DE19843644B4 - Rohrschlagwerk mit Rückholluftfeder - Google Patents
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Abstract
– einem Schlagwerkrohr (1);
– einem in dem Schlagwerkrohr (1) geführten, axial hin und her treibbaren Antriebskolben (2);
– einem in Bezug auf die Schlagrichtung vor dem Antriebskolben (2) angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben (2) in dem Schlagwerkrohr (1) geführten, axial beweglichen Schlagkolben (3);
– einer vor einer Antriebsfläche (13) des Antriebskolbens (2) und hinter einer Rückfläche (19) des Schlagkolbens (3) angeordneten, von dem Schlagwerkrohr (1) umschlossenen ersten Kammer (8);
– einer hinter der Antriebsfläche (13) des Antriebskolbens (2) ausgebildeten zweiten Kammer (11); und mit
– einer vor der Rückfläche (19) des Schlagkolbens (3) ausgebildeten dritten Kammer (12); wobei die zweite Kammer (11) und die dritte Kammer (12) über einen Verbindungskanal (10) derart in kommunizierende Verbindung bringbar sind, dass Luft aus der zweiten Kammer (11) in die dritte Kammer (12) strömen kann und umgekehrt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk, insbesondere ein sogenanntes Rohrschlagwerk, bei dem ein Antriebskolben und ein Schlagkolben durchmessergleich in einem Schlagwerkrohr geführt sind.
- Derartige Luftfederschlagwerke werden üblicherweise bei gröberen Bohr- oder Schlaghämmern eingesetzt. Dabei wird ein Antriebskolben über einen Kurbeltrieb oszillierend in einem Schlagwerkrohr angetrieben. Zwischen dem Antriebskolben und einem ebenfalls in dem Schlagwerkrohr geführten Schlagkolben bildet sich eine Luftfeder aus, die die Antriebsbewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben überträgt und diesen in eine Schlagrichtung treibt, wo er schließlich auf ein Werkzeug, z. B. einen Meißel, auftrifft und seine Schlagenergie überträgt. Danach prallt der Schlagkolben zurück und es beginnt, unterstützt durch den Antriebskolben, eine neue Schlagbewegung.
- Neben verschiedenen anderen Luftfederschlagwerktypen hat sich das sogenannte Rohrschlagwerk in der Praxis bewährt, bei dem der Antriebskolben und der Schlagkolben den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam in einen Schlagverkehr mit konstanten Durchmesser geführt sind. Die Vorteile dieses Luftfederschlagwerktyps liegen in einem relativ guten Übergang zwischen Schlagbetrieb und Leerlaufbetrieb, einer geringen Vibrationsneigung im Leerlauf aufgrund eines leichten Antriebskolbens und guten Leerlaufeigenschaften. Nachteile des Luftfederschlagwerks liegen darin, daß in bestimmten Betriebszuständen die Rückbewegung des Schlagkolbens nach erfolgtem Schlag nicht ausreicht, um nachfolgend erneut einen kraftvollen Schlag auszuführen. Weiterhin weist das Luftfederschlagwerk schlechte Kaltstarteigenschaften auf und benötigt, beim Start aus tiefen Temperaturen„ bis zu einige Minuten bis zur vollen Funktionsfähigkeit.
- Zur Behebung dieser Nachteile wurde in der
DE-GM-87 08 167 - Aus der
US 4,932,479 ist ein Rohrschlagwerk bekannt, bei dem durch den Antriebskolben Luft von der Umgebung in eine hinter dem Antriebskolben liegende Kammer eingesaugt werden kann. Bei einer Rückbewegung des Antriebskolbens kann die Luft über ein Rückschlagventil in eine vor dem Schlagkolben angeordnete Kammer gepumpt werden. Durch die sinnfällige Anordnung von Kammern und Rückschlagventilen wird mit jedem Schlagzyklus der Luftdruck im gesamten System erhöht, was eine Erhöhung der Schlagenergie bewirken soll. Die Rückschlagventile verhindern jeweils ein Rückströmen der Luft aus der zugehörigen Kammer. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftfederschlagwerk anzugeben, bei dem die Rückstoßunabhängigkeit und die Kaltstarteigenschaften weiter verbessert sind, während der Aufbau für eine wirtschaftliche Herstellung und Wartung besonders einfach gestaltet sein soll.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Luftfederschlagwerk, mit einem Schlagwerkrohr; einem in dem Schlagwerkrohr geführten, axial hin und her treibbaren Antriebskolben; einem in Bezug auf die Schlagrichtung vor dem Antriebskolben angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben in dem Schlagwerkrohr geführten, axial beweglichen Schlagkolben; einer vor einer Antriebsfläche des Antriebskolbens und hinter einer Rückfläche des Schlagkolbens angeordneten von dem Schlagwerkrohr umschlossenen ersten Kammer; einer hinter der Antriebsfläche des Antriebskolbens ausgebildeten zweiten Kammer; und mit einer vor der Rückfläche des Schlagkolbens ausgebildeten dritten Kammer; wobei die zweite Kammer und die dritte Kammer über einen Verbindungskanal derart in kommunizierende Verbindung bringbar sind, daß Luft aus der zweiten Kammer in die dritte Kammer strömen kann und umgekehrt.
- Die Gestaltung des Luftfederschlagwerks ermöglicht es, daß der Antriebskolben bei einer Vorwärtsbewegung über eine sich in der ersten Kammer ausbildende Luftfeder seine Energie an den Schlagkolben und damit indirekt an das Werkzeug weitergeben kann. Bei einer Rückbewegung des Antriebskolbens baut sich in der hinter dem Antriebskolben gelegenen zweiten Kammer ein Luftdruck auf, der über den Verbindungskanal zu der vor dem Schlagkolben gelegenen dritten Kammer geführt wird. Dadurch wird, bei Rückbewegung des Antriebskolbens, die Rückbewegung des Schlagkolbens unabhängig von dessen Rückstoß nach dem Schlag und der über die erste Kammer übertragenen Saugwirkung des Antriebskolbens unterstützt. Eine zuverlässige Rückbewegung des Schlagkolbens auch unter schwierigen Betriebsbedingungen ist die Folge, so daß bei erneuter Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens ein weiterer kraftvoller Schlag ausgeführt werden kann.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Kammer von einer Rückfläche des Antriebskolbens, einem am Schlagwerkrohr befestigten hinteren Rohrboden und dem Schlagwerkrohr umschlossen, während die dritte Kammer von einer Schlagfläche des Schlagkolbens, einem am Schlagwerkrohr befestigten vorderen Rohrboden und dem Schlagwerkrohr umschlossen ist. Dies ermöglicht es, daß die gegenüber dem Stand der Technik zusätzlichen Kammern hinter dem Antriebskolben und vor dem Schlagkolben ohne besondere zusätzliche Baumaßnahmen realisiert werden können.
- Vorteilhafterweise ist dabei der Antriebskolben derart gestaltet, daß er einen die Antriebsfläche und die Rückfläche bildenden Kolbenteller, eine Halterung zur Befestigung an einem Antrieb, z.B. an einem Pleuel eines Kurbeltriebs, und ein den Kolbenteller mit der Halterung verbindendes Mittelglied aufweist. Diese Gestaltung ermöglicht es, daß zwischen dem Kolbenteller und der Halterung der hintere Rohrboden angeordnet werden kann, wodurch sich in einfacher Weise die zweite Kammer bildet.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein die erste Kammer mit dem Verbindungskanal verbindender Leerlaufkanal vorgesehen, der in einem Schlagbetrieb vom Schlagkolben abgedeckt und in einem Leerlaufbetrieb freigelegt wird. Dies ermöglicht es im Leerlaufbetrieb, in dem der Schlagkolben aufgrund des sich in Richtung Gestein bewegenden Werkzeugs im Schlagwerkrohr weiter nach vorne gleitet und dadurch eine Mündungsstelle des Verbindungskanals in die dritte Kammer abdeckt, daß zwischen der zweiten Kammer und der ersten Kammer eine Art Kurzschluß entsteht, so daß die nach wie vor bestehende Pumpbewegung des Antriebskolbens zwar auf die zweite Kammer wirkt, jedoch den Schlagkolben nicht erreicht.
- Bei einer zusätzlichen, besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird ein sich in axialer Richtung erstreckender Teil des Verbindungskanals dicht entlang einer den Antriebskolben und den Schlagkolben führenden Innenseite des Schlagwerkrohrs geführt. Durch die Bewegung des Antriebskolbens erwärmen sich die bewegten Luftmengen schnell und werden durch den Verbindurigskanal gepreßt. Die Luftwärme kann dann im Verbindungskanal an das Schlagwerkrohr abgegeben werden, was zu einer zügigen Erwärmung des Schlagwerkrohrs, des im Schlagwerkrohr befindlichen Fettes und der Dichtstellen zwischen dem Schlagwerkrohr und den Kolben führt, so daß bereits nach kurzer Zeit die Betriebstemperatur erreicht wird.
- Vorteilhafterweise wird der axiale Teil des Verbindungskanals in einem das Schlagwerkrohr umgebenden zweiten Rohr geführt, wodurch die geforderte Nähe des Verbindungskanals zu der Innenseite des Schlagwerkrohrs in baulich einfacher Weise realisierbar ist.
- Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Rohrschlagwerk für einen Bohr- oder Schlaghammer, wobei in einer oberen Hälfte der Figur eine Schlagstellung und in einer unteren Hälfte der Figur eine Leerlaufstellung dargestellt ist.
- In einem als Gehäuse dienenden zylindrisch ausgebildeten Schlagwerkrohr
1 werden ein Antriebskolben2 und ein Schlagkolben3 axial beweglich geführt. Selbstverständlich können das Schlagwerkrohr1 , der Antriebskolben2 und der Schlagkolben3 außer einer in der Praxis zweckmäßigen zylindrischen Form auch andere Formen aufweisen. - Der Antriebskolben
2 wird durch einen an sich bekannten Kurbeltrieb, von dem in der Figur nur ein Pleuel4 dargestellt ist, in eine axiale Oszillationsbewegung versetzt. Das Pleuel4 ist an einer Halterung5 des Antriebskolbens2 angelenkt. Die Halterung5 ist über ein Mittelglied6 mit einem Kolbenteller7 verbunden. Der somit aus der Halterung5 , dem Mittelglied6 und dem Kolbenteller7 bestehende Antriebskolben2 kann – anders als in der Figur dargestellt – auch aus mehreren Teilen zusammengebaut sein, wenn dies aus Fertigungs- oder Montagegründen zweckmäßig ist. - Zwischen dem Antriebskolben
2 und dem Schlagkolben3 ist eine vom Schlagwerkrohr1 umgebene erste Kammer8 vorgesehen, in der sich im Ausgangszustand Luft mit Umgebungsatmosphäre befindet. - Zu Beginn des Schlagbetriebs bewegt sich der Antriebskolben
2 nach vorne, d.h. – bezogen auf die Figur – nach links. Dadurch erhöht sich in der ersten Kammer8 der Luftdruck, so daß sich eine Luftfeder ausbildet, die ihre Energie verzögert auf den Schlagkolben3 überträgt. Dieser wird schließlich ebenfalls nach vorne beschleunigt und trifft auf einen nur schematisch dargestellten Döpper9 , wo die Bewegungsenergie des Schlagkolbens3 als Schlagenergie übertragen wird. Der Döpper9 gibt die Schlagenergie an ein nicht dargestelltes Werkzeug, z.B. einen Meißel, weiter. Anstelle des Döppers9 kann auch direkt ein Schaft des Werkzeugs eingesetzt sein. - Nach dem Schlag prallt der Schlagkolben
3 zurück in Richtung Antriebskolben2 , der aufgrund des Kurbeltriebs sich bereits ebenfalls in Rückbewegung befindet. Durch einen sich in der ersten Kammer8 ausbildenden Unterdruck wird die Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens3 unterstützt, bis der Antriebskolben2 wieder in Vorwärtsbewegung gerät und ein neuer Schlagzyklus beginnt. - Bei aus dem Stand der Technik bekannten Rohrschlagwerken hat sich herausgestellt, daß bei bestimmten Betriebsbedingungen die Rückbewegung des Schlagkolbens nur unbefriedigend verläuft und durch die Saugwirkung in der ersten Kammer nicht ausreichend unterstützt wird. Dies führt dazu, daß der Schlagkolben nicht weit genug zurückbewegt wird und den nachfolgenden Schlag nicht mit der erforderlichen Energie durchführen kann. Ein unbefriedigendes Arbeitsergebnis und ein für den Bediener unregelmäßiges Verhalten des Hammers sind die Folge.
- Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verbindungskanal
10 vorgesehen ist, der eine zweite Kammer11 mit einer dritten Kammer12 in kommunizierende Verbindung bringt. - Die zweite Kammer
11 ist – in Bezug auf die Schlagrichtung – hinter einer Antriebsfläche13 des Antriebskolbens2 angeordnet. Wie aus der Figur erkennbar ist, wird die zweite Kammer11 von einer am Kolbenteller7 vorgesehenen Rückfläche14 , einem hinteren, zum Schlagwerkrohr1 gehörenden Rohrboden15 , dem Mittelglied6 und dem Schlagwerkrohr1 gebildet. - Die dritte Kammer
12 ist vor einer Rückfläche19 des Schlagkolbens3 angeordnet und wird von einer Schlagfläche16 des Schlagkolbens3 , einem vorderen Rohrboden17 und dem Schlagwerkrohr1 gebildet. - Zur Abdichtung der verschiedenen Trennfugen zwischen den beweglichen Teilen sind weiterhin Dichtungen
18 vorgesehen. Die zweite und die dritte Kammer11 ,12 sind von der Umgebungsatmosphäre bzw. dem Kurbelraum getrennt. - Wenn nach Durchführung eines Schlags der Antriebskolben
2 in Rückwärtsbewegung versetzt wird, wird nicht nur – wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt – in der ersten Kammer8 ein Unterdruck zum Rücksaugen des Schlagkolbens3 erzeugt, sondern auch in der zweiten Kammer11 ein Überdruck, der über den Verbindungskanal10 zur dritten Kammer12 geführt wird und dort auf die Schlagfläche16 des Schlagkolbens3 wirkt. Eine Unterstützung der Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens3 ist die Folge. Umgekehrt wird bei Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens2 auch die Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens3 verstärkt, da ein in der zweiten Kammer11 entstehender Unterdruck ebenfalls zur dritten Kammer12 geführt wird. - Die Funktion der zwischen der Antriebsfläche
13 des Antriebskolbens2 und der Rückfläche19 des Schlagkolbens3 gebildeten ersten Kammer8 wird dadurch nicht beeinträchtigt. - Der Verbindungskanal
10 weist außer einer Mündungsstelle20 in die zweite Kammer11 und einer Mündungsstelle21 in die dritte Kammer12 eine als Leerlaufkana1 22 dienende Mündungsstelle zur ersten Kammer8 auf. - Im Schlagbetrieb ist der Leerlaufkanal
22 durch den Schlagkolben3 abgedeckt. Bei Übergang in den Leerlaufbetrieb bewegt sich jedoch der Schlagkolben3 aufgrund des aus dem Gerät gleitenden Werkzeugs und Döppers9 ebenfalls in Richtung Gestein, wie in der unteren Hälfte der Figur dargestellt, wodurch der Leerlaufkana1 22 freigelegt und die Mündungsstelle21 des Verbindungskanals10 in die dritte Kammer12 abgedeckt wird. - Dies führt dazu, dali bei der weiteren Bewegung des Antriebskolbens
2 die Luft aus der zweiten Kammer11 nicht – wie im Schlagbetrieb – in die dritte Kammer12 , sondern in die erste Kammer8 gepumpt wird, wo sie für einen Luflausgleich und damit weitgehend konstanten Luftdruck sorgt. Der Schlagkolben3 wird dadurch in seiner vordersten Stellung gehalten. - Erst wenn der Bediener das Werkzeug wieder auf das Gestein aufsetzt, werden der Döpper
9 und der Schlagkolben3 nach hinten versetzt, wodurch der Leerlaufkana1 22 überfahren und die Mündungsstelle21 freigegeben wird, so daß der Schlagbetrieb von neuem beginnen kann. - Der in der Figur nur schematisch dargestellte Verbindungskanal
10 wird zweckmäßigerweise so dicht wie möglich an einer Innenseite23 des Schlagwerkrohrs1 geführt. Die zwischen den Kammern11 ,12 hin und her gepumpte Luft erwärmt sich bereits nach wenigen Sekunden des Betriebs aus dem Kaltstart. Die Luftwärme kann über den Verbindungskanal10 an das Schlagwerkrohr1 und damit an die Innenseite23 übertragen werden, wodurch die Fettschmierung zwischen dem Schlagwerkrohr1 und den Kolben2 ,3 innerhalb kürzester Zeit auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht wird. Somit erreicht das erfindungsgemäße Luftfederschlagwerk bereits nach wenigen Sekunden seinen Betriebszustand, was bei aus dem Stand der Technik bekannten Luftfederschlagwerken oft mehrere Minuten erfordert. - Der Verbindungskanal
10 kann besonders einfach dadurch realisiert werden, daß über das Schlagwerkrohr1 ein nicht dargestelltes weiteres Rohr geschoben wird, was z.B. auf seiner Innenseite Nuten trägt, die als Verbindungskanal10 dienen können. Selbstverständlich sind dem Fachmann weitere Mittel geläufig, um den Verbindungskanal10 zu erzeugen. - Der Verbindungskanal
10 sollte zur Vermeidung unnötiger Strömungswiderstände mit möglichst großem Querschnitt ausgeführt werden. Unterstellt man, daß er in der Innenwand eines zweiten Rohres gebildet wird, erscheint es zweckmäßig ihn in Form von breiten, sich über einen größeren Winkelbereich erstreckenden Taschen zu bilden. Dies würde nicht nur den Strömungswiderstand reduzieren, sondern die Erwärmung des Schlagwerkrohrs1 unterstützen und vergleichmäßigen. - Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß zur Vermeidung von den Betrieb hindernden Drücken in einem Zwischenraum
24 hinter dem hinteren Rohrboden15 eine zur Umgebung oder zum Kurbelgehäuse gerichtete Belüftungsöffnung25 vorgesehen ist. Weiterhin weist das Schlagwerkrohr1 eine Luftausgleichsöffnung26 mit geringem Querschnitt auf, um die Luftspaltverluste auszugleichen. - Die zweite Kammer
11 kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch ein geringvolumig dimensionierter, mit der Mündungsstelle20 verbundener und zur Umgebung abgedichteter Raum sein, der hinter dem Antriebskolben2 angeordnet ist und in dem zumindest ein Teil der Antriebseinrichtung für den Antriebskolben2 vorgesehen ist.
Claims (10)
- Luftfederschlagwerk, mit – einem Schlagwerkrohr (
1 ); – einem in dem Schlagwerkrohr (1 ) geführten, axial hin und her treibbaren Antriebskolben (2 ); – einem in Bezug auf die Schlagrichtung vor dem Antriebskolben (2 ) angeordneten, koaxial zu dem Antriebskolben (2 ) in dem Schlagwerkrohr (1 ) geführten, axial beweglichen Schlagkolben (3 ); – einer vor einer Antriebsfläche (13 ) des Antriebskolbens (2 ) und hinter einer Rückfläche (19 ) des Schlagkolbens (3 ) angeordneten, von dem Schlagwerkrohr (1 ) umschlossenen ersten Kammer (8 ); – einer hinter der Antriebsfläche (13 ) des Antriebskolbens (2 ) ausgebildeten zweiten Kammer (11 ); und mit – einer vor der Rückfläche (19 ) des Schlagkolbens (3 ) ausgebildeten dritten Kammer (12 ); wobei die zweite Kammer (11 ) und die dritte Kammer (12 ) über einen Verbindungskanal (10 ) derart in kommunizierende Verbindung bringbar sind, dass Luft aus der zweiten Kammer (11 ) in die dritte Kammer (12 ) strömen kann und umgekehrt. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (
11 ) von einer Rückfläche (14 ) des Antriebskolbens (2 ), einem am Schlagwerkrohr (1 ) befestigten hinteren Rohrboden (15 ) und dem Schlagwerkrohr (1 ) umschlossen ist. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (
12 ) von einer Schlagfläche (16 ) des Schlagkolbens (3 ), einem am Schlagwerkrohr (1 ) befestigten vorderen Rohrboden (17 ) und dem Schlagwerkrohr (1 ) umschlossen ist. - Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskolben (
2 ) einen die Antriebsfläche (13 ) und die Rückfläche (14 ) bildenden Kolbenteller (7 ), eine Halterung (5 ) zur Befestigung an einem Antrieb und ein den Kolbenteller (7 ) mit der Halterung (5 ) verbindendes Mittelglied (6 ) aufweist. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Rohrboden (
15 ) zwischen dem Kolbenteller (7 ) und der Halterung (5 ) des Antriebskolbens (2 ) angeordnet ist und von dem Mittelglied (6 ) des Antriebskolbens (2 ) durchdrungen wird. - Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein die erste Kammer (
8 ) mit dem Verbindungskanal (10 ) verbindender Leerlaufkanal (22 ) vorgesehen ist. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkolben (
3 ) in einem Schlagbetrieb den Leerlaufkanal (22 ) abdeckt und eine Mündungsstelle (21 ) des Verbindungskanals (10 ) in die dritte Kammer (12 ) freilegt, während der Schlagkolben (3 ) in einem Leerlaufbetrieb den Leerlaufkanal (22) freilegt und die Mündungsstelle (21 ) abdeckt. - Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in axialer Richtung erstreckender Teil des Verbindungskanals (
10 ) dicht entlang einer den Antriebskolben (2 ) und den Schlagkolben (3 ) führenden Innenseite (23 ) des Schlagwerkrohrs (1 ) geführt wird. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Teil des Verbindungskanals (
10 ) in einem das Schlagwerkrohr (1 ) umgebenden zweiten Rohr angeordnet ist. - Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (
11 ) hinter dem Antriebskolben (2 ) angeordnet ist.
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Owner name: WACKER NEUSON PRODUKTION GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: WACKER NEUSON SE, 80809 MUENCHEN, DE Effective date: 20111213 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MUELLER HOFFMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE Effective date: 20111213 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |