DE2639870A1 - ROTOR PAIR FOR SCREW MACHINES - Google Patents
ROTOR PAIR FOR SCREW MACHINESInfo
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Description
Erfinden Dieter Mosemann; B^.rfin Berlin, den 14*6.76Inventing Dieter Mosemann; B ^ .rfin Berlin, 14 * 6.76
Z,-Bevollmächtigts Patenting. Ullrich ächeffierZ, Authorized Patenting. Ullrich Acheffier
Die Erfindung betrifft ein Rotorpaar füe eine Schraubenmasehine zum Komprimieren oder Expandieren eines kompreasiblen Arbeitsmediums.The invention relates to a pair of rotors for a screw machine for compressing or expanding a compressible working medium.
Eine Schraubenmaschine hat im allgemeinen ein Gehäuse mit einem Arbeitsraum mit Hochdruck- und Niederdrucköffnungen, denen sich ein Hochdruck- und ein Niederdruckraum anschließen. Der Arbeiteraum wird durch mindestens zwei einander schneidende Bohrungen mit parallelen Achsen gebildet. In diesen Bohrungen sind zusammenkämmende Haupt- und Nebenrotoren angeordnet, die schraubenlinienförmig verlaufende ineinandergreifende Kämme und Nuten aufweisen. Beim Hauptrotor sind zumindest die Hauptteile der Kamme und Nuten außerhalb des Teilkreises angeordnet und weisen im wesentlichen eine konvexe Form auf, wogegen beim Nebenrotor zumindestens die Hauptteile der Kämme und Nuten innerhalb des Teilkreises angeordnet sind und im wesentlichen eine konkave Form aufweisen.A screw machine generally has a housing with a working space with high pressure and low pressure openings, which are located Connect a high pressure and a low pressure chamber. The work space is created by at least two intersecting holes formed with parallel axes. In these bores, meshing main and secondary rotors are arranged, which are helical have running interlocking ridges and grooves. In the main rotor, at least the main parts are the combs and grooves arranged outside the pitch circle and have a substantially convex shape, whereas at least the main parts of the secondary rotor the ridges and grooves are arranged within the pitch circle and have a substantially concave shape.
Die im Eingriff stehenden, von den Zahnteilen und der Umfangswandung des Arbeiteraumes gebildeten Zahnlückenräumen bilden v-förmige Arbeit skammern, die am Basisende durch eine stationäre Normalebene zu den Rotoren begrenzt werden, wobei sich die mit dem Saugraum in Verbindung stehenden vor dem Zahneingriff befindlichen Arbeitskammern bei Drehung der Rotoren um ihre Achsen vergrößern und die hinter dem Zahneingriff befindlichen Arbeitskammern verkleinern» Jede dieser v-förmigen Arbeitskammern umfaßt einen Teil einer Nut des Hauptrotors und einen Teil einer Nut des Nebenrotors. Jeder Hutteil des Nebenrotors, der jeweils einen Schenkel einer v-förmigen Arbeitskammer Jaildet, hat eine hintere erste Flanke, welche der hochdruckseitigen Gehäusestirnwand zugewandt ist und eine vordere zweite Flanke, welche der niederdruckseitigen Gehäusestirnwand zugeandt ist*The ones in engagement from the tooth parts and the peripheral wall Tooth gap spaces formed in the work space form V-shaped work chambers that close at the base end through a stationary normal plane the rotors are limited, with the working chambers that are in communication with the suction chamber and are located before the meshing of the teeth when the rotors rotate about their axes and those behind the Reduce the meshing working chambers »Each of these V-shaped working chambers comprises part of a groove of the main rotor and part of a groove of the secondary rotor. Each hat part of the secondary rotor, each one leg of a V-shaped working chamber Jailden, has a rear first flank, which faces the high-pressure side housing end wall and a front second flank, which is the housing end wall on the low-pressure side is assigned *
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Es sind verschiedene Arten von JFlankenprofilen bekannt. Die Form des Plankenprofils beeinflußt die Betriebscharakteristik einer Schraubenrοtormaschine«Various types of flank profiles are known. Form of the plank profile affects the operating characteristics of a Screw rotor machine «
Bekannt sind symmetrische.profilierte Zahnflankenkonturen and Zahnflankenkonturen, bei denen in der Normalebene zu den Rotordrehachsen, Stirnschnitt genannt, für die erste und zweite Zahnflanke verschiedene Profilformen verwendet werden, so daß sich unsymmetrische Profile ergeben·Symmetrical, profiled tooth flank contours and tooth flank contours are known, where in the normal plane to the rotor axes of rotation, Called face cut, different profile shapes are used for the first and second tooth flank, so that asymmetrical profiles result·
Als Konturen werden Teilstücken von Zykloidenkurven, im weitesten Sinne, Kreisbögen und Ellipsen angewendet.Sections of cycloid curves, in the broadest sense, circular arcs and ellipses are used as contours.
Die Profilform des mit dem Nebenrotor zusammenkämmenden Hauptrotors ist so gestaltet, daß Haupt- und Nebenrotorflenken dichtend zusammenwirken. Als bekannte symmetrische Profile sind das Kreisbogenprofil, das Zykloidenprofil, das wanderpunkterzeugte Profil und das Ellipsenprofil zu nennen.The profile shape of the main rotor meshing with the secondary rotor is designed in such a way that the main and secondary rotor flaps work together to form a seal. Well-known symmetrical profiles are the circular arc profile, the cycloid profile, the migration point generated profile and the To call elliptical profile.
Das Kreisbogenprofil weist die NachteileThe circular arc profile has the disadvantages
keine vollständige axiale Abdichtung zwischen den v-förmigen Arbeitskammern
durch das Vorhandensein eines Blasspaltes, bei Kreisbogenprofil ohne Zahnkopfteil außerhalb des Nebenrotorteilkreises
kein Drehmoment am Nebenrotor; dadurch sind Drehschwingungen des Nebenrotors möglich,
relativ kleines theoretisches Pördervolumen,
schlagartiges Entleeren der v-förmigen Arbeitskammern bei Verwendung des Profiles in Schraubenkompressoren,
Empfindlichkeit gegen Beschädigungen der Nebenrotorflanken am Teilkreis, da das zur Verschlechterung der Abdichtung zwischen Hochdruck-
und Niederdruckseite im Bereich des Sohlenteiles der Nut des Haupt-■
rotors führt,
geringe Zahnfußfestigkeit des Nebenrotors,no complete axial sealing between the V-shaped working chambers due to the presence of a blow gap, with a circular arc profile without a tooth tip part outside the secondary rotor pitch circle, no torque on the secondary rotor; this allows torsional vibrations of the secondary rotor,
relatively small theoretical Pördervolumen, sudden emptying of the v-shaped working chambers with the use of the profile in screw compressors, sensitivity to damage of the female rotor flanks at the pitch circle, since the deterioration of the seal between high and low pressure side in the region of the sole portion of the groove of the H a UPT ■ rotors leads,
low tooth root strength of the secondary rotor,
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Beim Zykloidenprofil sind die NachteileWith the cycloid profile, there are the disadvantages
lange Kontaktlinie zwischen Haupt- und Nebenrotor im Profileingriff der Zahnflanken; daher große Iieckmengei» zwischen Hochdruck- und Niederdrückten der Schraubenrotormaschine, Empfindlichkeit gegen Beschädigungen der Planken an den Profilerzeugungspunkten, da dann Dauerleckage zwischen Hochdruck- und Hiederdruckseite des Verdichters auftritt und sich der Volumenausnutzungsgrad verschlechtert,long contact line between main and secondary rotor in profile engagement the tooth flanks; hence a large amount of triangle between high pressure and depression of the screw rotor machine, sensitivity to damage to the planks at the profile creation points, since then permanent leakage occurs between the high pressure and low pressure side of the compressor and the volume utilization rate changes worsened,
Empfindlichkeit gegen Abweichung von der Achsparallelität der Rotoren durch große «*iale Überdeckung der Kontaktlinie zwischen den Rotoren,Sensitivity to deviations from the axis parallelism of the rotors due to the large "ial overlap of the contact line between the Rotors,
höchste technologische Anforderungen an die Konturgenauigkeit der Zahnflanken zur Gewährleistung eines guten Volumenausnutzungskoeffizienten, highest technological requirements for the contour accuracy of the tooth flanks to ensure a good volume utilization coefficient,
Profilpunkte kommen bei hoher Relativgeschwindigkeit in abdichtende Fähe zueinander, daher ist bei Flankenberührung immer die Gefahr des "Fressens" vorhanden,Profile points come into sealing at high relative speeds Approach each other, so there is always the risk of "scuffing" when touching the flank,
schlecht oder nicht entleerbare eingeklemmte Volumen durch axiale Überlappung der Kontaktlinie der Rotoren, geringe Zahnfußfestigkeit der Zahnflanken des Nebenrotors, negatives Drehmoment am Nebenrotor,Trapped volumes that cannot be emptied or cannot be emptied due to the axial overlap of the contact line of the rotors, low tooth root strength of the tooth flanks of the secondary rotor, negative torque on the secondary rotor,
große Krümmungsunterschiede miteinander kämmender Haupt- und Nebenrot orzahnflanken, deshalb ungünstige Eingriffsverhältnisse bei Schraubenrotormasehinen oder Synchronisierungsgetriebe,large differences in curvature of combing main and secondary red tooth flanks, therefore unfavorable engagement conditions in screw rotor machines or synchronizing gears,
zu nennexip to nennexip
Das iymaetrische wanderpunkterzeugte Profil besitzt nachteilig einen großen Blasspalt und ein kleines theoretisches Fördervolumen.The iymaetric migration point generated profile disadvantageously has a large blowing gap and a small theoretical delivery volume.
Als unsymmetrische Profilformen an den Zahnflanken der Schraubenrotoren sind bisher Kombinationen von Kreiebogenprofil und Zykloidenprofil, von wanderpunkterzeugtem Profil, dessen Konturteil im wesentlichen außerhalb des Kreisbogenprofilradius angeordnet ist und Zykloide oder andere Konturen, die im wesentlichen innerhalb des Kreisbogenprofilradius angeordnet sind, bekannt« Die jeweils an erster Stelle genannten Profilteile, wie die Zykloide, sind als erste Zahnflanke ausgebildet»As asymmetrical profile shapes on the tooth flanks of the screw rotors are so far combinations of circular arc profile and cycloid profile, of profile generated by migration point, the contour part of which is arranged essentially outside the circular arc profile radius and Cycloids or other contours which are essentially arranged within the circular arc profile radius are known " The profile parts mentioned in the first place, such as the cycloid, are designed as the first tooth flank »
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Die Nachteile der bekannten unsymmetrischen Profile sind die geringe Zahnfußfestdgkeit und die 'Empfindlichkeit des Zykloldenprofils gegen Beschädigungen. Darüber hinaus besitzen die bekannten unsymmetrischen Profile lange Kontaktlinien zwischen den Rotoren, die den Liefergrad verschlechtern» Bei der ersten Zahnflanke kommen einerseits Profilteile mit hoher Relativgeschwindigkeit nachteilig in abdichtende Nähe zueinander, und andererseits besitzen diese miteinander zusammenwirkenden Plankenteile von Haupt- und Nebenrotors eine schmierungstechnisch ungünstige Form, so daß der Schmierfilm an den Zahnflanken besonders bei Schraubenverdichter, mit Nebenrotorantrieb, bei dem die erste Zahnflanke zur Drehmomentenübertragung benötigt wird, abgesteift wird·The disadvantages of the known asymmetrical profiles are that they are small Tooth root strength and the sensitivity of the cyclone profile against damage. In addition, the well-known asymmetrical profiles have long contact lines between the rotors, which worsen the degree of delivery »Come on the first tooth flank on the one hand, profile parts with high relative speed are disadvantageous in sealing proximity to each other, and on the other hand, they have each other cooperating plank parts of the main and secondary rotors have an unfavorable form in terms of lubrication technology, so that the lubricating film on the tooth flanks, especially in screw compressors with auxiliary rotor drive, where the first tooth flank is required for torque transmission, is stiffened
Ziel der Erfindung ist es, ein Profil für Schraubenrotoren zu schaffen, das diese Nachteile beseitigt»The aim of the invention is to create a profile for screw rotors, that eliminates these disadvantages »
Erfindungsgemäß ist ein Teil der mit der ersten Zahnflanke des Nebenrotors zusammenwirkenden Zahnflanke des Hauptroto?s vom radial äußersten Punkt des Hauptrotors beginnend mit einem Teilstück einer Ellipsenkurve ausgestattet, der sich eine vom Schnittpunkt der ersten Zahnflanke des Nebenrotors mit dem Teilkreis des Nebenrotors erzeugtes Kurventeilstück anschließt. Die erste Zahnflanke des Nebenrotors ist die zu dem an der Hauptrotorzahnflanke angeordneten Ellipsenprofil gehörende Hüllkurve«According to the invention, a part is the one with the first tooth flank of the secondary rotor cooperating tooth flank of the main rotor from the radial outermost point of the main rotor beginning with a section of an elliptical curve that extends from the intersection of the first Tooth flank of the secondary rotor connects to the pitch circle of the secondary rotor generated curve segment. The first tooth flank of the secondary rotor is that of the one arranged on the main rotor tooth flank Envelope curve belonging to the ellipse profile "
Ein wesentliches Teilstück .der zweiten Zahnflanke des Nebenrotors ist vom radial innersten Punkt der NebenrotorZahnlücke beginnend als Teilstück einer Hyperbelkurve ausgestattet und ist Hüllkurve zu einem wesentlichen Teil der mit der zweiten Nebenrotorzahnflanke zusammenwirkenden ,Haüptrot or zahnflanke.An essential part of the second tooth flank of the secondary rotor is starting from the radially innermost point of the secondary rotor tooth gap as a section equipped with a hyperbolic curve and is an envelope curve to an essential part of the interacting with the second secondary rotor tooth flank , Main red or tooth flank.
Die Erzeugungskurven in einer Normalebene zu den Rotordrehachsen für die Ellipsenkontur am Hauptrotorzahn und die dazugehörige Hüllkurve am Nebenrotorzahn sind durch folgende Gleichungen bestimmt}The generation curves in a plane normal to the rotor axes of rotation for the elliptical contour on the main rotor tooth and the corresponding envelope curve on the secondary rotor tooth are determined by the following equations}
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Für die Profilform am Hauptrotor X1 = d + a * cos ψ Y1 a b · sin ψ For the profile shape on the main rotor X 1 = d + a * cos ψ Y 1 ab · sin ψ
Für die Profilform am NebenrotorFor the profile shape on the secondary rotor
X2 = ~A · cos (i21 'J8O + d · cos (k *f) + a •-cos^'· cos (k ·/*) -b . siny· sin (k·^);X 2 = ~ A · cos (i 21 'J 8 O + d · cos (k * f) + a • -cos ^' · cos (k · / *) -b. Siny · sin (k · ^);
Y2 » -A · sin (I21 ./9 + d · sin (k-y>) + a · cosV· sin (k *f) + f i? -^*#X Cf ' COS C * ' fJ Y 2 »-A · sin (I 21 ./9 + d · sin (ky>) + a · cosV · sin (k * f) + fi? - ^ * # X Cf 'COS C *' fJ
Die Winkel Lf und f unterliegen einer notwendigen Abhängigkeit (Bedingung für Hüllkurve)The angles Lf and f are subject to a necessary dependency (condition for envelope curve)
Die Verbindungsgleichung zwischen V und ψ lautet: -r- · b · sixif· cosy^ (a - b2) · sin^* oosf^ a · d The connection equation between V and ψ is: -r- b sixif cozy ^ (a - b2) sin ^ * oosf ^ a d
* sin φ -r-j · a · cos/*· siny-=* sin φ -rj · a · cos / * · siny- =
Die Erzeugungskurve der Hyperbel an der zweiten Zahnflanke des Nebenrotors ist in einer Hormalebene zu den Drehachsen der Rotoren durch die GleichungenThe generation curve of the hyperbola on the second tooth flank of the secondary rotor is in a normal plane to the axes of rotation of the rotors through the equations
y2 β b-j ♦ tan V1 bestimmt.y 2 β bj ♦ tan V 1 is determined.
Die mit dem Hyperbelteil zusammenwirkende Flankenkontur des Hauptrotors ist durch die GleichungenThe flank contour of the main rotor that interacts with the hyperbolic part is by the equations
X1 a A β cos)"1- Ca1 · cos k · γ + bi · sint/'.j ♦ sin kX 1 a A β cos) " 1 - Ca 1 · cos k · γ + bi · sint / '. J ♦ sin k
Y1 = A * Blnf- (a-j · sin k * f + b-j · 3±ηψ^ · cos k bestimmt·Y 1 = A * Blnf- (aj sin k * f + bj 3 ± ηψ ^ cos k determined
Nur γ oder ^- sind frei wählbar. Zwischen beiden Parametern besteht die BeziehungOnly γ or ^ - are freely selectable. There is a relationship between the two parameters
A · a-j · sin ψ^ · cos i21 · f + A · b-| . sin i2i * f*- kA aj sin ψ ^ cos i 21 f + A b- | . sin i2i * f * - k
• (a2 + b2) »o• (a 2 + b2) »o
In den angeführten Gleichungen bedeutenIn the equations given, mean
X^ , Υ·| Koordinatensystem des Hauptrotors mit seinem Ursprung im Drehpunkt des Hauptrotors. Die Abszissenachse zeigt zum Nebenrotor.X ^, Υ · | Coordinate system of the main rotor with its origin in the pivot point of the main rotor. The abscissa axis points to the secondary rotor.
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263987Q263987Q
Y2 , X2 Koordinatensystem des Hebenrotors mit seinem UrsprungY 2 , X 2 coordinate system of the lifting rotor with its origin
im Drehpunkt des liebenrot or s. Die Abszissenachse hat die gleiche Sichtung wie X-j.at the fulcrum of the love red or s. The axis of abscissas has same sighting as X-j.
a « k 1 · ra «k 1 · r
b β k 2 · rb β k 2 r
d = r1 + r - ad = r 1 + r - a
k 1 , k 2 - Koeffizienten (> 0)k 1, k 2 - coefficients (> 0)
x^ - halber Teilkreisdurchmesser des Hauptrotors x ^ - half the pitch circle diameter of the main rotor
r - ideeller Profilradiusr - ideal profile radius
A β r-j + r2 - Achsabstand der RotorenA β rj + r 2 - center distance of the rotors
r2 - halber Teilkreisdurchmesser des Nebenrotorsr 2 - half the pitch circle diameter of the secondary rotor
(^1 , q/ - Profilwinkel(^ 1 , q / - profile angle
ψ - Drehwinkel des Hauptrotors ψ - angle of rotation of the main rotor
±2i * xi/r2 ** tibersetzungsverhältnis der Rotoren ± 2i * x i / r 2 ** transmission ratio of the rotors
r2 - halber Teilkreisdurchmesser des Nebenrotorsr 2 - half the pitch circle diameter of the secondary rotor
k = 1 +121 k = 1 +1 21
a^ « r2 - r a ^ «r2 - r
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Profiles sind die Erhöhung der Zahnfußfestigkeit des Nebenrotors und die Verkürzung der Kontaktlinie zwischen Haupt- und Nebenrotor, wodurch die Querabdichtung zwischenThe advantages of the profile according to the invention are the increase in the tooth root strength of the secondary rotor and the shortening of the contact line between main and secondary rotor, which creates the transverse seal between
Hochdruck- und Niederdruckteil des Verdichters Verbessert wird» Weitere Vorteile sindHigh pressure and low pressure part of the compressor is improved » Other advantages are
weitestgehende axiale Abdichtung des Profiles zwischen den v-förmigen
Arbeitekammern.,
positives Drehmoment am Nebenrotor,
größeres theoretisches fördervolumen,As far as possible axial sealing of the profile between the V-shaped working chambers.,
positive torque on the secondary rotor,
larger theoretical funding volume,
allmähliches Entleeren der v-förmigen Arbeitskammern gegen Ende des Außschubvorgange3 bei Einsatz der Schraubenrotormaschine als Verdichter,Gradual emptying of the V-shaped working chambers towards the end of the Extension processes3 when using the screw rotor machine as a compressor,
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bei Beschädigungen an den Zahnflanken entstehen zumeist nur punktförmige löcher, so daß die Querabdichtung bei Flankenbeschädigungen gewährleistet wird,if the tooth flanks are damaged, only punctiform occurs holes so that the transverse seal in the event of flank damage it is guaranteed
die miteinander wirkenden Plankenteile der ersten und zweiten Zahnflanke weisen weitestgehend Konturteile mit geringen Krümmungsunterschieden auf, so daß sich günstige Pressungs- und damit günstige Kraftübertragungsverhältnisse am Profil einstellen und der Schmierfilm erhalten bleibt.the interacting plank parts of the first and second tooth flanks largely have contour parts with slight differences in curvature on, so that favorable compression and thus favorable power transmission conditions are set on the profile and the lubricating film preserved.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert;The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment;
Die Figur zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Schraubenrotorprofiles senkrecht zu den Drehachsen der Rotoren 1 und 2. Der Hauptrotor 1 besitzt eine erste Zahnflanke 3, die mit einer ersten Zahnflanke 4 des Nebenrotors 2 zusammenwirkt und eine zweite Zahnflanke 5, die mit der zweiten Zahnflanke 6 des Nebenrotors zusammenwirkt. Die hintere erste Flanke 4 der Nut 7 des liebenrotors 2 ist der hochdruckseitigen Stirnwand zugewandt. Die vordere zweite Flanke 6 der !Tut 7 des liebenrotors 2 ist der niederdruckseitigen Stirnwand zugewandt ρ Das Profil der mit der ersten Flanke 4 des liebenrotors 2 zusammenwirkenden Sahnflanke 9 des Hauptrotors 1 ist vom radial äußersten Punkt 10 des Hauptrotorzahnes 11 beginnend mit einem Teilstück einer Ellipsenkurve ausgestattet, der sich eine vom Schnittpunkt 12 der ersten Zahnflanke 4 des liebenrotors 2 mit dem Teilkreis 13 des Nebenrotors 2 erzeugtes Kurvenstück 14 anschließt. Die erste Zahnflanke 4 des liebenrotors 2 ist die zu dem an der Haupt rot or ζ ahnflanke 9 angeordneten Ellipsenprofil gehörende Hüllkurve· Ein wesentliches Teilstück der zweiten Zahnflanke 6 des Nebenrotors ist vom radial innersten Punkt 8 der NebenrotorZahnlücke beginnend als Teilstück einer Hyperbelkurve ausgestattet und ist Hüllkurve zu einem wesentlichen Teil der mit der zweiten Nebenrotorzahnflanke 6 zusammenwirkenden Hauptrotorzahnflanke 15.The figure shows a section of a screw rotor profile according to the invention perpendicular to the axes of rotation of the rotors 1 and 2. The main rotor 1 has a first tooth flank 3, which with a first tooth flank 4 of the auxiliary rotor 2 cooperates and a second tooth flank 5, which cooperates with the second tooth flank 6 of the auxiliary rotor. The rear first flank 4 of the groove 7 of the love rotor 2 is the high-pressure side Front wall facing. The front second flank 6 of the Tut 7 of the love rotor 2 faces the end wall on the low-pressure side ρ The profile that interacts with the first flank 4 of the love rotor 2 The cream flank 9 of the main rotor 1 is starting from the radially outermost point 10 of the main rotor tooth 11 with a section equipped with an elliptical curve, which is one of the intersection 12 of the first tooth flank 4 of the love rotor 2 with the pitch circle 13 of the Secondary rotor 2 generated curve piece 14 connects. The first tooth flank 4 of the love rotor 2 is the one on the main red or ζ ahnflanke 9 Envelope curve belonging to the arranged elliptical profile · An essential part of the second tooth flank 6 of the secondary rotor is starting from the radially innermost point 8 of the secondary rotor tooth gap as Part of a hyperbolic curve and is an envelope curve to an essential part of the cooperating with the second secondary rotor tooth flank 6 Main rotor tooth flank 15.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |