DE2146499C3 - Regelanordnung zur abstandshaltenden elektromagnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und Führungsschienen - Google Patents
Regelanordnung zur abstandshaltenden elektromagnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und FührungsschienenInfo
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Description
und Führungsmagnete eines Magnetschwebefahrzeues werden die acht Abstandssignale zu fünf Regelgrößen
verknüpft, die die Positionen des Fahrzeuges zu seinen Schienen in bezug auf die möglichen fünf
Freiheitsgrade »Senken, Rollen, Nicken, Schieben und Gieren« exakt beschreiben und in je einem Regler für
sich geregelt werden, die als Stellgiößen fünf Regelspannungen
liefern, die durch Stellgrößen Verknüpfung in acht Äusgangsspannungen umgeformt werden, die
die Ströme in den acht Trag- und Führungsmagneten des Fahrzeuges so beeinflussen, daß die Kräfte bzw.
Drehmomente in den entsprechenden Freiheitsgraden jeweils die notwendige Steuerung der Fahrzeuglage
bewirken.
Die Signalverknüpfung läßt sich durch folgende Gleichungen beschreiben:
»Senken« i S4 = ^ (S, + S2 4- S, + S4) U)
»Rollen« '/ Sv = ^ (S1 - S2 - S., + S4) (2)
»Nicken« it Sj1 = ^ ( S1 - S2 + S3 + S4I (3)
»Schieben« 7 St — ( -S5 + S,, + S- - S8) |4|
4 if
»eueren« y
-S5 + S„ - S-, + SJ (5)
wobei mit S1 bis S8 die jeweiligen Abstandssignak fur
die Luftspalte zwischen Schiene und Trag- bzw. Funrungsmagnet bezeichnet sind.
Die Verknüpfung der Regler-Ausgangssignale zu acht Stellgrößen läßt sich durch folgende Gleichungen
beschreiben:
35
*'i - - V4 - V9 + V9 (6)
V2 = - V, + Vm + K
40
15 = + ντ + νΦ
K = - ν, -
νψ
V- = - V1 + νψ
ν* = + vt - νψ
(I Oi
(11)
(12) (131
Hierbei bedeutet ζ. B. ein positives, eine Spannung darstellendes Regler-Ausgangssignal I7,. daß cine Bevvegung
des Fahrzcugmittelpunktes in positiver Z-Richtung verursacht wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Regelvcrfahrcns ist darin zu sehen, daß auf Grund der Signalvcrknüpfung
die Magnetströme weder von der Spurbreite noch von unterschiedlichen Höhendifferenzen der
Schienen zwischen den vorderen und hinleren Tragmagneten
beeinflußt werden.
Aus der Tatsache, daß aus acht Abstandssignalen
nur fünf Regelgrößen gebildet sind, ergibt sich, daß
gewisse Kombinationen von Abstandsänderungen ohne Einfluß auf die Regler sind. Da Abstandsändcrungcn
aber auch schon Krafländcrungcn mit sieh bringen, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung
zweckmäßig, wenn jedem Trag- und Führungsmagncten cine die Abhängigkeit der Magnetkraft von der
Größe des Luftspaltcs kompensierende '.usat/spannung
zugeführt ist, deren Wert gebildet ist durch Multiplikation einer die jeweilige Luftspaltgröße repräsentierenden
Signalspannung mit einem Faktor, der aus dem Verhältnis von Krafiabhängigkeit vom
Luftspalt zu Kraftabhängigkeit v>jm Spulenstrcm
unter Berücksichtigung de.·; Ohnischen Spulenwiderstandes gewonnen ist.
Im Arbeitspunkt eines Trag- und Führungsmagneien mit dem Spulenstrom / ist bekanntlich eine Kraft-Abhängigkeit
vom Spulenstrom HL und eine Kraft-
BI
abhängigkeit vom Luftspalt ~ gegeben. Ein Ausgleich beider Kraftabhängigkeiten ist dann erzielbar,
wenn der Spulenstrom /* bei einer Luftspaltänderung IS
CF
CS
IS
(14)
Für eine Spannungsregelung, die sich technisch einfacher
als eine Stromregelung realisieren läßt, gilt für die Trag- und Führungsmagnete mit dem Gleichstromwiderstand
R
V* = V ■*- R
C- F
CS
CF
Cl
IS
V* = V + K ■ IS,
(15)
(16)
wobei V* die als Spannung dargestellte Stellgröße
und K ein Proportionalitätsfaktor ist.
Obwohl diese Zugkraftstabilisierung für jeden Magneten einzeln durchführbar ist. können nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung als die jeweiligen Luftspaitgrößcn repräsentierende Signalspannungen
drei Spannungen dienen, die aus den Abslandssignalen
durch Verknüpfung gebildet sind entsprechend den drei möglichen Luftspaltändcrungen ohne Änderung
der minieren Relativlage des Schwebefahrzeuges gegenüber den Trag- und Führungsschienen, nämlich
erstens »Verwindung« um die Längsachse, zweitens »mittlerer Seitcnluftspalt« und drittens »Pfeilung«,
d. h. unterschiedliche Scitenluftspaluumme vorne und hinten, und daß die erste Signalspannung zur Bildung
der Zusatzspannung für die Tragmagnete und die Summe bzw. Differenz der /weilen und dritten Signalspannung
zur Bildung der Zusatzspannung für die vorderen bzw. hinteren Führungsmagnete dient.
Die Signalspannungsvei knüpfung ist durch folgende Gleichungen beschrieben:
»Verwindung« r
S1. = \ (S, - S, f X, - S4I
»Minierer Scilcnluftspall« in
Sn, = ' (S, + S„ + S, + SJ
(I7)
(IK)
»Pfeilung« ρ
S. =ϊ (S5 + S„ - S7 - S11)
(19) führt. Die Abstandsfühler für die Luftspalte sind der
Einfachheit halber nicht dargestellt.
Gemäß F i g. 3 werden nach einem ersten Ausrührungsbeispiel
die acht Abstandssignale S1 bis S8
Hieraus erfolgt die Stellgrößenmischung auf Grund 5 über eine Einrichtung 60 zur Meßwertverknüpfung
gemäß den folgenden Gleichungen zu fünf Regelgrößen zusammengefaßt:
folgender | Gleichungen | S1. | 4- K, ■ |
V* = | = V1 -\ | s, | 4 K1. ■ |
K2* = | = K2- | s,. | - K1- ■ |
Ki = | = K3H | s, | - K1 ■ |
K4* = | = K4- | S11, | |
K5* = | = K5 H | S11, | |
vt : | = K6 - | S111 | |
K7* = | = K7 - | S11, | |
K8* = | = K8 - | ||
-K11- | |||
hK„- | |||
-K11- | |||
hKF- | |||
γ K1 ■ | |||
h KF · | |||
h K1 · | |||
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
»Senken« ; S4 = ' (S1 4 S, 4 S, 4 S4) (1)
»Rollen« 7 S9 = ^ (S, - S2 - S3 4 S4) C)
»Nicken« Ii S„ = ' (-S1 - S2 4 S3 4 S4) (3)
»Schieben« τ S, = ' (-S5 4 S„ 4 S- - S8) (4)
»Gieren« T
= ^ < - S5 + S„ - S7 + S„) (5)
Hierbei bewirkt der Faktor K11 die Zugkraftstabilisierung
an den Tragmagneten, der Faktor K1 an den
Führungsmagneten.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Regelanordnungen läßt sich auch bei ungenauer Führung
der Trag- und Führungsschienen eine Schweberegelung für Magnetschwebefahrzeuge durchführen, die
ohne das Schwebefahrzeug verspannende Kräfte wirksam wird.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die zeichnerische Darstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten
Regelanordnung erläutert. Im einzelnen zeigt
F i g. 1 in perspektivischer Darstellung das Schwebefahrzeug mit seinen Trag- und Führungsschienen,
F i g. 2 einen Regelkreis gemäß dem Stande der Technik,
F i g. 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete Regelanordnung und
F i g. 4 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelanordnung.
Ein in F i g. 1 lediglich schematisch dargestelltes Schwebefahrzeug 4 weist symmetrisch zu seiner Längsachse
X angeordnete Tragmagnete 10, 11 und 12, 13 sowie symmetrisch zu seiner Querachse Y angeordnete
Führungsmagnete 20, 21 und 22, 23 auf. Den Trag- und Führungsmagneten sind als Winkelschienen
ausgeführte Trag- und Führungsschienen 40 und 41 zugeordnet, die in hier nicht dargestellter Weise auf
einer ebenfalls nicht dargestellten Trasse starr befestigt sind.
Das Schwebefahrzeug, dessen Antriebsvorrichtung nicht dargestellt ist, kann sich in fünf Freiheitsgraden
um seine Längsachse X, um seine Querachse Y und um seine Hochachse Z bewegen. Die Bewegungen des
Fahrzeuges um die Längsachse sind mit 9·, um die Querachse mit 9 und um die Hochachse mit ψ bezeichnet.
Ferner kann das Fahrzeug die Hebebewegung £ und die Schiebebewegung τ durchführen. Den einzelnen
Trag- und Führungsmagneten sind die den Luftspaltbreiten entsprechenden Abstandssignale S1
bis S8 zugeordnet.
In F i g. 2 ist ein zum Stande der Technik gehörender
Regelkreis, bestehend aus einem Schweberegler 50 und einem Stromstellglied 51. gezeigt, der z. B. über
den Luftspalt S2 zwischen dem Tragmagneten 10 und dem waagerechten Schenkel der Schiene 40 rück geführt
ist. Der vom Stromstellglied 51 gesteuerte Strom / wird der Erregerspule 25 des Tragmagneten 10 zugeDiese
fünf Regelgrößen werden über einen Heberegler 61, über einen Rollregler 62, einen Nickregler
63, einen Schieberegler 64 und einen Gierregler 65 zu fünf Stellgrößen V«, Vv, K8, V1, νφ umgeformrund über
eine Einrichtung 67 zu acht Stellsignalen K1 bis K8
verknüpft und den jeweiligen Trag- und Führungsmagneten 10,11,12,13,20,21,22 und 23 aufgeschaltet.
Nach einem zweiten in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird zusätzlich für jeden Trag- und Führungsmagneten eine die Magnetkraft unabhängig
von der Größe des Luftspaltes konstant haltende Zusatzspannung erzeugt. Dies geschieht unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß ein Ausgleich der
Kraftabhängigkeiten vom Luftspalt ~ und Spulenstrom
^t dann erzielbar ist, wenn unter Berücksichtigung des Gleichstromwiderstandes des jeweiligen
Trag- und Führungsmagneten die Erregerspannuni; gemäß der Gleichung
V* = V + K- IS (16)
gesteuert wird.
Diese Zugkraftstabilisierung ist mit der eingang' beschriebenen Meßwertmittelung kombinierbar, se
daß folgende Gleichungen gelten:
»Verwindung« r S1=I (S1 -S2+ S3-SJ
»Mittlerer Seitenluftspalt« m S1n= \ (S5 + Sh + S7 + S8)
»Pfeilung« ρ
(17)
(18)
(19)
Hieraus erfolgt die Stellgrößenmischung auf Grum folgender Gleichungen:
V* = V1 +KH-Sr
Vf = V2 - K„ ■ Sr
Vt = V, + K„ST
K = Ki - K11 ■ S,
(20) (21) (22) (23)
V* = V5 + K1 ■ S,„ + K, · S1, (24)
Κ* = V1 + K1-S111-K1-S1, (26)
l/8* = K8 + KF -Sn-Kr-S1, (27)
so daß die acht Abstandssignale S1 bis S8 des Magnetschwebefahrzeuges
4 zu fünf Regelgrößen verknüpft werden, die über fünf Regler 61 bis 65 zu Stellsignalen
verarbeitet und durch Stellgrößenmischung zu acht Stellsignalen umgeformt und den Trag- und Führungsmagneten
aufgeschaltet werden, wobei die ge-
nannten acht Abstandssignale S1 bis S8 zu drei weiteren
Signalspannungcn S1. S111. Sn verknüpft und mit dein
Faktor K11 für die Hebemagneten und K1. Tür die
Führungsmagneten — Schaltglieder 68, 69 und 70 — multipliziert werden, der aus dem Verhältnis der Kraftabhängigkeit
von Luftspalt und Spulenstrom unter Berücksichtigung des Ohmschen Spulenwiderslandes
der Erregerspulen der Trag- und Führungsmagnete gewonnen wird. Die so gewonnenen Zusatzspannun-,o
gen werden bei der Stellgrößenmischung Einrichtung 67 — den Stellsignalen K1 bis K8 aufgeschaltet,
vgl. auch Fi g. 4.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Regelanordnung zur abstandshaltenden magnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges
gegenüber Trag- und Führungsschienen mit am Fahrzeug symmetrisch zur Längs- und Querachse angeordneten gleichstromgespeisten
Tragmagneten und ebenso am Fahrzeug verteilten Führungsmagneten, wobei jedem Trag- bzw. Führungsmagnet
ein Abstandsfühler als Meßwertgeber für das Regelsystem zugeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einrichtung(60) vorgesehen ist, in der die acht Äbstandssignale (S1
bis S8) verknüpft werden zu fünf Regelgrößen (S4,
S.„ S9, Sx, S^,) entsprechend den fünf freiheitsgraden
der Fahrzeugbewegung »Senken« vertikal zur Fahrtrichtung, »Rollen« um die Fahrzeuglängsachse
(x), »Nicken« um die Fahrzeug-Querachse (>■), »Schieben« quer zur Fahrtrichtung und
»Gieren« um die Fahrzeug-Hochachse (Z), daß die Regelgrößen fünf Reglern (61 bis 65) zugeführt
sind und daß eine Einrichtung (67) vorgesehen ist.
in der die fünf Ausgangssignale (V.. ^'. l\. νψ) der
Regler zu acht Stellgrößen (V1 bis Vg) für die acht
Trag- bzw. Führungsmagnete (10 bis 13 und 20 bis 23) verknüpft werden, welche die Kräfte bzw.
Drehmomente in den entsprechenden Freiheit*- graden bewirken.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedem Trag- und FührungsmagnelendO
bis 13 und 20 bis 23) eine die Abhängigkeit der Magnetkraft von der Größe des
Lufispaltes kompensierende Zusatzspannung zugeführi
ist. deren Wert gebildet ist durch Multiplikation einer die jeweilige Luftspaltgrößc repräsentierenden
Signalspannung mit einem Faktor, der aus dem Verhältnis von Kraftabhängigkeit ·
vom Luftspalt ('-,Λ zu Kraftabhängigkeii vom
Spulenstrom ('-,) unter Berücksichtigung des
Ohmsehen Spulenwiderstandes gewonnen ist.
3. Regelanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß als die jeweiligen Luftspaltgrößen
repräsentierende Signalspannuimen drei Spannungen(S,., S111. S) dienen, die aus den Abstandssignalen
(S1 bis S8) durch Verknüpfung gebildet
sind entsprechend den drei möglichen Luftspaltänderungen ohne Änderung der mittleren Relativlage
des Schwebefahrzeuges (4) gegenüber den Trag- und Führungsschienen, nämlich erstens
»Verwindung« (S1.) um die Längsachse, zweitens »mittlerer Seitenluftspalt« (S111) und drittens »Pfeil"ng«
(Sp), d. h. unterschiedliche Seitenluftspaltsumme vorne und hinten, und daß die erste
Signalspannung (S1) zur Bildung der Zusalzspannung Tür die Tragmagnete (10 bis 13) und die
Summe bzw. Differenz der zweiten und dritten Signalspannung (S111 + S,, bzw. S111 - S1,) zur BiI-dung
der Zusatzspannung Rir die vorderen bzw
hinteren Führungsmagnetc(20, 21 bzw. 22. 23) dient.
Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung zur abstandshaltenden magnetischen Schweberührung eines
Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und Führungsschienen mit am Fahrzeug symmetrisch zur
Längs- und Querachse angeordneten gleichstromsespeisten Tragmagneten und ebenso am Fahrzeug
verteilten Führungsmagneten, wobei jedem Trag- bzw. Führungsmagnet ein Abstandsfühler als Meßwertgeber
für"das Regelsystem zugeordnet ist.
Bei bekannten Magnetschwebefahrzeugen werden die Magnetfelder durch Abstandssteuerorgane gesteuert,
die den jeweiligen Spalt zwischen Trag- und Führungsmagneten und den zugeordneten Schienen
messen und über elektrische Stromkreise die Erregerströme so steuern, daß bei einer vorgegebenen Spaltbreite die magnetischen Kräfte der Schwerkraft und
den Störkräften das Gleichgewicht halten, vgl. DT-PS 643 316.
Zum Konstanthalten der Luftspalte zwischen den Führungs- und Tragschienen und den vier Tragmagneten
und den vier Führungsmacenten dienen acht jeweils über den Luftspalt rückgeführte Regelkreise.
Wie die Praxis gezeigt hat. führt die Anordnung von je einem Regelkrei * je Magnet /u Schwierigkeiten
Ändert sich beispielsweise die Spurbreite der Schienen oder iiire Höhe gegenüber einer Referen/höhe. insbesondere
innerhalb des vom Fahrzeug eingenommenen Bereichs, so können starre Magnetaufhängung,
starres Fahrzeug und starre Schienen vorausgesetzt
aus geometrischen Gründen die gewünschten Luftspalte an allen acht Magneten nicht gleichzeitig eingehalten werden, über die Luftspaltrückführung führt dies /u erheblichen Unterschieden in den Spulenströmen der Trag- und Führungsmagnete. Im ungünstigsten Falle Kann dies dazu führen, daß nur zwei Tragmagnete die normalerweise auf vier Tragmagnete verteilte Last tragen müssen oder aber daß große, jedoch entgegengesetzt gerichtete seitliche Zugkräfte auf das Fahrzeug einwirken, die dieses verspannen. Die genannten Nachteile lassen sich nur zum Teil durch federnde Aufhängung der Trag- und Führungsmagnete oder durch ein elastisches Fahrzeug oder durch elastisch gelagerte Schienen beheben.
aus geometrischen Gründen die gewünschten Luftspalte an allen acht Magneten nicht gleichzeitig eingehalten werden, über die Luftspaltrückführung führt dies /u erheblichen Unterschieden in den Spulenströmen der Trag- und Führungsmagnete. Im ungünstigsten Falle Kann dies dazu führen, daß nur zwei Tragmagnete die normalerweise auf vier Tragmagnete verteilte Last tragen müssen oder aber daß große, jedoch entgegengesetzt gerichtete seitliche Zugkräfte auf das Fahrzeug einwirken, die dieses verspannen. Die genannten Nachteile lassen sich nur zum Teil durch federnde Aufhängung der Trag- und Führungsmagnete oder durch ein elastisches Fahrzeug oder durch elastisch gelagerte Schienen beheben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Regelanordnung der eingangs genannten Art anzugeben,
die unabhängig von auf Grund von Herstellungstoleranzen und auf Grund von atmosphärischen
Einflüssen auftretenden Unterschieden im gegenseitigen Abstand der Schienen und ihrer Höhe in bezug
auf eine Referenzhöhe sowie unabhängig von Fahrzeugtoleranzen geeignet ist, die Trag- und Führungskräfte möglichst gleichmäßig auf alle Trag- und
Führungsmagnete zu verteilen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Einrichtung vorgesehen ist. in der die
acht Äbstandssignale verknüpft werden zu fünf Regelgrößen entsprechend den fünf Freiheitsgraden der
Fahrzeugbewegung »Senken« vertikal zur Fahrtrichtung. »Rollen« um die Fahrzeuglängsachse. »Nicken«
um die Fahrzeug-Querachse, »Schieben« quer zur Fahrtrichtung und »Gieren« um die Fahrz.eug-Hoehachsc.
daß die Regelgrößen fünf Reglern zugeführt sind und daß eine Einrichtung vorgesehen ist. in der
die fünf Ausgangssign.ile der Regler zu acht Stellgrößen
für die acht Trag- bzw. Führungsmagnet verknüpft werden, welche die Kräfte bzw. Drehmomente
in den entsprechenden Frciheilsgradcn bewirken.
Durch eine solche Vcrbundregclung der acht Trag-
Durch eine solche Vcrbundregclung der acht Trag-
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2146499A DE2146499C3 (de) | 1971-09-17 | 1971-09-17 | Regelanordnung zur abstandshaltenden elektromagnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und Führungsschienen |
GB4005472A GB1401313A (en) | 1971-09-17 | 1972-08-29 | Method for controlling the energisation of the supporting and guiding electromagnets of a magnetically suspended vehicle |
FR7232861A FR2154069A5 (de) | 1971-09-17 | 1972-09-15 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2146499A DE2146499C3 (de) | 1971-09-17 | 1971-09-17 | Regelanordnung zur abstandshaltenden elektromagnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und Führungsschienen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2146499A1 DE2146499A1 (de) | 1973-03-22 |
DE2146499B2 DE2146499B2 (de) | 1975-02-20 |
DE2146499C3 true DE2146499C3 (de) | 1975-09-25 |
Family
ID=5819835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2146499A Expired DE2146499C3 (de) | 1971-09-17 | 1971-09-17 | Regelanordnung zur abstandshaltenden elektromagnetischen Schwebeführung eines Schwebefahrzeuges gegenüber Trag- und Führungsschienen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2146499C3 (de) |
FR (1) | FR2154069A5 (de) |
GB (1) | GB1401313A (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0689778B2 (ja) * | 1986-01-24 | 1994-11-14 | 株式会社東芝 | 非接触位置決め装置 |
DE19622699A1 (de) * | 1996-06-05 | 1997-12-11 | Krauss Maffei Ag | Regeleinrichtung und -verfahren für Motoren |
CN109080497B (zh) * | 2018-08-06 | 2020-04-28 | 江西理工大学 | 悬挂式磁悬浮列车的多点协同导向控制系统 |
-
1971
- 1971-09-17 DE DE2146499A patent/DE2146499C3/de not_active Expired
-
1972
- 1972-08-29 GB GB4005472A patent/GB1401313A/en not_active Expired
- 1972-09-15 FR FR7232861A patent/FR2154069A5/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2154069A5 (de) | 1973-05-04 |
GB1401313A (en) | 1975-07-16 |
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DE2146499B2 (de) | 1975-02-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |