DE202016107108U1 - Device for the safety-relevant disconnection of the current of a power controller having a power controller via a thyristor - Google Patents
Device for the safety-relevant disconnection of the current of a power controller having a power controller via a thyristor Download PDFInfo
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Abstract
Vorrichtung zur sicherheitsrelevanten Abschaltung des Stromes einer über einen Leistungssteller stromversorgten elektrischen Last, mit – einem Drehstromnetz (15), – einem an das Drehstromnetz angeschlossenen, mindestens ein antiparalleles Thyristorpaar (12, 13, 14) aufweisenden Leistungssteller (18), wobei einer der antiparallelen Thyristoren ein Strom zur Last leitender Thyristor (a) und der andere ein Strom von der Last ableitender Thyristor (b) ist, und – einer an die Ausgänge des Leistungsstellers (18) angeschlossene Last (16), – wobei zur Steuerung der Thyristoren des Leistungsstellers (18) eine Steuerung (2), ein erster Abschaltsignalgenerator (4) und ein zweiter Abschaltsignalgenerator (5) vorgesehen sind, – die Steuerung (2) zum Empfang eines ersten Abschaltbefehls (SPO1) und eines zweiten Abschaltbefehls (SPO2) und zur Bereitstellung von Zündimpulsen (Z1, ..., Z6) für die Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist, – der erste Abschaltsignalgenerator (4) zum Empfang des ersten Abschaltbefehls (SPO1) und zur Bereitstellung eines ersten Abschaltsignals (A1) für die Strom von der Last ableitenden Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist, – der zweite Abschaltsignalgenerator zum Empfang des zweiten Abschaltbefehls (SPO2) und zur Bereitstellung eines zweiten Abschaltsignals (A2) für die Strom zur Last leitenden Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist, – das einem Thyristor zugeordnete Abschaltsignal und die demselben Thyristor zugeordneten, von der Steuerung (2) ausgegebenen Zündimpulse jeweils einem UND-Glied (6, 7, 8, 9, 10, 11) zuführbar sind, an dessen Ausgang ein Steuersignal für den jeweiligen Thyristor ausgebbar ist, und – der erste Abschaltsignalgenerator (4) nach Empfang des ersten Abschaltbefehls (SPO1) das Abschaltsignal (A1) für die Strom von der Last ableitenden Thyristoren an die diesen Thyristoren zugeordneten UND-Glieder (6, 7, 8) ausgibt, um diese zu sperren, – der zweite Abschaltsignalgenerator (5) nach Empfang des zweiten Abschaltbefehls (SPO2) das Abschaltsignal (A2) für die Strom zur Last leitenden Thyristoren an die diesen Thyristoren zugeordneten UND-Glieder (9, 10, 11) ausgibt, um diese zu sperren, und – die Steuerung (2) nach Empfang des ersten und/oder des zweiten Abschaltbefehls die Ausgabe von Zündimpulsen für die Thyristoren einstellt.Apparatus for the safety-relevant disconnection of the current of an electric load powered by a power controller, comprising - a three-phase network (15), a power controller (18) having at least one antiparallel thyristor pair (12, 13, 14) connected to the three-phase network, one of the antiparallel Thyristor is a current to the load-conducting thyristor (a) and the other is a current from the load dissipating thyristor (b), and - one connected to the outputs of the power controller (18) load (16), - wherein to control the thyristors of the power controller (18) a controller (2), a first shutdown signal generator (4) and a second shutdown signal generator (5) are provided, - the controller (2) for receiving a first shutdown command (SPO1) and a second shutdown command (SPO2) and for providing Ignition pulses (Z1, ..., Z6) is designed for the thyristors of the power controller, - the first switch-off signal generator (4) for the reception of the first switch-off command (SPO1) and for the provision of a first switch-off signal (A1) for the current from the load dissipating thyristors of the power controller, - the second switch-off signal generator for receiving the second switch-off command (SPO2) and for providing a second switch-off signal (A2 ) is formed for the current to the load-conducting thyristors of the power controller, - the thyristor associated shutdown signal and the same thyristor associated, issued by the controller (2) firing pulses each an AND gate (6, 7, 8, 9, 10, 11 ) are fed, at the output of a control signal for the respective thyristor can be output, and - the first shutdown signal generator (4) after receiving the first shutdown command (SPO1) the shutdown signal (A1) for the current from the load dissipating thyristors to the these thyristors AND gates (6, 7, 8) outputs to block them, - the second Abschaltsignalgene Rator (5) after receiving the second shutdown command (SPO2) the shutdown signal (A2) for the current to the load-conducting thyristors to the these thyristors associated AND gates (9, 10, 11) outputs to lock them, and - the controller (2) adjusts the output of firing pulses for the thyristors upon receipt of the first and / or second shutdown commands.
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sicherheitsrelevanten Abschaltung des Stromes einer über einen Thyristoren aufweisenden Leistungssteller stromversorgten Last. The invention relates to a device for safety-relevant shutdown of the current of a thyristor having power controller powered load.
Hintergrund background
Es ist bereits bekannt, dass gewisse Abläufe eingehalten werden müssen, um eine rotierende Maschine im Sinne von von der EU erlassenen Maschinenrichtlinien sicher stillsetzen zu können. So ist zum Beispiel im Rahmen der Entwicklung einer Maschine eine Risikoanalyse notwendig, in welcher das Risiko abgeschätzt wird, das von der Maschine ausgeht. Durch diese Risikoanalyse findet man heraus, welche Sicherheitskategorie bzw. welcher Performance-Level (PL) für die Maschine notwendig ist, um einen die Maschine bedienenden Menschen nicht zu sehr zu gefährden. Andererseits kann man durch verschiedene Methoden ermitteln, welchen Performance-Level eine Maschine hat. Solange der Performance-Level der Maschine kleiner ist als der für die Maschine notwendige Performance-Level ist eine Nachbesserung notwendig, um das von der Maschine ausgehende Risiko zu verringern. In diesem Zusammenhang sind im Laufe der letzten Jahre verschiedene Normen veröffentlicht worden, in welchen ein Zertifizierungsprozess festgelegt ist. Zu diesen Normen gehören insbesondere die
In der
Das Versorgungssystem umfasst einen von einer B6 Brückenschaltung mit 6 Halbleiterschaltern gebildeten Stromrichter für wenigstens einen richtungsabhängigen Zweiquadrantenbetrieb, wenigstens eine zugehörige pulsbasierte Ansteuervorrichtung, einen eingangsseitigen und einen ausgangsseitigen Anschluss für den Stromrichter sowie wenigstens eine mechanische Unterbrechungsvorrichtung für den ein- und/oder ausgangsseitigen Anschluss. Wird ein STO-Signal empfangen, dann wird ein unmittelbarer Wechsel des Stromrichterbetriebes in eine Wechselrichtergrenzlage durchgeführt. Dann erfolgt nach Ablauf eines mit dem Empfang des STO-Signals beginnenden ersten Zeitintervalls eine Unterbrechung einer Zuführung von Ansteuerenergie durch die Ansteuervorrichtung in den Stromrichter und ein Geben eines Unterbrechungssignals an die wenigstens eine mechanische Unterbrechungsvorrichtung für genau den Fall, dass nach Ablauf eines zweiten nachfolgenden Zeitintervalls der ausgangsseitig fließende Strom nicht unterhalb eines sicherheitskritischen Grenzwertes abgeklungen ist. The supply system comprises a converter formed by a B6 bridge circuit with 6 semiconductor switches for at least one direction-dependent two-quadrant operation, at least one associated pulse-based drive device, an input-side and an output-side connection for the power converter and at least one mechanical interruption device for the input and / or output side connection. If an STO signal is received, then a direct change of the converter operation is carried out in an inverter limit. Then, after the lapse of a first time interval beginning with the receipt of the STO signal, an interruption of supply of drive energy by the drive device to the power converter and an interruption signal to the at least one mechanical interrupt device occur just in case after expiration of a second subsequent time interval the current flowing on the output side has not decayed below a safety-critical limit value.
Zusammenfassung Summary
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere Verwendungsmöglichkeiten für ein sicheres Abschalten bereitzustellen. The object of the invention is to provide further uses for a safe shutdown.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur sicherheitsrelevanten Abschaltung des Stromes einer über einen Leistungssteller stromversorgten elektrischen Last, mit
- – einem Drehstromnetz,
- – einem an das Drehstromnetz angeschlossenen, mindestens ein antiparalleles Thyristorpaar aufweisenden Leistungssteller, wobei einer der antiparallelen Thyristoren ein Strom zur Last leitender Thyristor und der andere ein Strom von der Last ableitender Thyristor ist, und
- – einer an die Ausgänge des Leistungsstellers angeschlossenen Last,
- – wobei zur Steuerung der Thyristoren des Leistungsstellers eine Steuerung, ein erster Abschaltsignalgenerator und ein zweiter Abschaltsignalgenerator vorgesehen sind,
- – die Steuerung zum Empfang eines ersten Abschaltbefehls (SPO1) und eines zweiten Abschaltbefehls (SPO2) und zur Bereitstellung von Zündimpulsen für die Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist,
- – der erste Abschaltsignalgenerator zum Empfang des ersten Abschaltbefehls und zur Bereitstellung eines ersten Abschaltsignals für die Strom von der Last ableitenden Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist,
- – der zweite Abschaltsignalgenerator zum Empfang des zweiten Abschaltbefehls und zur Bereitstellung eines zweiten Abschaltsignals für die Strom zur Last leitenden Thyristoren des Leistungsstellers ausgebildet ist,
- – das einem Thyristor zugeordnete Abschaltsignal und die demselben Thyristor zugeordneten, von der Steuerung ausgegebenen Zündimpulse jeweils einem UND-Glied zuführbar sind, an dessen Ausgang ein Steuersignal für den jeweiligen Thyristor ausgebbar ist, und
- – der erste Abschaltsignalgenerator nach Empfang des ersten Abschaltbefehls das Abschaltsignal für die Strom von der Last ableitenden Thyristoren an die diesen Thyristoren zugeordneten UND-Glieder ausgibt, um diese zu sperren,
- – der zweite Abschaltsignalgenerator nach Empfang des zweiten Abschaltbefehls das Abschaltsignal für die Strom zur Last leitenden Thyristoren an die diesen Thyristoren zugeordneten UND-Glieder ausgibt, um diese zu sperren, und
- – die Steuerung nach Empfang des ersten und/oder des zweiten Abschaltbefehls die Ausgabe von Zündimpulsen für die Thyristoren einstellt.
- A three-phase network,
- - One connected to the three-phase network, at least one antiparallel thyristor having power controller, one of the antiparallel thyristors is a current to the load-conducting thyristor and the other is a current from the load dissipating thyristor, and
- A load connected to the outputs of the power controller,
- Wherein a controller, a first shutdown signal generator and a second shutdown signal generator are provided for controlling the thyristors of the power controller,
- The control is designed to receive a first switch-off command (SPO1) and a second switch-off command (SPO2) and to provide ignition pulses for the thyristors of the power controller,
- The first switch-off signal generator is designed to receive the first switch-off command and to provide a first switch-off signal for the current from the load-dissipating thyristors of the power controller,
- The second switch-off signal generator is designed to receive the second switch-off command and to provide a second switch-off signal for the current to the load-conducting thyristors of the power controller,
- - The thyristor associated shutdown signal and the same thyristor associated, issued by the control firing pulses are each fed to an AND gate, at whose output a control signal for the respective thyristor can be output, and
- The first switch-off signal generator, after receiving the first switch-off command, outputs the switch-off signal for the current from the load-dissipating thyristors to the AND elements associated with these thyristors in order to block them;
- The second switch-off signal generator, after receiving the second switch-off command, outputs the switch-off signal for the current-carrying thyristors to the thyristors associated with these thyristors in order to block them, and
- - The controller after receiving the first and / or the second shutdown command sets the output of firing pulses for the thyristors.
Durch eine derartige Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise eine Sicherheitsfunktion für elektrische Widerstandslasten bereitgestellt, die in unterschiedlichen Lastkonfigurationen aufgebaut sein können und welche aus einem Drehstromnetz über einen antiparallel geschaltete Thyristoren aufweisenden Leistungssteller stromversorgt werden. By such a device, a safety function for electrical resistance loads is provided in an advantageous manner, which can be constructed in different load configurations and which are powered from a three-phase network via a power regulator having antiparallel connected thyristors.
Diese Sicherheitsfunktion bewirkt in vorteilhafter Weise, dass bei Bedarf sicher verhindert wird, dass ein weiterer Stromfluss in die Last erfolgt. Dadurch wiederum unterbleibt eine weitere Erwärmung der Last, die möglicherweise bis zu deren Zerstörung führen könnte. This safety function advantageously ensures that, if necessary, it is reliably prevented that a further current flow into the load takes place. This in turn stops further heating of the load, which could possibly lead to their destruction.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die gewünschte sicherheitsrelevante Abschaltung des in die Last fließenden Stromes auch bei einem Ausbleiben eines der beiden Abschaltbefehle gewährleistet ist, da auch in diesem Falle einer der beiden Thyristoren jedes Thyristorpaares stromlos geschaltet wird, weil der jeweils andere Abschaltbefehl entweder alle Strom zur Last leitenden Thyristoren oder alle Strom von der Last ableitenden Thyristoren der antiparallelen Thyristorpaare und damit jeweils das gesamte antiparallele Thyristorpaar stromlos schaltet. Another advantage of the invention is that the desired safety-relevant shutdown of the current flowing in the load is ensured even if one of the two shutdown commands, since in this case one of the two thyristors of each thyristor pair is de-energized, because the respective other shutdown command either all the current to the load-conducting thyristors or all the current from the load-dissipating thyristors of the anti-parallel thyristor pairs and thus the entire antiparallel thyristor pair de-energized switches.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der Leistungssteller 3 Thyristorpaare aufweisen. Diese Konfiguration ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine Last dreiphasig mit Strom zu versorgen, wobei jedem Thyristorpaar ein Phasenstrom individuell zugeordnet ist und jedes Thyristorpaar individuell steuerbar ist. According to one embodiment, the power controller 3 may comprise thyristor pairs. This configuration advantageously makes it possible to supply a load with three-phase current, wherein each thyristor pair is assigned a phase current individually and each thyristor pair can be individually controlled.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann der Leistungssteller 2 Thyristorpaare aufweisen. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine Last bei reduziertem Thyristorsteueraufwand dreiphasig mit Strom zu versorgen. According to another embodiment, the
Die Generierung und Ausgabe der Abschaltbefehle kann in vorteilhafter Weise von einer übergeordneten Steuerung vorgenommen werden. Dies hat den Vorteil, dass in der übergeordneten Steuerung vorliegende Informationen, die eine Abschaltung des zur elektrischen Last fließenden Stromes erforderlich machen, bei der Generierung der Abschaltbefehle berücksichtigt werden können. The generation and output of the shutdown commands can be made in an advantageous manner by a higher-level control. This has the advantage that in the higher-level controller present information that make a shutdown of the current flowing to the electrical load current can be considered in the generation of the shutdown commands.
Die übergeordnete Steuerung kann in vorteilhafter Weise mit der Steuerung verbunden und dazu ausgebildet sein, Fehlerhinweissignale von der Steuerung zu empfangen und die Abschaltbefehle als Reaktion auf den Empfang der von der Steuerung empfangenen Fehlerhinweissignale zu generieren. Dies hat den Vorteil, dass auch von bzw. in der Steuerung erkannte Fehler bei der Generierung der Abschaltbefehle berücksichtigt werden können. The higher level controller may be advantageously connected to the controller and configured to receive error indication signals from the controller and to generate the shutdown commands in response to receipt of the error indication signals received from the controller. This has the advantage that errors detected by or in the controller can also be taken into account when generating the shutdown commands.
Des Weiteren kann die Vorrichtung eine Überwachungseinheit aufweisen, die zur Messung der an den Ausgängen des Leistungsstellers fließenden Ströme ausgebildet ist und bei einem Abweichen der gemessenen Ströme von jeweiligen Sollwerten ein Fehlerhinweissignal an die übergeordnete Steuerung ausgibt. Dies hat den Vorteil, dass die Stromversorgung der Last überwacht werden kann und beim Auftreten eines Fehlers von der übergeordneten Steuerung eine sichere Abschaltung des die Last versorgenden Stromes durch Ausgabe von Abschaltbefehlen in die Wege geleitet werden kann. Insbesondere kann sowohl während des Normalbetriebes als auch nach erfolgter Abschaltung des Stromes mittels der Überwachungseinheit überprüft werden, ob korrekte Stromwerte vorliegen. Im Normalbetrieb fließen durch die beiden Thyristoren eines Thyristorpaares Ströme entgegengesetzter Richtung, aber übereinstimmender Stromwerte. Ist die Differenz zwischen den gemessenen Stromwerten hingegen größer als ein zulässiger Differenzbetrag, dann liegt ein Fehler vor. Dieser wird in Form eines geeigneten Fehlerhinweissignals von der Überwachungseinheit an die übergeordnete Steuerung gemeldet, die -sofern notwendig- geeignete Gegenmaßnahmen in die Wege leitet, insbesondere eine Bereitstellung von Abschaltbefehlen, aufgrund welcher durch eine Unterbrechung der Steuerung der Thyristoren ein weiterer Stromfluss durch die Thyristoren verhindert wird. Furthermore, the device may have a monitoring unit which is designed to measure the currents flowing at the outputs of the power controller and outputs a fault indication signal to the higher-level controller when the measured currents of respective setpoint values deviate. This has the advantage that the power supply of the load can be monitored and a safe shutdown of the load-supplying current can be initiated by outputting shutdown commands when an error occurs from the higher-level control. In particular, both during normal operation and after the power has been switched off by means of the monitoring unit, it is possible to check whether correct current values are present. In normal operation, currents flow through the two thyristors of a thyristor pair opposite direction, but matching current values. If, on the other hand, the difference between the measured current values is greater than a permissible difference, then there is an error. This is reported in the form of a suitable Fehlerhinweissignals from the monitoring unit to the higher-level control, which -if necessary- appropriate countermeasures in the way, in particular a provision of shutdown commands, due to which prevents an interruption of the control of the thyristors another current flow through the thyristors becomes.
In vorteilhafter Weise kann der erste Abschaltsignalgenerator mit dem zweiten Abschaltsignalgenerator verbunden sein, so dass die beiden Abschaltsignalgeneratoren sich gegenseitig überwachen. Auch dies ermöglicht eine Ausgabe eines Fehlerhinweissignals an die übergeordnete Steuerung. Advantageously, the first shutdown signal generator may be connected to the second shutdown signal generator so that the two shutdown signal generators monitor each other. This also allows an error indication signal to be output to the higher-level controller.
Bei der Last handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Widerstandslast, die eine von mehreren möglichen vorgegebenen Lastkonfigurationen aufweist. Beispielsweise weist die Last Ohmsche Widerstände auf, die sternförmig oder dreieckförmig miteinander verschaltet sind. Eine Anwendung der Erfindung kann folglich bei unterschiedlichen Widerstandskonfigurationen erfolgen. The load is preferably an electrical resistance load having one of several possible predetermined load configurations. For example, the load has ohmic resistors which are interconnected in a star-shaped or triangular manner. An application of the invention can thus be made with different resistance configurations.
In vorteilhafter Weise kann die Last ein- oder mehrphasig stromversorgt werden. Folglich kann die Erfindung vielseitig eingesetzt werden. Advantageously, the load can be powered single or multi-phase power. Consequently, the invention can be used in many ways.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt Further advantageous features of the invention will become apparent from the following exemplary explanation with reference to FIGS. It shows
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
Die
Die dargestellte Vorrichtung weist ein Drehstromnetz
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Last
Der in der
Die Steuerung der Thyristoren wird von einer Steuerung
Soll aufgrund einer Störung eine weitere Stromzufuhr an die Last
Bei den Abschaltsignalgeneratoren
Insbesondere kann der Abschaltsignalgenerator
Des Weiteren kann der Abschaltsignalgenerator
Ein Vorteil der in der
Zusätzlich zur Bereitstellung der Abschaltsignale A1 und A2 durch die Abschaltsignalgeneratoren
Zur Überwachung des Betriebes der Vorrichtung ist eine Überwachungseinheit
In diesem Fehlerzustand der Vorrichtung wird die Messung der Ströme I1, I2 und I3 mittels der Überwachungseinheit
Des Weiteren erfolgt auch in der Steuerung
Eine weitere Fehlerüberwachung erfolgt dadurch, dass sich die Abschaltsignalgeneratoren
Die
Die
Die
Die
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Last
Des Weiteren kann es sich bei der Last auch um eine induktive Last oder um eine kapazitive Last handeln. Furthermore, the load may also be an inductive load or a capacitive load.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Übergeordnete Steuerung Higher level control
- 2 2
- Steuerung control
- 3 3
- Eingangsklemme input terminal
- 4 4
- Abschaltsignalgenerator Abschaltsignalgenerator
- 5 5
- Abschaltsignalgenerator Abschaltsignalgenerator
- 6 6
- UND-Glied AND gate
- 7 7
- UND-Glied AND gate
- 8 8th
- UND-Glied AND gate
- 9 9
- UND-Glied AND gate
- 10 10
- UND-Glied AND gate
- 11 11
- UND-Glied AND gate
- 12 12
- Erstes antiparalleles Thyristorpaar First antiparallel thyristor pair
- 13 13
- Zweites antiparalleles Thyristorpaar Second antiparallel thyristor pair
- 14 14
- Drittes antiparalleles Thyristorpaar Third antiparallel thyristor pair
- 15 15
- Drehstromnetz Three-phase system
- 16 16
- Last load
- 17 17
- Überwachungseinheit monitoring unit
- 18 18
- Leistungssteller power controllers
- a a
- Strom zur Last leitender Thyristor Current to the load conducting thyristor
- b b
- Strom von der Last ableitender Thyristor Current from the load dissipating thyristor
- F1 F1
- Fehlerhinweissignal Error indication signal
- F2 F2
- Fehlerhinweissignal Error indication signal
- SPO1SPO1
- Abschaltbefehl shutdown
- SPO2SPO2
- Abschaltbefehl shutdown
- Z1 Z1
- Zündimpuls ignition pulse
- Z2 Z2
- Zündimpuls ignition pulse
- Z3 Z3
- Zündimpuls ignition pulse
- Z4 Z4
- Zündimpuls ignition pulse
- Z5 Z5
- Zündimpuls ignition pulse
- Z6 Z6
- Zündimpuls ignition pulse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2899872 A1 [0003] EP 2899872 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- IEC 62061 [0002] IEC 62061 [0002]
- ISO 13849-1 [0002] ISO 13849-1 [0002]
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EP2899872A1 (en) | 2014-01-27 | 2015-07-29 | Abb Ag | Supply system for a DC drive and method for the safety-relevant shutdown of a direct current drive |
-
2016
- 2016-12-19 DE DE202016107108.9U patent/DE202016107108U1/en active Active
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Non-Patent Citations (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |