DE102015221738A1 - Apparatus and method for increasing safety in the use of battery systems and bursting devices - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Bestvorrichtung (B), wobei die Berstvorrichtung (B) zum Aufbersten unter Druckeinwirkung geeignet ist, aufweisend eine Berstscheibe (BS), wobei die Berstscheibe (BS) mindestens eine Berstaussparung (BA) zum Aufbersten unter Druckeinwirkung aufweist, wobei die mindestens eine Berstaussparung (BA) mittels einer Abtragevorrichtung erzeugt wurde, wobei die Berstscheibe (BS) mindestens eine von der Berstaussparung (BA) verschiedene Kalibrieraussparung (KA) zum Kalibrieren der Abtragevorrichtung aufweist.The invention is based on a Bestvorrichtung (B), wherein the bursting device (B) is suitable for bursting under pressure, comprising a bursting disc (BS), wherein the bursting disc (BS) at least one bursting recess (BA) for bursting under pressure, wherein the at least one bursting recess (BA) has been produced by means of a removal device, the bursting disk (BS) having at least one calibration recess (KA) different from the bursting recess (BA) for calibrating the removal device.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Berstvorrichtung und eine Batterievorrichtung sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a bursting device and a battery device and a method according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen beim Gebrauch von Batteriesystemen und Berstvorrichtungen bekannt. Die Berstvorrichtungen dienen der kontrollierten Entgasung von Batteriesystemen bei denen es zu einer unerwünschten Gasentstehung gekommen ist.The prior art discloses methods and devices in the use of battery systems and bursting devices. The bursting devices are used for the controlled degassing of battery systems in which it has come to an undesirable gas generation.
Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus Verfahren zur Herstellung von Berstvorrichtungen bekannt. So offenbart beispielsweise die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einer Berstvorrichtung, wobei die Berstvorrichtung zum Aufbersten unter Druckeinwirkung geeignet ist, aufweisend eine Berstscheibe, wobei die Berstscheibe mindestens eine Berstaussparung zum Aufbersten unter Druckeinwirkung aufweist. Dabei ist die mindestens eine Berstaussparung mittels einer Abtragevorrichtung erzeugt worden.The invention relates to a bursting device, wherein the bursting device is suitable for bursting under pressure, comprising a rupture disk, wherein the rupture disk has at least one bursting recess for bursting under pressure. In this case, the at least one bursting recess has been produced by means of a removal device.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Berstscheibe mindestens eine von der Berstaussparung verschiedene Kalibrieraussparung zum Kalibrieren der Abtragevorrichtung aufweist.The essence of the invention is that the rupture disk has at least one calibration recess that is different from the bursting recess for calibrating the removal device.
Der Umstand, dass die Berstscheibe mindestens eine von der Berstaussparung verschiedene Kalibrieraussparung zum Kalibrieren der Abtragevorrichtung aufweist, führt zu einer Erhöhung der Präzision bei der Herstellung der Berstvorrichtung. In Abhängigkeit der Kalibrieraussparung kann exakt bestimmt werden, auf welche Weise der Vorgang des Aussparens der Berstaussparung mittels der Abtragevorrichtung von statten gehen soll. Auf diesem Weg kann die Berstaussparung an die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche des Gehäuses der Batterievorrichtung exakt angepasst werden. Durch die exakte Anpassung an die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche des Gehäuses der Batterievorrichtung kann die Berstvorrichtung darüber hinaus auf spezielle Druckgegebenheiten im Inneren der Batterievorrichtung ausgerichtet werden. Beispielhafte Druckwerte, ab deren Erreichen die Berstvorrichtung aufbersten soll liegen, liegen bei 2 bar bis 10 bar, insbesondere bei 3 bar bis 7 bar.The fact that the rupture disk has at least one calibration recess that is different from the rupture recess for calibrating the removal device leads to an increase in the precision in the production of the bursting device. Depending on the calibration recess, it can be determined exactly how the process of cutting out the bursting recess by means of the removal device should take place. In this way, the bursting recess can be adapted exactly to the mechanical properties of the surface of the housing of the battery device. Moreover, due to the exact adaptation to the mechanical properties of the surface of the housing of the battery device, the bursting device can be aligned with specific pressure conditions inside the battery device. Exemplary pressure values from which the bursting device should rupture should be 2 bar to 10 bar, in particular 3 bar to 7 bar.
Hintergrund der Erfindung ist, dass eine Gasentstehung innerhalb einer Batterievorrichtung zu einem Anstieg des Drucks im Inneren der Batterievorrichtung führt. Dieser Anstieg des Drucks führt zu einer plastischen Verformung der Berstvorrichtung. Ab einer bestimmten plastischen Verformung der Berstvorrichtung kommt es zu einer Öffnung der Berstvorrichtung und dadurch zu einem Ableiten der entstandenen Gase aus der Batterievorrichtung. Hintergrund der Erfindung ist darüber hinaus, dass eine Prüfung der Qualität der Berstvorrichtung auf einfache und zuverlässige Weise möglich ist.Background of the invention is that gas generation within a battery device leads to an increase in the pressure inside the battery device. This increase in pressure leads to plastic deformation of the bursting device. From a certain plastic deformation of the bursting device, there is an opening of the bursting device and thereby to a discharge of the resulting gases from the battery device. Background of the invention is also that a test of the quality of the bursting device in a simple and reliable manner is possible.
Erfindungsgemäß ist zudem eine Batterievorrichtung, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterievorrichtung, wobei die Batterievorrichtung eine erfindungsgemäße Berstvorrichtung aufweist.According to the invention is also a battery device, in particular a lithium-ion battery device, wherein the battery device comprises a bursting device according to the invention.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Berstvorrichtung mittels einer Abtragevorrichtung. Dabei handelt es sich bei der Abtragevorrichtung insbesondere um einen Laser. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Aussparen mindestens einer Kalibrieraussparung aus einer Berstscheibe zum Kalibrieren der Abtragevorrichtung auf dem Weg eines Kalibrierabtrags und Aussparen mindestens einer von der Kalibrieraussparung verschiedenen Berstaussparung aus der Berstscheibe in Abhängigkeit von Merkmalen der Herstellung der mindestens einen Kalibrieraussparung in mindestens einem Abtrageschritt.According to the invention, moreover, a method for producing a bursting device by means of a removal device. In this case, the removal device is in particular a laser. The method comprises the following steps: omitting at least one calibration recess from a rupture disk for calibrating the removal device on the way of a Kalibrierabtrags and saving at least one of the calibration recess different Berstaussparung from the rupture disk in dependence on features of producing the at least one Kalibrieraussparung in at least one removal step.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Art des Gehäuses der Batterievorrichtung anwendbar.The inventive method is applicable regardless of the type of housing of the battery device.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Entsprechend einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung handelt es sich bei der mindestens einen Kalibrieraussparung um eine Perforation der Berstscheibe.According to a further preferred embodiment of the invention, the at least one calibration recess is a perforation of the rupture disk.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das durch die Berstaussparung an der Berstscheibe ausgesparte Volumen größer als das durch die mindestens eine Kalibrieraussparung an der Berstscheibe ausgesparte Volumen.According to a next advantageous embodiment of the invention, the recessed by the bursting recess on the rupture disk volume is greater than that through the at least one Calibration recess on the rupture disk recessed volume.
Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die mindestens eine Kalibrieraussparung gasdicht verschlossen und insbesondere gasdicht versiegelt worden. Vorzugsweise ist die mindestens eine Kalibrieraussparung mit einer Sealing-Folie, einem Epoxidharzkleber oder einem Niet gasdicht versiegelt worden.According to a next preferred embodiment of the invention, the at least one calibration recess has been closed in a gas-tight manner and sealed in particular in a gas-tight manner. Preferably, the at least one Kalibrieraussparung has been gas-tight sealed with a sealing film, an epoxy adhesive or a rivet.
Der Umstand, dass die mindestens eine Kalibrieraussparung gasdicht verschlossen und insbesondere versiegelt worden ist, vorzugsweise mit einer Sealing-Folie, einem Epoxidharzkleber oder einem Niet, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die mindestens eine Kalibrieraussparung an einer beliebigen Stelle des Gehäuses der Batterievorrichtung aussparen zu können. Dadurch, dass die Kalibrieraussparung an einer beliebigen Stelle des Gehäuses der Batterievorrichtung ausgespart worden ist wird der Bereich, an dem sich die Berstvorrichtung befindet, nicht durch den Vorgang des Kalibrierens beeinflusst. Dadurch wird ein einwandfreier Einsatz der Berstvorrichtung sichergestellt. Die Sicherstellung des einwandfreien Einsatzes der Berstvorrichtung führt zu einer Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit einer Batterievorrichtung. Hintergrund des gasdichten Verschließens und insbesondere gasdichten Versiegelns der Kalibrieraussparung, vorzugsweise mit einer Sealing-Folie, einem Epoxidharzkleber oder einem Niet, ist der Umstand, ein unerwünschtes Austreten von Substanzen, beispielsweise Gasen oder eines Elektrolyten, aus der Batterievorrichtung durch die Kalibrieraussparung zu verhindern.The fact that the at least one calibration recess has been gas-tightly sealed and in particular sealed, preferably with a sealing film, an epoxy resin adhesive or a rivet, leads to the advantage according to the invention of being able to omit at least one calibration recess at any point of the housing of the battery device , The fact that the Kalibrieraussparung has been recessed anywhere on the housing of the battery device, the area where the bursting device is not affected by the process of calibration. This ensures a perfect use of the bursting device. Ensuring the proper use of the bursting device leads to an increase in security when dealing with a battery device. Background of the gas-tight sealing and in particular gas-tight sealing the Kalibrieraussparung, preferably with a sealing film, an epoxy or a rivet, is the circumstance to prevent unwanted leakage of substances, such as gases or an electrolyte, from the battery device through the Kalibrieraussparung.
Entsprechend einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungform der Erfindung ist die mindestens eine Berstaussparung und/oder die mindestens eine Kalibrieraussparung mittels eines Lasers erzeugt worden. Der Umstand, dass die mindestens eine Berstaussparung und/oder die mindestens eine Kalibrieraussparung mittels eines Lasers erzeugt worden ist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die mindestens eine Berstaussparung und/oder die mindestens eine Kalibrieraussparung präzise herzustellen. Je präziser die mindestens eine Berstaussparung und/oder die mindestens eine Kalibrieraussparung erzeugt worden ist, desto zuverlässiger kann in Abhängigkeit der mindestens einen Kalibrieraussparung die mindestens eine Berstaussparung erzeugt werden. Durch die hohe Präzision, mit der die mindestens eine Berstaussparung mittels eines Lasers erzeugt werden kann, wird zudem die Einsatzfähigkeit der mindestens einen Berstaussparung sichergestellt.According to a next preferred embodiment of the invention, the at least one bursting recess and / or the at least one Kalibrieraussparung has been generated by means of a laser. The fact that the at least one bursting recess and / or the at least one calibration cutout has been generated by means of a laser leads to the advantage according to the invention of precisely producing the at least one bursting recess and / or the at least one calibration cutout. The more precisely the at least one bursting recess and / or the at least one calibration recess has been produced, the more reliably the at least one bursting recess can be produced as a function of the at least one calibration recess. Due to the high precision with which the at least one bursting recess can be generated by means of a laser, the operational capability of the at least one bursting recess is also ensured.
Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung hängt eine Anzahl von mittels der Abtragevorrichtung ausgeführter Abtrageschritte zur Erzeugung der Berstaussparung und/oder die Tiefe eines Abtrags mindestens eines solchen Abtrageschritts und/oder die zeitliche Dauer mindestens eines solchen Abtrageschritts von Durchführungsmerkmalen des mindestens einen Kalibrierabtrags an der Berstscheibe ab.According to a next preferred embodiment of the invention, a number of executed by the removal device removal steps for generating the bursting recess and / or the depth of removal of at least one such Abtrageschritts and / or the duration of at least one such Abtrageschritts depends on implementation features of at least one Kalibrierabtrags on the rupture disk from.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung handelt es sich bei den Durchführungsmerkmalen um die Geometrie und/oder eine Tiefe des Kalibrierabtrags an der Berstscheibe.According to a next advantageous embodiment of the invention, the implementation features are the geometry and / or a depth of the calibration erosion on the rupture disk.
Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung hängt die Intensität des Lasers, mit dem die Berstaussparung erzeugt werden soll, von dem mindestens einen Kalibrierabtrag an der Berstscheibe ab.According to a next preferred embodiment of the invention, the intensity of the laser with which the bursting recess is to be generated depends on the at least one calibration removal at the rupture disk.
Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung geht je einem Abtrageschritt mindestens ein Kalibrierabtrag voraus.According to a next preferred embodiment of the invention is ever preceded by a removal step at least one calibration erosion.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung in ihrem Umfang aber nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt.In the following, the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments, from which further inventive features may result, but to which the invention is not limited in its scope. The embodiments are shown in the figures.
Es zeigt:It shows:
In
In Teilfigur 1a ist die Kalibrieraussparung KA innerhalb der Berstaussparung BA erzeugt worden.
In Teilfigur 1b ist die Kalibrieraussparung KA im Bereich der Berstaussparung BA erzeugt worden.
In Teilfigur 1c ist die Kalibrieraussparung KA abseits der Berstaussparung BA erzeugt worden.
In
Die Teilfiguren 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g und 2h zeigen mögliche Ausführungsformen, wie die Kalibrieraussparung KA und die Berstaussparung BA an der Berstscheibe BS erzeugt werden können. Gemäß der in diesen Teilfiguren dargestellten Ausführungsformen ist die Berücksichtigung der Kalibrieraussparung KA bei der Erzeugung der Berstaussparung BA jeweils sehr zuverlässig, da sehr präzise anhand der Kalibrieraussparung KA bestimmt werden kann, wie die Berstaussparung BA beschaffen sein muss. Jede in den Teilfiguren dargestellte Kalibrieraussparung ist darüber hinaus so beschaffen, dass sie verschlossen werden kann, so dass weder Substanzen aus dem Inneren der Batterievorrichtung heraustreten können noch in das Innere der Batterievorrichtung hinein gelangen können.The subfigures 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g and 2h show possible embodiments of how the calibration recess KA and the bursting recess BA can be generated on the rupture disk BS. According to the embodiments shown in these subfigures, the consideration of the calibration recess KA in the generation of the bursting recess BA is very reliable in each case, since it can be determined very precisely on the basis of the calibration recess KA how the bursting recess BA must be constructed. Each calibration recess shown in the subfigures is moreover, so that it can be closed, so that neither substances can escape from the interior of the battery device nor can get into the interior of the battery device.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2a zeigt den Fall, bei dem eine kreisförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist. Die ebenfalls kreisförmige Kalibrieraussparung KA wurde am gleichen Ort der Berstscheibe BS wie die Berstaussparung BA erzeugt. In dieser Aufsicht auf die Berstscheibe BS wird die Kalibrieraussparung KA von der Berstaussparung BA verdeckt.The embodiment according to sub-figure 2a shows the case in which a circular bursting recess BA has been generated in the rupture disk BS. The likewise circular Kalibrieraussparung KA was generated at the same location of the rupture disk BS as the bursting recess BA. In this plan view of the rupture disk BS, the calibration recess KA is covered by the bursting recess BA.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2b zeigt den Fall, bei dem mehrere Berstaussparungen BA und mehrere Kalibrieraussparungen KA zusammen eine kreisförmige Struktur bilden. Die in Teilfigur 2b dargestellte Ausführungsform der Kalibrieraussparung KA kann mit dem in Teilfigur 1a dargestellten Vorgehen zur Erzeugung der Kalibrieraussparung KA kombiniert werden.The embodiment according to subfigure 2b shows the case in which a plurality of bursting recesses BA and several calibration recesses KA together form a circular structure. The embodiment of the calibration recess KA shown in subfigure 2b can be combined with the procedure for producing the calibration recess KA shown in subfigure 1a.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2c zeigt den Fall, bei dem eine kreisförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist.The embodiment according to sub-figure 2c shows the case in which a circular bursting recess BA has been generated in the rupture disk BS.
Mehrere kreisförmige Kalibrieraussparungen KA bilden eine kreisförmige Struktur, die die Berstaussparung BA umschließt. Die in Teilfigur 2c dargestellte Ausführungsform der Kalibrieraussparung KA kann mit dem in Teilfigur 1b oder Teilfigur 1c dargestellten Vorgehen zur Erzeugung der Kalibrieraussparung KA kombiniert werden.Several circular Kalibrieraussparungen KA form a circular structure enclosing the bursting recess BA. The embodiment of the calibration recess KA shown in subfigure 2c can be combined with the procedure for producing the calibration recess KA shown in subfigure 1b or subfigure 1c.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2d zeigt die Bertscheibe BS für den Fall, in dem die Kalibrieraussparung KA außerhalb der kreisförmigen Berstaussparung BA erzeugt worden ist. Ein gasdichter Abschluss wird in diesem Fall mittels einer abdichtenden Verbindung V zwischen der Berstscheibe BS und dem restlichen Bereich des Gehäuses G der Batterievorrichtung BV hergestellt. In diesem Fall ist muss keine Sealing-Folie SF zum gasdichten Verschließen der Berstvorrichtung B verwendet werden.The embodiment according to part of Figure 2d shows the Bertscheibe BS for the case in which the Kalibrierausaus KA has been generated outside the circular bursting recess BA. A gas-tight seal is made in this case by means of a sealing connection V between the rupture disk BS and the remaining portion of the housing G of the battery device BV. In this case, no sealing film SF for gas-tight sealing of the bursting device B must be used.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2e zeigt den Fall, bei dem eine kreuzförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist. Die ebenfalls kreuzförmige Kalibrieraussparung KA wurde am gleichen Ort der Berstscheibe BS wie die Berstaussparung BA erzeugt. In dieser Aufsicht auf die Berstscheibe BS wird die Kalibrieraussparung KA von der Berstaussparung BA verdeckt.The embodiment according to sub-figure 2e shows the case in which a cross-shaped bursting recess BA has been produced in the rupture disk BS. The likewise cross-shaped calibration recess KA was generated at the same location of the rupture disk BS as the bursting recess BA. In this plan view of the rupture disk BS, the calibration recess KA is covered by the bursting recess BA.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2f zeigt den Fall, bei dem eine kreuzförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist. Die Kalibrieraussparung KA wurde in der Mitte der Berstscheibe BS erzeugt. Die in Teilfigur 2f dargestellte Ausführungsform der Kalibrieraussparung KA kann mit dem in Teilfigur 1b dargestellten Vorgehen zur Erzeugung der Kalibrieraussparung KA kombiniert werden.The embodiment according to sub-figure 2f shows the case in which a cross-shaped bursting recess BA has been produced in the rupture disk BS. The calibration recess KA was created in the middle of the rupture disk BS. The embodiment of the calibration recess KA shown in subfigure 2f can be combined with the procedure for producing the calibration recess KA shown in subfigure 1b.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2g zeigt den Fall, bei dem eine kreuzförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist. Mehrere Kalibrieraussparungen KA wurden innerhalb der Berstaussparung BA erzeugt. Die in Teilfigur 2g dargestellte Ausführungsform der Kalibrieraussparung KA kann mit dem in Teilfigur 1a dargestellten Vorgehen zur Erzeugung der Kalibrieraussparung KA kombiniert werden.The embodiment according to sub-figure 2g shows the case in which a cross-shaped bursting recess BA has been produced in the rupture disk BS. Several calibration recesses KA were generated within the bursting recess BA. The embodiment of the calibration recess KA shown in FIG. 2g can be combined with the procedure shown in FIG. 1a for generating the calibration recess KA.
Die Ausführungsform gemäß Teilfigur 2h zeigt den Fall, bei dem eine kreuzförmige Berstaussparung BA in der Berstscheibe BS erzeugt worden ist. Die Kalibrieraussparungen KA wurden in der Mitte der Berstscheibe BS und in einer kreisförmigen Struktur um die kreuzförmige Berstaussparung BA herum erzeugt. Die in Teilfigur 2h dargestellte Ausführungsform der Kalibrieraussparung KA kann mit dem in Teilfigur 1c dargestellten Vorgehen zur Erzeugung der Kalibrieraussparung KA kombiniert werden.The embodiment according to sub-figure 2h shows the case in which a cross-shaped bursting recess BA has been produced in the rupture disk BS. The calibration recesses KA were generated in the center of the rupture disk BS and in a circular structure around the cross-shaped burst recess BA. The embodiment of the calibration recess KA shown in FIG. 2h can be combined with the procedure shown in FIG. 1c to produce the calibration recess KA.
In
Ist die Berstaussparung nicht auf ausreichende Art ausgeführt worden, wird Kalibrierschritt
In
Insbesondere können technische Merkmale des Gehäuses, beispielsweise Materialeigenschaften oder weitere technische Charakteristika, wie die Dicke des Gehäuses, oder technische Eigenschaften der Batterievorrichtung, beispielsweise ein möglicher, im Inneren der Batterievorrichtung herrschender Druck, zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst worden sein und bei der Durchführung des Kalibrierschritts
In
Nach Durchführung von Abtrageschritt
Insbesondere können technische Merkmale des Gehäuses, beispielsweise Materialeigenschaften oder weitere technische Charakteristika, wie die Dicke des Gehäuses, oder technische Eigenschaften der Batterievorrichtung, beispielsweise ein möglicher, im Inneren der Batterievorrichtung herrschender Druck, zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst worden sein und bei der Durchführung des Kalibrierschritts
In
In
In
Teilfigur
Teilfigur
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |