der Dämpfungsdruck im dritten Druckbereich wieder abnimmt und die Anpresskraft der Tellerfedern die auf das Verschlusselement ausgeübte Druckkraft überschreitet und die zusätzliche Verbindung zwischen dem dritten Druckbereich und dem zweiten Druckbereich sich wieder verschließt, wodurch sich die Höhe des Drucks im dritten Druckbereich regelt und damit die Bremswirkung auf den Differentialkolben.The closure element again presses against the bottom of the damping bushing as soon as the damping pressure in the third pressure region decreases again and the contact force of the disk springs exceeds the pressure force exerted on the closure element and the additional connection between the third pressure region and the second pressure region closes again, as a result height the pressure in the third pressure range controls and thus the braking effect on the differential piston.
Das bewegliche Verschlusselement regelt somit in vorteilhafter Weise den Dämpfungsdruck.The movable closure element thus advantageously controls the damping pressure.
Der Druck, bei dem die hydraulische Kraft auf das Verschlusselement (Druck mal Wirkfläche) gleich der schließenden Federkraft ist und das Verschlusselement daher öffnet, wird als öffnungsdruck bezeichnet und ist dabei durch das Verhältnis der Kraft der eingesetzten Tellerfedern zur Wirkfläche des Verschlusselements bestimmt. Die Wirkfläche ist dabei die vom Dämpfungsdruck beaufschlagte Kreisfläche des Verschlusselements innerhalb der Kontakt- und Dichtstelle zwischen Verschlusselement und Dämpfungsbuchse.The pressure at which the hydraulic force on the closure element (pressure times effective area) is equal to the closing spring force and therefore opens the closure element is referred to as the opening pressure and is determined by the ratio of the force of the disc springs used to the effective surface of the closure element. The active surface is the acted upon by the damping pressure circular area of the closure element within the contact and sealing point between the closure element and damping bushing.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein hydromechanischer Antrieb mit dem obigen Differentialzylinder vorgesehen, der bevorzugt in Hochspannungsleistungsschaltern eingesetzt wird.According to a further aspect, a hydromechanical drive is provided with the above differential cylinder, which is preferably used in high-voltage circuit breakers.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Der Arbeitsdruck p1 kann beispielsweise von einem separaten Druckzylinder (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, der durch das Freigeben eines mechanischen Energiespeichers, wie beispielsweise einer vorgespannten Teller- oder Schraubenfeder, auf einen Kolben
Der hydraulische Differentialzylinder
Bei Einwirken des Arbeitsdrucks p1 in dem ersten Druckbereich
Beim Auslösen des hydromechanischen Antriebs wird der Kolben
Es soll vermieden werden, dass der durch den Auslösevorgang beschleunigte Kolben
Der Differentialkolben
Die Hydraulikflüssigkeit kann nun zunächst nur durch einen Restspalt
Der Öffnungsdruck wird durch das Verhältnis der Tellerfederkraft zur Wirkfläche
Die Dämpfungskammer
Die Hydraulikleitung
Um dies zu gewährleisten ist der Querschnitt des Dämpfungszapfens
Erfindungsgemäß verändert das Verschlusselement
Das bewegliche Verschlusselement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Differentialzylinderanordnung, DifferenzialzylinderDifferential cylinder arrangement, differential cylinder
- 22
- Kolbenpiston
- 33
- erster Druckbereich, Systemdruck p1first pressure range, system pressure p1
- 44
- zweiter Druckbereich, Wechseldruck p2second pressure range, alternating pressure p2
- 55
- zweiter Druckbereich, Wechseldruck p2second pressure range, alternating pressure p2
- 66
- Kolbenstangepiston rod
- 77
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 88th
- Restspaltremaining gap
- 1010
- Dämpfungszapfendamping pin
- 1111
-
Dämpfungskammer, Druckbereich
3 , Dämpfungsdruck p3Damping chamber, pressure range3 , Damping pressure p3 - 1212
- Dämpfungsbuchsedamping bush
- 1313
- Führungguide
- 1515
- Verschlusszapfen, bewegliches Verschlusselement, in axialer Richtung bewegliches TeilLocking pin, movable closure element, axially movable part
- 1616
- Wirkfläche, mit Dämpfungsdruck beaufschlagte Fläche des VerschlusszapfensWorking surface, acted upon with damping pressure surface of the plug
- 1717
- TellerfederBelleville spring
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |
Effective date: 20141208 |