DE102014018314A1 - Method and device for milking dairy cattle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh mittels einer Melkmaschine, wobei beim hierzu verwendeten Melkzeug biegeelastische Zitzengummis die Milchzitzen des Tieres umschließen und mit einem Melkbecher um sie herum druckdicht einen Zwischenraum bilden, die sog. Pulskammer, die per Unterdruckleitung mit einem sogenannten Pulsator verbunden ist, der ein pulsierendes Vakuum erzeugt, wodurch sich die biegeelastischen Zitzengummis in dieser Pulszyklusfrequenz öffnen und schließen. Der Raum innerhalb der Zitzengummis ist dabei während des Melkvorgangs mit einem konstanten Unterdruck, dem sogenannten Melkvakuum beaufschlagt, üblicherweise etwa –50 kPa, während in der Pulskammer der Druck zyklisch üblicherweise zwischen Umgebungsdruck und dem Melkvakuum wechselt Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während der Lebensdauer der Zitzengummis zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sicherzustellen, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen, bzw., wenn dies bei zu großer Alterung der Zitzengummis nicht mehr möglich ist, ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch ausgegeben wird, und dass die Zitzengummis in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden, da die Zitzengummis bei Alterung biegeweicher werden und somit schon bei einer geringeren kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und die Zitzen stärker quetschen. Hierzu erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine zeitlich hochauflösende Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels mindestens eines optischen Sensors an der Melkbecherinnenwand sowie dessen Signalverarbeitung mittels einer geeigneten Steuereinheit in Quasiechtzeit, um bei unvollständiger Wiederherstellung einer kreisrunden Zitzengummi-Querschnittsform in der Öffnungsphase jedes Pulszyklus durch die Steuereinheit und den Pulsator den Unterdruck in den Pulskammern jeweils so lange zu verstärken, bis der Sensor eine kreisrunde Zitzengummi-Querschnittsform signalisiert, und um bei vom Sensor signalisierten vollständigen Zitzengummiverschluss in der Schließphase jedes Pulszyklus mittels der Steuereinheit und des Pulsators eine weitere, die Zitzen nur unnötig belastende Druckbeaufschlagung der Zitzengummis zu verhindern.The invention relates to a method and apparatus for teat-sparing and effective milking of dairy cattle by means of a milking machine, the milk teat of the animal enclose the milking used for this purpose milking teat of the animal and with a teat cup around them pressure-tight form a gap, the so-called. Pulskammer, the per Vacuum line is connected to a so-called pulsator, which generates a pulsating vacuum, whereby the flexurally elastic teatcup liners open and close in this pulse cycle frequency. The space within the teat liners is during the milking process with a constant negative pressure, the so-called milking vacuum applied, usually about -50 kPa, while in the pulse chamber, the pressure cyclically usually between ambient pressure and the milking vacuum changes To ensure that teatcup liners have a teat-free and effective milking system for each pulse cycle, ensure that the teatcup liners return to a circular cross-sectional shape instead of an oval or, if this is no longer possible, if the teat liners are too old Teat rubber replacement is issued, and that the teatcup liners are acted upon in the closing phase only with the need to close the teatcup liner pulse chamber pressure, since the teat liners are flexurally softer with aging and thus even at a lower critical collapse pressure close the difference and squeeze the teats more. For this purpose, in a preferred embodiment of the invention, a temporally high-resolution detection of the teat rubber cross-sectional shape by means of at least one optical sensor on the teat cup inner wall and its signal processing by means of a suitable control unit in Quasiechtzeit to incomplete restoration of a circular teat rubber cross-sectional shape in the opening phase of each pulse cycle through the Control unit and the pulsator to amplify the negative pressure in the pulse chambers each until the sensor signals a circular teat rubber cross-sectional shape, and at the signaled by the sensor complete teat rubber closure in the closing phase of each pulse cycle by means of the control unit and the pulsator another, the teats only To prevent unnecessarily stressful pressurization of the teat liners.
Description
Die Erfindung betrifft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren und entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 6 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh mittels einer Melkmaschine, wobei beim hierzu verwendeten Melkzeug biegeelastische Zitzengummis die Milchzitzen des Tieres umschließen und mit einem Melkbecher um sie herum druckdicht einen Zwischenraum bilden, die sogenannte Pulskammer, die per Unterdruckleitung mit einem sogenannten Pulsator verbunden ist, der ein pulsierendes Vakuum erzeugt, wodurch sich die biegeelastischen Zitzengummis in dieser Pulszyklusfrequenz öffnen und schließen. Der Raum innerhalb der Zitzengummis ist dabei während des Melkvorgangs mit einem konstanten Unterdruck, dem sogenannten Melkvakuum beaufschlagt, üblicherweise etwa –50 kPa, während im Zwischenraum zwischen Melkbecher und Zitzengummi, der Pulskammer, der Druck zyklisch üblicherweise zwischen Umgebungsdruck und dem Melkvakuum wechselt. Bei diesem Pulszyklus können dabei vier Phasen unterschieden werden, eine Öffnungsphase (a), in der der Pulskammerdruck üblicherweise von Umgebungsdruck auf Melkvakuumdruck verringert wird, wodurch sich der biegeelastische Zitzengummi öffnet, eine offene Phase (b), in der der Zitzengummi geöffnet ist und die Milch aus der Zitze gesaugt wird, eine Schließphase (c), in der der Pulskammerdruck üblicherweise von Melkvakuumdruck auf Umgebungsdruck erhöht wird, wodurch sich der biegeelastische Zitzengummi schließt, und eine geschlossene Phase (d), in der die Zitze mechanisch zusammengequetscht und der Milchgang dadurch verschlossen ist. Dieser Pulszyklus dauert üblicherweise etwa 1 Sekunde.The invention relates according to the preamble of
Neue Zitzengummis haben normalerweise im nicht eingebauten und nicht druckbeaufschlagten Zustand einen kreisrunden Querschnitt. Wird der Druck im Zwischenraum zwischen dem Zitzengummi und dem Melkbecher nun in der Schließphase über das Melkvakuum erhöht, so wird das Zitzengummi bei der sogenannten kritischen Kollapsdruckdifferenz relativ abrupt zusammengequetscht und nimmt dabei einen länglichen bzw. ovalen Querschnitt an, durch Druckverringerung in der Öffnungsphase öffnet sich das Zitzengummi bei der sogenannten Berührungsdruckdifferenz relativ abrupt, und zwar bei neuen Zitzengummis in eine nahezu kreisrunde Querschnittsform. Altern Zitzengummis, so werden diese biegeweicher, wodurch die Zitzengummis sich schon bei einer geringeren kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und sich beim Kollaps der Zitzengummis die Quetschkraft auf die Zitze vergrößert. Darüber hinaus entspannt sich der Zitzengummi in der Öffnungsphase bei Alterung nicht mehr schnell und vollständig genug, d. h. auch im geöffneten Zustand behält er immer mehr eine ovale Querschnittsform, so dass ein mechanischer Restdruck auf die Zitze vorhanden bleibt und somit das Nachschießen der Milch in die Zitze behindert wird, wodurch bei Alterung der Zitzengummis der Melkprozess länger dauert. Dies und die größere Quetschbelastung der Zitzen hat zur Folge, dass die Belastung des Euters bei Zitzengummialterung höher als notwendig ist und zu Zitzenkrankheiten wie Entzündungen (z. B. Mastitis) führen kann. Beim Stand der Technik werden die Zitzengummis entweder nach festgelegten Betriebszeiten oder nach Inaugenscheinnahme ausgewechselt.New teatcup liners normally have a circular cross-section when not installed and unpressurized. If the pressure in the intermediate space between the teatcup liner and the teat cup is now increased in the closing phase via the milking vacuum, the teatcup liner is squeezed relatively abruptly during the so-called critical collapse pressure difference, assuming an oblong or oval cross-section, and pressure reduction in the opening phase opens the teatcup liner at the so-called contact pressure difference is relatively abrupt, namely in new teatcup liners in a nearly circular cross-sectional shape. If teat rubbers become aging, they become more pliable, as a result of which the teat liners close at a lower critical collapse pressure difference and the squeezing force on the teat increases as the teatcup liners collapse. In addition, the teatcup liner no longer relaxes quickly and completely enough in the opening phase during aging, d. H. Even when it is open, it keeps more and more an oval cross-sectional shape, so that a residual mechanical pressure on the teat remains and thus the Nachschießen the milk is hindered in the teat, whereby the aging of the teat liners the milking process takes longer. This and the greater crushing load on the teats has the consequence that the load of the udder with teat rubber lining is higher than necessary and can lead to teat diseases such as inflammations (eg mastitis). In the prior art, the teat liners are replaced either after specified periods of operation or after inspection.
In der
Die
Beim vorbekannten Stand der Technik sind keine Melkvorrichtungen und -verfahren bekannt, bei denen zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt wird, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen bzw. in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden.In the prior art, no milking devices and methods are known in which ensures the teat-friendly and effective milking of dairy cattle for each pulse cycle that the teatcup in the opening phase instead of an oval again reach a circular cross-sectional shape or in the closing phase only with the necessary for closing the teatcup liner pulse pressure can be applied.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeiden und mit deren Hilfe während der Lebensdauer der Zitzengummis zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt wird, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen, bzw., wenn dies bei zu großer Alterung der Zitzengummis nicht mehr möglich ist, ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch ausgegeben wird, und dass die Zitzengummis in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden, da die Zitzengummis bei Alterung biegeweicher werden und somit schon bei einer geringeren kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und die Zitzen stärker quetschen.The present invention is therefore based on the object, a method and to provide a device for carrying out the method which avoids the disadvantages mentioned and which, during the lifetime of the teatcup liners for teat-sparing and effective milking of dairy cattle, ensures for each pulse cycle that the teatcup liners, in the opening phase, return to a circular cross-sectional shape instead of an oval one, or, if this is no longer possible with too great aging of the teat liners, a corresponding signal for teat rubber replacement is issued, and that the teatcup liners are acted upon in the closing phase only with the need to close the teatcup liner pulse pressure because the teat liners are flexible as you age and thus close at a lower critical collapse pressure difference and squeeze the teats stronger.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren entsprechend der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung entsprechend der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 vollständig gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.According to the invention, this object is fully achieved by the method according to the characterizing features of
Hierzu erfolgt in der vorliegenden Erfindung eine zeitlich hochauflösende Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels mindestens eines Sensors an der Melkbecherinnenwand sowie dessen Signalverarbeitung mittels einer geeigneten Steuereinheit in Quasiechtzeit, um bei unvollständiger Wiederherstellung einer kreisrunden Zitzengummi-Querschnittsform in der Öffnungsphase jedes Pulszyklus durch die Steuereinheit sowie durch den Pulsator geregelt mittels einer geeigneten Vakuumpumpe den Unterdruck in den Pulskammern jeweils so lange zu verstärken, bis der Sensor eine kreisrunde Zitzengummi-Querschnittsform signalisiert, und um bei vom Sensor signalisierten vollständigen Zitzengummiverschluss in der Schließphase jedes Pulszyklus durch die geeignete Steuereinheit und den Pulsator geregelt eine weitere, die Zitzen nur unnötig belastende Druckbeaufschlagung der Zitzengummis zu verhindern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels eines optischen Sensors an der Innenwand der Melkbecher, wobei hier ringförmig eine Vielzahl von Fotosensoren und LED-Leuchteinrichtungen angeordnet sind, und dabei in einer hohen Frequenz umlaufend jeweils eine LED-Leuchteinrichtung kurz aufleuchtet und die Photosensoren durch entsprechende jeweilige Abschattung mithilfe der Steuereinheit die aktuelle Querschnittsform der Zitzengummis im Inneren des Melkbechers zeitlich hochauflösend detektieren. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an den Innenseiten der Melkbecher untereinander mehrere Sensor- und LED-Ringe angeordnet, um auch bei unterschiedlichen Eindringtiefen der Milchviehzitzen in die Zitzengummis die aktuelle Zitzengummi-Querschnittsform in einem repräsentativen Querschnitt zuverlässig detektieren zu können.For this purpose, in the present invention, a high-temporal detection of the teat rubber cross-sectional shape by means of at least one sensor on the teat cup inner wall and its signal processing by means of a suitable control unit in Quasiechtzeit to incomplete restoration of a circular teat rubber cross-sectional shape in the opening phase of each pulse cycle by the control unit and by The pulsator controlled by a suitable vacuum pump to amplify the negative pressure in the pulse chambers each until the sensor signals a circular teat rubber cross-sectional shape, and controlled by the sensor signaled full teat rubber closure in the closing phase of each pulse cycle by the appropriate control unit and the pulsator further, the teats only unnecessarily stressful pressurization of the teatcup liner to prevent. In a further preferred embodiment of the invention, the detection of the teat rubber cross-sectional shape by means of an optical sensor on the inner wall of the teat cups, wherein here a plurality of photosensors and LED lighting devices are arranged annularly, and in each case at a high frequency in each case an LED lighting device flashes briefly and the photosensors detect the current cross-sectional shape of the teatcup liner inside the teat cup with high temporal resolution by corresponding respective shading by means of the control unit. In a further embodiment of the invention, a plurality of sensor and LED rings are arranged on the inner sides of the teat cups to reliably detect the current teatcup liner cross-sectional shape in a representative cross-section even at different penetration depths of dairy cattle teats in the teatcup liner.
Zusätzlich zur Variation des Pulskammerdrucks kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Steuereinheit und der Pulsator zur Optimierung des Melkvorgangs in Abhängigkeit des Öffnungs- und Schließverhaltens der Zitzengummis auch die Pulszykluscharakteristika, also die Pulsationsfrequenz sowie innerhalb jedes Pulszyklus den Zeitpunkt und den Druckverlauf der Öffnungs- und Schließphasen beeinflussen. In einer weiteren für die Erfindung vorteilhaften Ausführungsform haben schon neue Zitzengummis im druckkraftfreien Zustand eine ovale Querschnittsform und gegebenenfalls eine geringere Wandstärke, welche zudem in Umfangs- und Längsrichtung auch variiert sein kann, so dass sich die Zitzengummis schon bei einer sehr geringen kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und bei einer sehr geringen Berührungsdruckdifferenz öffnen, d. h. dass die jeweilige notwendige Druckdifferenz zur Formänderung beim Öffnen und Schließen der Zitzengummis im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist und die Druckbelastung auf die Zitzen viel direkter und präziser durch die erfindungsgemäße dynamische Regelung des Pulskammerdruckes eingestellt und optimiert werden kann. Ziel ist es dabei, dass die alterungsbedingten Eigenschaftsänderungen der Zitzengummis ihren Einfluss auf den Melkprozess und die Zitzenbelastung weitestgehend verlieren und somit die Zitzengummis möglichst nur Druckkraft vermittelnd zwischen Zitze und Pulskammer wirken. Die verringerte Biegebelastung bei geringeren Wandstärken sorgt zusätzlich für einen hinausgezögerten Alterungsprozess der Zitzengummis. Diese vorteilhafte Ausführung der Zitzengummis wird erst durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, da im Gegensatz zum Stand der Technik erst mit dem hier vorgestellten Verfahren und der hier vorgestellten Vorrichtung beim Öffnen und Schließen der Zitzengummis der Pulskammerdruck bei jedem Pulszyklus und in jeder Pulskammer in Abhängigkeit von der aktuellen Zitzengummi-Querschnittsform tier- und zitzenindividuell geregelt werden kann. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, zu einem zitzenindividuell steuerbaren Melkprozess zu gelangen, bei dem beispielsweise die Erschlaffung des Zitzengewebes erkannt wird und durch zwischenzeitlich eingefügte Stimulationszyklen das Ausmelken tierfreundlich und zeitoptimiert erfolgen kann.In addition to the variation of the pulse chamber pressure, in a further embodiment of the invention, the control unit and the pulsator for optimizing the milking process as a function of the opening and closing behavior of the teat liners also the pulse cycle characteristics, ie the pulsation frequency and within each pulse cycle the timing and pressure profile of the opening and Influence closing phases. In another embodiment which is advantageous for the invention, new teat rubbers have an oval cross-sectional shape and possibly a smaller wall thickness in the pressure-force-free state, which can also be varied in the circumferential and longitudinal directions, so that the teat liners close at a very low critical collapse pressure difference open at a very low contact pressure difference, d. H. that the respective necessary pressure difference to the change in shape during opening and closing of the teat liners is significantly reduced compared to the prior art and the pressure load on the teats can be set and optimized much more directly and precisely by the inventive dynamic control of the pulse chamber pressure. The goal here is that the aging-related changes in properties of the teat liners lose their influence on the milking process and the teat load as much as possible, and thus the teatcup liner acts as if only compressive force mediating between the teat and the pulse chamber. The reduced bending load with smaller wall thicknesses additionally ensures an extended aging process of the teat liners. This advantageous embodiment of the teatcup liner is made possible only by the present invention, since in contrast to the prior art only with the method presented here and the device presented here when opening and closing the teatcup liner of the pulse chamber pressure at each pulse cycle and in each pulse chamber in response to the current teatcup liner cross-sectional shape animal and teat individually can be controlled. This also includes the possibility to arrive at a teat individually controllable milking process in which, for example, the relaxation of the teat tissue is recognized and can be done animal friendly and time-optimized by interim inserted stimulation cycles the milking.
Durch die Erfindung wird daher während der Lebensdauer der Zitzengummis zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer eingeengten, ovalen wieder eine kreisrunde, offene Querschnittsform erreichen, bzw., wenn unter Gleichdruckbedingungen von Melk- zu Pulskammervakuum bzw. von Pulskammer und Pulskammer-Vakuumpumpe eine zu große Abweichung zur ursprünglichen Querschnittform der Zitzengummis erkannt wird, ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch ausgegeben wird. Durch die Erfindung wird außerdem erreicht, dass zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh die Zitzengummis in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden und die Zitzen dabei weniger stark gequetscht werden, insbesondere sind hierfür dünnere und oval vorgeformte Zitzengummis vorteilhaft, da sie in der Entlastungsphase unterhalb der Zitzenspitze bei einem geringeren Druck auf die Zitze einen kompletteren Verschluss des Melkvakuums bilden und ein Saugen an der abgequetschten Zitze vermieden wird. Zusätzlich können mit der vorliegenden Erfindung weitere Fehlerzustände wie undichte und beschädigte Zitzengummis oder unkorrekt angelegtes Melkzeug angezeigt werden.The invention therefore ensures, during the life of the teatcup liners for teat-free and effective milking of dairy cattle, for each pulse cycle that the teatcup liners return to a circular, open cross-sectional shape in the opening phase instead of a constricted, oval or, if under equal pressure conditions of milking to Pulskammervakuum or of Pulse chamber and pulse chamber vacuum pump too large a deviation from the original cross-sectional shape of the teatcup liner is detected, a corresponding signal for teat rubber exchange is issued. By the invention is also achieved that for teat-sparing and effective milking dairy cattle, the teat rubbers are acted upon in the closing phase only with the force necessary to close the teat rubber pulse chamber pressure and the teats are less squeezed, especially for this thinner and oval preformed teatcup liners are advantageous As they form a more complete closure of the milking vacuum in the discharge phase below the teat tip with a lower pressure on the teat and suction on the squeezed-off teat is avoided. In addition, the present invention may indicate other fault conditions such as leaking and damaged teatcup liners or improperly applied milking equipment.
Somit werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben durch das bereitgestellte Verfahren und die bereitgestellte Vorrichtung vollkommen gelöst.Thus, the objects of the invention are completely solved by the provided method and the device provided.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:The invention will be illustrated by means of a preferred embodiment in the drawings. Show it:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Milchzitze des MilchviehMilk teat of dairy cattle
- 22
- Zitzengummiliner
- 33
- Melkbecherteat cups
- 44
- Pulskammerpulsation chamber
- 55
- Pulsatorpulsator
- 6a6a
- UnterdruckleitungVacuum line
- 6b6b
- Saugleitungsuction
- 77
- MelkvakuumpumpeMelkvakuumpumpe
- 88th
- Pulskammer-VakuumpumpePulsation chamber vacuum pump
- 99
- elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheitelectronic processing and control unit
- 1010
- LED-LeuchteinrichtungLED lighting device
- 1111
- Fotosensorphotosensor
- 1212
- Zitzengummi mit kreisrunder Querschnittsform im QuerschnittTeat rubber with a circular cross-sectional shape in cross section
- 1313
- Zitzengummi mit ovaler Querschnittsform im QuerschnittTeat rubber with an oval cross section in cross section
- 1414
- Bereich der LED-Licht-AbschattungField of LED light shading
- 1515
- Öffnungsphase (a) des PulszyklusOpening phase (a) of the pulse cycle
- 1616
- Offene Phase (b) des PulszyklusOpen phase (b) of the pulse cycle
- 1717
- Schließphase (c) des PulszyklusClosing phase (c) of the pulse cycle
- 1818
- Geschlossene Phase (d) des PulszyklusClosed phase (d) of the pulse cycle
- 1919
- MilchauffangbehälterMilk containers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 69613578 [0003] DE 69613578 [0003]
- WO 1993014625 [0004] WO 1993014625 [0004]
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- 2014-12-05 DE DE102014018314.9A patent/DE102014018314A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R084 | Declaration of willingness to licence |