DE19923540A1 - Method and device for deep drawing sheet metal parts - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen, bei welchem die Blechformteile zumindest einem Tiefzug in einer Tiefziehpresse unterworfen werden. Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen im Hinblick auf eine gezielte Entfestigung von kaltverfestigten Bereichen der Blechformteile ohne Unterbrechung des Umformvorgangs und ohne unerwünschte Entfestigung gezielt kaltverfestigter Bereiche bei gleichzeitiger Vermeidung von unerwünschter Grobkornbildung dadurch ausgestaltet, daß die Blechformteile in der Tiefziehpresse örtlich begrenzt entfestigungsgeglüht werden.The invention relates to a method and a device for deep drawing sheet metal parts, in which the sheet metal parts are subjected to at least one deep drawing in a deep drawing press. According to the invention, this method or device for deep-drawing sheet metal parts with a view to targeted softening of work-hardened areas of the sheet-metal parts without interrupting the forming process and without unwanted softening of targeted work-hardened areas while avoiding undesired coarse grain formation in that the sheet-metal parts are localized in the deep-drawing press limited softening anneal.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen, bei welchem die Blechformteile in mindestens einem Tiefzug in einer Tiefziehpresse unterworfen werden.The invention relates to a method and a device for deep drawing sheet metal parts, in which the Sheet metal parts in at least one deep drawing in one Be subjected to deep drawing press.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Tiefziehen von Blechformteilen werden aus den unterschiedlichsten Metallen oder Legierungen bestehende Bleche in einer oder mehreren Stufen in sogenannten Tiefziehpressen umgeformt. Dabei wird das Blech mittels eines Stempels in eine Matrize gezogen, während seine Ränder durch einen Niederhalter festgehalten werden.In known methods and devices for deep drawing of sheet metal parts are made from the most varied Metal or alloy existing sheet metal in one or several stages in so-called deep-drawing presses. The sheet metal is stamped into a Matrix drawn while its edges through one Hold-downs are held.
Sowohl beim einstufigen als auch beim mehrstufigen Tiefziehen des Blechmaterials tritt während der Verformung der Fall auf, daß durch eine zu starke Kaltverfestigungen und die damit einhergehenden Verringerungen der Dehnbarkeit das Tiefziehen nicht in einem Arbeitsschritt und/oder nicht in der gewünschten Tiefe erfolgen kann, ohne daß Materialdefekte entstehen. Diese Problematik tritt insbesondere bei zu hoher Kaltverfestigung neigenden Aluminiumlegierungen wie beispielsweise AlMg oder AlMgMn auf.Both in single-stage and multi-stage Deep drawing of the sheet material occurs during the Deformation on that due to too strong Strain hardening and the associated Decreases in ductility do not result in deep drawing one work step and / or not in the desired one Depth can occur without material defects. This problem occurs in particular when the problem is too high Cold alloy aluminum alloys like for example AlMg or AlMgMn.
In begrenztem Umfang können diese Beschränkungen des Tiefziehvorgangs dadurch beseitigt werden, daß die noch nicht vollständig tiefgezogenen Blechformteile einem zwischengeschalteten Entfestigungsglühen unterworfen werden.To a limited extent, these limitations of the Thermoforming process can be eliminated in that the not completely deep-drawn sheet metal parts interposed softening annealing become.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden hierzu die Blechformteile aus der Tiefziehpresse entnommen und einer Ofenglühung unterworfen. Dies erfordert eine Unterbrechung des Umformvorgangs und regelmäßig vor der Ofenglühung eine vorgeschaltete Entfettung. Dieses zwischengeschaltete Entfestigungsglühen ist bei Blechformteilen für Großserien problematisch, da derartige Großserienteile in der Regel vom Band auf einer Stufenpresse bis zum fertigen Blechformteil verformt, beschnitten und gelocht werden. Ein zwischengeschaltetes Entfestigungsglühen in einem separaten Ofen würde hierbei zu einer aus Kostengründen nicht akzeptablen Unterbrechung des Umformprozesses führen. Darüber hinaus ist bei der Ofenglühung zur Entfestigung das Risiko vorhanden, daß bei nicht exakter Temperaturführung es in gering verformten Bereichen des Blechformteils zu unerwünschter Grobkornbildung kommt, wenn sich aufgrund einer nicht exakten Temperaturführung die Temperaturen beim Entfestigungsglühen im Rekristallisationsglühbereich bewegen. Schließlich führt das Ofenglühen zur Entfestigung auch dazu, daß Bereiche der Blechformteile, in denen Kaltverfestigungen erwünscht sind wieder entfestigt werden, was die Funktionalität der bearbeiteten Blechformteile reduziert.In the methods and known from the prior art Devices are the sheet metal parts from the Deep drawing press removed and an oven annealing subject. This requires an interruption of the Forming process and regularly before the furnace is annealed upstream degreasing. This intermediary Softening annealing is for sheet metal parts for Large series problematic because such large series parts in usually from the belt on a step press to finished sheet metal part deformed, trimmed and punched become. An intermediate softening annealing in a separate oven would become one Interruption of the Lead forming process. In addition, at Kiln annealing for softening there is a risk that if the temperature control is not exact, it is low deformed areas of the sheet metal part to undesirable Coarse grain formation comes when due to a failure exact temperature control the temperatures at Softening annealing in the recrystallization annealing area move. Finally, the furnace glow leads to Softening also means that areas of the sheet metal parts, where strain hardening is desired again be softened what the functionality of the machined sheet metal parts reduced.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen zur Verfügung zu stellen, mit der unerwünschte Kaltverfestigungen während des Tiefziehens ohne Unterbrechung des Umformvorgangs vermieden werden können. Based on the explained prior art, the Invention based on the object, a method or a Device for deep drawing sheet metal parts for To provide with the unwanted Strain hardening during deep drawing without Interruption of the forming process can be avoided.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren zum Tiefziehen von Blechformteilen dadurch gelöst, daß die Blechformteile in der Tiefziehpresse örtlich begrenzt entfestigungsgeglüht werden. Dieses erfindungsgemäße örtlich begrenzte Entfestigungsglühen gewährleistet, daß in besonders stark kaltverfestigten Bereichen der Blechformteile eine gezielte Entfestigung ohne Unterbrechung des Umformvorgangs erfolgen kann, ohne daß andere Bereiche des Blechformteils, in denen beispielsweise Kaltverfestigungen erwünscht sind, gleichzeitig entfestigt werden und ohne daß es in gering verformten Bereichen durch eine nicht exakte Temperaturführung beim Entfestigungsglühung zur Grobkornbildung kommt.According to the previously derived and Outlined task for a method for deep drawing Sheet metal parts solved in that the sheet metal parts in the deep-drawing press has been subjected to local softening annealing become. This locally limited according to the invention Softening anneal ensures that in particularly strong strain-hardened areas of sheet metal parts targeted softening without interrupting the Forming process can take place without other areas of the sheet metal part, in which, for example Strain hardening are desired at the same time be softened and without being slightly deformed Areas due to an inexact temperature control during Softening annealing comes to coarse grain formation.
Das erfindungsgemäße örtlich begrenzte Entfestigungsglühen in der Tiefziehpresse kann bei einem einstufigen Tiefziehvorgang während des eigentlichen Tiefziehens erfolgen oder in einer Stufenpresse besonders einfach dadurch verwirklicht werden, daß bei mehrstufigem Tiefzug in einer Stufenpresse die Blechformteile in einer Leerstufe entfestigungsgeglüht werden. Durch das Entfestigungsglühen in einer Leerstufe läßt sich die Funktionalität des Ziehwerkzeuges von der einer Heizvorrichtung zum Entfestigungsglühen trennen.The locally limited according to the invention Softening annealing in the deep-drawing press can be done at one single-stage deep-drawing process during the actual Deep drawing or in a step press especially can be realized simply by the fact that with multi-stage Deep drawing in a step press, the sheet metal parts in one Empty stage to be softened. By the Softening annealing in an empty stage can be Functionality of the drawing tool from the one Disconnect heater for softening anneal.
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch ausgestaltet, daß zum Entfestigungsglühen die Strahlenergie eines Laserstrahls verwandt wird. Beim laserunterstützten Entfestigungsglühen wird das Blechformteil beispielsweise in einer Leerstufe einer Stufenpresse örtlich begrenzt geglüht. Das Laserlicht läßt sich über Lichtwellenleiter relativ einfach zu den gewünschten Bereichen der Blechformteile leiten und ermöglicht einen optimalen Entfestigungsglühvorgang, da sehr hohe Energiedichten und damit sehr hohe Aufheizraten gewährleistet werden können und da eine gute räumliche und zeitliche Steuerbarkeit des Laserstrahls möglich ist, so daß eine örtlich eng begrenzte Erwärmung des Blechformteils erzielt wird. Als besonders geeignete Lasertypen sind hier der Nd : YAG-Laser und der CO2-Laser (CO2-Laser sind nicht zum Einsatz in Verbindung mit Lichtwellenleitern geeignet) zu nennen. Die Integration des Laserstrahls über einen Lichtwellenleiter in eine Leerstufe des Werkzeugsatzes einer Stufenpresse stellt eine prozeßsichere Vorgehensweise dar und erlaubt somit eine wirtschaftliche Fertigung mit der beschriebenen Verbesserung der Umformbarkeit durch Entfestigung des Materials an kritischen Stellen während des Fertigungsablaufes vom Coil zum fertigen Blechformteil.The method according to the invention is particularly advantageously designed in that the beam energy of a laser beam is used for the softening annealing. In the case of laser-assisted softening annealing, the sheet metal part is annealed locally, for example in an empty stage of a stage press. The laser light can be guided relatively easily to the desired areas of the sheet metal parts via optical waveguides and enables an optimal softening annealing process, since very high energy densities and thus very high heating rates can be guaranteed and since good spatial and temporal controllability of the laser beam is possible, so that a local narrowly limited heating of the sheet metal part is achieved. The Nd: YAG laser and the CO 2 laser (CO 2 lasers are not suitable for use in connection with optical fibers) are to be mentioned here as particularly suitable laser types. The integration of the laser beam via an optical waveguide into an empty stage of the tool set of a stage press represents a process-reliable procedure and thus allows economical production with the described improvement in formability by softening the material at critical points during the production process from the coil to the finished sheet metal part.
Dadurch, daß das Blechformteil durch die Strahlenergie zeitlich und räumlich variabel entfestigungsgeglüht wird, läßt sich ein an das jeweilige Blechformteil optimal angepaßtes Entfestigungsprofil erzeugen. Zur räumlich variablen Verteilung der Strahlenergie des Laserstrahls wird der Laserstrahl entweder stärker gestreut oder über den zu entfestigenden Bereich bewegt.The fact that the sheet metal part by the beam energy annealing annealing is variable in time and space, can be optimally adapted to the respective sheet metal part Create a customized softening profile. For spatial variable distribution of the beam energy of the laser beam the laser beam is either scattered more or over moves the area to be softened.
Alternativ oder kumulativ zum Entfestigungsglühen mit Hilfe eines Lasers wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiter ausgestaltet, daß das Blechformteil zum Entfestigungsglühen örtlich begrenzt induktiv erwärmt wird. Eine Induktionsspule läßt sich einfach herstellen und beispielsweise in ein Ziehwerkzeug einer Tiefziehpresse integrieren. Beim Einsatz einer Induktionsspule zum Entfestigungsglühen ist in der Regel eine Abschirmung gegenüber der Tiefziehpresse und anderen Teilen eines eventuell eingesetzten Werkzeugsatzes notwendig, um Verluste der Induktionsleistung bzw. Belastungen der Werkstoffe der Presse bzw. des Werkzeugsatzes zu verringern bzw. zu vermeiden.Alternatively or cumulatively to the softening annealing The method according to the invention is performed using a laser characterized in that the sheet metal part for Softening annealing locally heated inductively becomes. An induction coil is easy to manufacture and for example in a drawing tool Integrate deep drawing press. When using a Induction coil for softening annealing is usually a shield against the deep drawing press and others Parts of a possibly used tool set necessary to avoid losses of induction power or Loads on the materials of the press or the To reduce or avoid the tool set.
Insbesondere bei einem einstufigen Tiefziehvorgang wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft ausgestaltet, daß zum Entfestigungsglühen die durch Wärmeleitung aus einem beheizten Ziehwerkzeug auf das Blechformteil übergehende Wärme verwandt wird. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht die einfache Realisation des Entfestigungsglühens auch beim einstufigen Tiefziehen. Es ist allerdings auch möglich, bei einstufigen Tiefziehvorgängen durch in den Tiefziehwerkzeugen vorgesehene Lichtwellenleiter zum Entfestigungsglühen die Strahlenergie eines Laserstrahles oder die durch eine Induktionsspule erzeugten Wirbelströme zu verwenden.Especially in a one-step deep-drawing process the method according to the invention thereby advantageous designed that for the softening annealing by Heat conduction from a heated drawing tool on the Sheet metal part passing heat is used. This Design of the method according to the invention enables the simple realization of softening annealing also in single-stage deep drawing. However, it is also possible with single-stage deep-drawing processes through the Optical fibers provided for deep-drawing tools Softening anneal the beam energy of a laser beam or those generated by an induction coil Use eddy currents.
Die Auswahl der möglichen Heizvorrichtungen zur Lieferung der notwendigen Wärmeenergie zum Entfestigungsglühen hängt ganz von den Anforderungen beim Tiefziehen des jeweiligen Blechformteiles ab.The choice of possible heaters for delivery the necessary heat energy for the softening annealing depends entirely on the requirements when deep drawing the respective sheet metal part.
Vorrichtungsmäßig wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen mit mindestens einem Ziehwerkzeug dadurch gelöst, daß mindestens eine die Blechformteile örtlich begrenzt entfestigungsglühende Heizvorrichtung vorgesehen ist. Eine derartige Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren mit den zuvor beschriebenen möglichen Ausgestaltungen und gewährleistet die bereits in Verbindung mit den Verfahren beschriebenen Vorteile beim Tiefziehen von Blechformteilen. In terms of the device, the above and Outlined task for a device for deep drawing of sheet metal parts with at least one drawing tool solved in that at least one of the sheet metal parts localized softening heater is provided. Such a device is suitable in particular for use in an inventive Procedure with the possible described above Configurations and ensures the already in Advantages described in connection with the methods Deep drawing of sheet metal parts.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, daß ein Leerstufen aufweisender Werkzeugsatz zum mehrstufigen Tiefziehen in mindestens einer Leerstufe mindestens eine Heizvorrichtung aufweist. Die Integration der Heizvorrichtung in eine Leerstufe eines Werkzeugsatzes zu mehrstufigem Tiefziehen ermöglicht eine Entkopplung der Vorrichtungen zum Tiefziehen und zum Heizen.The is particularly advantageous Device according to the invention in that an empty stage Tool set for multi-stage deep drawing in at least one blank level at least one Has heating device. The integration of the Heating device in an empty stage of a tool set multi-stage deep drawing enables decoupling of the Thermoforming and heating devices.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen. Hierzu wird beispielsweise einerseits verwiesen auf die den Patentansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtThere are now a variety of ways to Design of the method according to the invention or Device according to the invention for deep drawing Sheet metal parts. For example, on the one hand referred to the claims 1 and 7 subordinate claims and on the other hand to the Description of an embodiment in connection with the drawing. In the drawing shows
Fig. 1 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen nach einem ersten Tiefzug, Fig. 1 in cross-section an embodiment of a device according to the invention for deep drawing of sheet metal parts according to a first deep drawing,
Fig. 2 im Schnitt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen während einer ersten Leerstufe und Fig. 2 in section the embodiment of a device according to the invention for deep drawing sheet metal parts during a first empty stage and
Fig. 3 im Schnitt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen nach einem zweiten Tiefzug. Fig. 3 in section, the embodiment of a device according to the invention for deep drawing sheet metal parts after a second deep drawing.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen weist eine erste Matrize 1, einen Niederhalter 2 und einen ersten Stempel 3 zur Durchführung des ersten Tiefzuges auf. Bei diesem ersten Tiefzug wird das in einem nicht dargestellten Stanzgitter an ebenfalls nicht dargestellten Stegen gehaltene Blech 10 vom ersten Stempel 3 in die erste Matrize 1 gezogen. Vor diesem ersten Tiefzug läuft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Band in eine Stanze, in der die Bleche 10 aus dem Band gestanzt werden. Dabei sind zwischen den Blechen 10 und dem verbleibenden Stanzgitter Stege vorgesehen, um die Bleche 10 zur weiteren Verarbeitung, in der Regel bis zum Abschluß des Tiefziehens, besser durch die verschiedenen Tiefzugstufen transportieren zu können.The exemplary embodiment of a device for deep drawing of sheet metal parts shown in FIG. 1 has a first die 1 , a hold-down device 2 and a first punch 3 for carrying out the first deep drawing. In this first deep drawing, the sheet metal 10 held in a lead frame, not shown, on webs, also not shown, is drawn from the first punch 3 into the first die 1 . Before this first deep drawing, in the exemplary embodiment shown, a strip runs into a punch in which the sheets 10 are punched out of the strip. In this case, webs are provided between the sheets 10 and the remaining lead frame in order to be able to better transport the sheets 10 through the various deep drawing stages for further processing, generally until the completion of deep drawing.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Tiefzug kommt es bei Blechen, die aus zur Kaltverfestigung neigenden Metallen, wie zum Beispiel aus Aluminium, bestehen, zu Kaltverfestigungen, insbesondere in den Bereichen des Bleches 10 in der Nähe des Randes und der Übergänge zum Boden der ersten Matrize 1.In the first deep drawing shown in FIG. 1, sheet metal that consists of metals that tend to work harden, such as aluminum, is subject to work hardening, in particular in the areas of sheet 10 near the edge and the transitions to the bottom of the first die 1 .
Während des in Fig. 2 dargestellten Leerzuges, in dem das Blech 10 aus der ersten Matrize herausgehoben ist und nur vom nicht dargestellten Stanzgitter gehalten wird, werden erfindungsgemäß die verstärkt zur Kaltverfestigung neigenden Bereiche 5 mit Hilfe eines Lasers 6 entfestigungsgeglüht. Hierzu wird der Laser 6 bzw. ein mit einem Laser verbundener Lichtwellenleiter auf die Bereiche 5 gerichtet um dort örtlich und zeitlich begrenzt so viel Wärme in das Blechformteil einzubringen, daß ein Entfestigungsglühen stattfindet. Hierzu kann der Laser 6 nacheinander auf die Bereiche 5 gerichtet werden oder es können auch mehrere Laser vorgesehen sein, die ein paralleles Entfestigungsglühen der ein weiteres Tiefziehen verhindernden oder erschwerenden kaltverfestigten Bereiche 5 gleichzeitig gewährleisten. During idle train shown in Fig. 2, in which the plate is lifted out of the first die 10 and is held only by the non-illustrated lead frame are according to the invention the amplified tendency to strain hardening areas 5 entfestigungsgeglüht by means of a laser 6. For this purpose, the laser 6 or an optical waveguide connected to a laser is directed onto the areas 5 in order to introduce so much heat into the shaped sheet metal part there and for a limited time that a softening anneal takes place. For this purpose, the laser 6 can be directed onto the areas 5 one after the other, or a plurality of lasers can also be provided, which simultaneously guarantee a parallel softening annealing of the cold-hardened areas 5 which prevent or complicate further deep drawing.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tiefzug rotationssymmetrisch, so daß das Entfestigungsglühen vorteilhafterweise durch eine Rotation des Lasers 6 gegenüber einer Rotationsachse 7 erfolgt. Hierbei überstreicht der Laser 6 die kaltverfestigten Bereiche 5 gleichmäßig.In the illustrated embodiment, the deep drawing is rotationally symmetrical, so that the softening annealing is advantageously carried out by rotating the laser 6 with respect to an axis of rotation 7 . Here, the laser 6 covers the work-hardened areas 5 evenly.
In Fig. 3 ist schließlich dargestellt, daß das Blechformteil mit Hilfe eines zweiten Stempels 8 in eine zweite Matrize 9 weiter tiefgezogen wird, ohne daß nach dem ersten Tiefzug vorhandene Kaltverfestigungen diesen Tiefzug entscheidend erschweren.In Fig. 3 it is finally shown that the sheet metal part is further deep-drawn into a second die 9 with the aid of a second punch 8 , without the strain hardening present after the first deep-drawing making this deep-drawing significantly difficult.
Gegenüber der ersten Stufe des Tiefzuges gewährleistet die zweite Stufe eine Verkleinerung der Biegeradien des Bleches 10 am oberen Rand (R2<R1) und am Übergang zum Boden (r2<r1). Dabei wird der mittlere Durchmesser verringert (D2<D1). Es werden also die schon beim ersten Tiefzug stark verformten, also auch kaltverfestigten Bereiche 5 nochmals stark verformt. Dies ist nur möglich, wenn die betroffenen Bereiche 5 vor der zweiten Stufe entfestigungsgeglüht worden sind. Die ebenfalls kaltverfestigten Bereiche mit den Radien r1 bzw. r2 werden gezielt nicht entfestigungsgeglüht, da die hier vorhandene Kaltverfestigung während des zweiten Tiefzugs vorteilhaft ist.Compared to the first stage of deep drawing, the second stage ensures a reduction in the bending radii of the sheet 10 at the upper edge (R2 <R1) and at the transition to the floor (r2 <r1). The mean diameter is reduced (D2 <D1). The areas 5 that are already strongly deformed during the first deep drawing, that is to say also work hardened, are again strongly deformed. This is only possible if the affected areas 5 have been annealed prior to the second stage. The areas that are also work hardened with the radii r1 and r2 are selectively not annealed, since the work hardening present here is advantageous during the second deep drawing.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechformteilen entfällt, wie ohne weiteres ersichtlich, der Durchlauf durch einen Ofen zum Zwecke des Entfestigungsglühens zur Vorbereitung weiterer Tiefzugstufen.In the illustrated embodiment, one Device according to the invention for deep drawing Sheet metal parts, as can be easily seen, the passage through an oven for the purpose of Release annealing to prepare others Deep draft levels.
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Legal Events
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |