EP1279774A1 - Method for managing cascade waves in sewer networks - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for KS K askaden- S chwall management of sewer networks, in which the sewer lines running in the direction of flow can be laid flat below the quickly movable control systems to be arranged in the form of weirs, slides, etc., without the further pipe diameter D
- the control of the usable hydrostatic pressure heights H SD to be activated above the drain apex of the accumulated cascade volumes via the control systems with a corresponding pressure line slope J D is used.
- the cross-sections of the sewer system should be designed so that a predetermined amount of water can theoretically flow out when the pipe is at the apex.
- the available cross-section of the tube is fully utilized without the Line overpressure arises.
- deposits, and thus unpleasant odors can occur, especially at night when there are lower outflows in mixed and dirty water systems, as well as in larger channels with correspondingly reduced partial fillings.
- Subsequent rinsing pulses with correspondingly higher inflow quantities from rainwater, especially with mixing systems, can impair the operation of the sewage treatment plant.
- the present invention has therefore set itself the task of reducing the KS K askaden- S chwall management for existing and planned sewerage systems for the reduction of investment and subsequent costs thereby greatly in which compared to the previous design practice, the necessary inclination for controlled and time clocked derivative of Q max not be implemented via a necessary bottom slope J S , but this is more optimally achieved by an at least adequate pressure line slope J D via control systems such as weir and slide systems etc. in the discharge area of cascade volumes to be defrosted with the associated water level layers WSP to be activated.
- the maximum design pressure H SD to be activated is the respective design limit of the control systems, the weir the stroke or the slide the maximum height of the insert position.
- H SD Stroke (D + h red ) + J s - J red L
- Fig. 1 shows a sketch of the structural relationships in one
- Print line [4] pent up.
- a programmed surge wave [25] with an associated pressure line [4] and the surge height [24] to be activated can be generated, which causes a corresponding surge wave flattening [26] according to the route length [31] .
- a possible activation of the pressure height [3] via the discharge apex [1] below the control system [30 ] enables a reduction in the slope of the sole [29] , which does not increase in size in the form of a gradient difference [9] with the same discharge capacity of the pipe diameter [20] must lead.
- the pumping station [18] to be arranged at the low point at the end of the flatter canal route [15 ] is therefore in the Location with a reduced delivery head FH [7] to pump up the incoming free-level feed [8] into another cascade [16] .
- FIG. 2 shows a sketch with two sewer lines [15] connected in series, in each of which a further control system [30] is arranged.
- additional cascade volumes KV [17] in the upstream sewer pipe [14] of the control system [30] are activated.
- the intermediate pump station [18] corresponds functionally to the conditions of the last sentence from Fig. 1.
- the additional arrangement of, for example, another control system [30] in the sewer route [15] makes it clear that further pressure heights H SD [3] can be used for management and optimization in the sense of the method for sewer networks [13] .
- the delivery heights FH [7] to be reduced for the pumping stations [18] and the variable pressure line gradient J D [5] within the route lengths [31] that can be activated in a variety of ways are illustrated.
- Fig. 3 shows a diagram with the evaluation of a water level-runoff relationship on the basis of the previous dimensioning instructions ⁇ 5 ⁇ according to the recognized rules of technology in comparison with the method according to the invention.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur KS Kaskaden-Schwall Bewirtschaftung von Kanalisationsnetzen, bei denen die in Fließrichtung verlaufenden Kanaltrassen unterhalb von anzuordnenden, schnell verfahrbaren Steuerungsanlagen in Form von Wehren, Schiebern usw. flacher verlegt werden können, ohne daß die weiterführenden Rohrdurchmesser D bei gleicher Ablaufleistung größer dimensioniert werden müssen, da zum Ausgleich des zu reduzierenden Sohlgefälles J s die Aussteuerung der nutzbaren, oberhalb der Ablaufscheitel zu aktivierenden hydrostatischen Druckhöhen H SD der eingestauten Kaskadenvolumen über die Steuerungsanlagen mit einem entsprechenden Druckliniengefälle J D genutzt werden. Die weitere Optimierung der Kanalnetzbewirtschaftung durch den Einsatz von hydraulisch verfahrbaren bis zu 10 m/min schnellen Wehren {6} und Schiebersystemen {7} soll durch das vorgestellte Verfahren zur möglichen Reduzierung der Investitions- und Folgekosten wesentlich verbessert werden. Den derzeitigen Stand der Technik wird durch das nachfolgende Literaturverzeichnis wiedergegeben.The present invention relates to a method for KS K askaden- S chwall management of sewer networks, in which the sewer lines running in the direction of flow can be laid flat below the quickly movable control systems to be arranged in the form of weirs, slides, etc., without the further pipe diameter D For the same drainage capacity, larger dimensions have to be used, since to compensate for the bottom slope J s to be reduced, the control of the usable hydrostatic pressure heights H SD to be activated above the drain apex of the accumulated cascade volumes via the control systems with a corresponding pressure line slope J D is used. Further optimization of the sewer network management through the use of hydraulically movable up to 10 m / min fast weirs {6} and slide systems {7} is to be significantly improved by the presented procedure for the possible reduction of the investment and follow-up costs. The current state of the art is given in the following bibliography.
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{1} Dohmann M., Weyand M.
Analyse und Klassifizierung lokaler Steuerungseinrichtungen in Kanalisationen RWTH Aachen 1990 Heft 117{1} Dohmann M., Weyand M.
Analysis and classification of local control devices in sewer systems RWTH Aachen 1990 issue 117 -
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Das Mischsystem mit seinen bisherigen Unzulänglichkeiten und Trendwende zur MSR-Kaskaden und Entlastungstechnik
Korrespondenz Abwasser 7/95{2} Weikopf M.
The mixing system with its previous shortcomings and trend reversal towards the MSR cascade and relief technology
Correspondence sewage 7/95 -
{3} Weikopf M.
Die KSE Kaskaden-, Schwall- und Entlastungstechnik als Optimierungsmöglichkeit zukunftsorientierter Mischsysteme
Vortrag zum 5. Chinesisch - Deutschen Umweltsymposium
Guangzhou Juni 1997{3} Weikopf M.
The KSE K askaden-, S and E chwall- ntlastungstechnik as a possibility for optimization of future-oriented mixing systems
Lecture on the 5th Chinese - German Environment Symposium
Guangzhou June 1997 -
{4} Weikopf M.
Kanalnetzbewirtschaftung mit der Kaskaden-, Schwall- und Entlastungstechnik Grundlagen der KSE-Technik und Prozeßsteuerung
VDI/DMA Fachtagung am 22./23.11.1999 in Langen{4} Weikopf M.
Sewer network management with cascade, surge and relief technology Fundamentals of KSE technology and process control
VDI / DMA conference on November 22/23, 1999 in Langen -
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Tabellen zur Berechnung von Steinzeugrohren nach Prandtl-Colebrook Fachverband Steinzeugindustrie e.V.{5} Uecker KJ
Tables for the calculation of stoneware pipes according to Prandtl-Colebrook Fachverband Steinzeugindustrie eV -
{6} Weikopf M.
DE 36 16 418
Steuerbares Wehr zum Spülen von Kanalisationsanlagen bzw. Verfahren zur Abflußverzögerung{6} Weikopf M.
DE 36 16 418
Controllable weir for flushing sewer systems and processes for delayed drainage -
{7} Weikopf M.
EP 0 918 113
Schiebersystem zur kontinuierlichen Aussteuerung{7} Weikopf M.
EP 0 918 113
Slider system for continuous control
Nach den bisher gängigen Verfahren zur Dimensionierung von Kanalrohren {5} geht man davon aus, die Querschnitte der Kanalisation so auszulegen, daß eine vorgegebene Wassermenge theoretisch bei Scheitelfüllung des Rohres abfließen kann. Es wird der zur Verfügung stehende Querschnitt des Rohres voll ausgenutzt, ohne daß in der Leitung Überdruck entsteht. Darüber hinaus können insbesondere nachts bei geringeren Abflüssen in Misch- und Schmutzwassersystemen, sowie in größeren Kanälen bei entsprechend reduzierten Teilfüllungen Ablagerungen und damit Geruchsbelästigungen auftreten. Anschließende Spülstöße bei entsprechend höheren Zulaufmengen aus Regenwasser, insbesondere bei Mischsystemen können den Betrieb der Kläranlage beeinträchtigen.According to the previously common methods for dimensioning sewer pipes {5}, it is assumed that the cross-sections of the sewer system should be designed so that a predetermined amount of water can theoretically flow out when the pipe is at the apex. The available cross-section of the tube is fully utilized without the Line overpressure arises. In addition, deposits, and thus unpleasant odors, can occur, especially at night when there are lower outflows in mixed and dirty water systems, as well as in larger channels with correspondingly reduced partial fillings. Subsequent rinsing pulses with correspondingly higher inflow quantities from rainwater, especially with mixing systems, can impair the operation of the sewage treatment plant.
Die wesentlichsten Investitionskosten beim Bau von Kanalisationsnetzen werden nicht durch Lieferung und Verlegung der Rohrsysteme verursacht, sondern maßgebend sind vielmehr die aus der notwendigen Tiefenlage herzuleitenden Kostenanteile aus Aushub, Verbau, Wasserhaltung und Sonderbauwerke wie Pumpstationen, Kurvenbauwerke, Schächte usw., nebst den zugehörigen technischen Ausrüstungen. Wesentliche Problempunkte der Abwasserkanalisation sind nach wie vor der Themenbereich Sedimentation und Geruchsbelästigung mit der daraus resultierenden Schwefelwasserstoffkorrosion, denn zum Beispiel gehört eine kontinuierliche, automatisierte Belüftung von Kanalisationssystemen bisher nicht zur Regel der Technik, da diesbezügliche Investitions- und Folgekosten als nicht tragbar erscheinen. Die anfallenden Betriebskosten zur Unterhaltung der Kanalisationsnetze, sowie die Problematik von Rohrsanierungen unter Betrieb rücken immer mehr in den Vordergrund, schon aus diesen Gründen ist es unausweichlich, die Möglichkeiten der Kanalnetzbewirtschaftung zu nutzen, damit in Zukunft der stetige Kostenanstieg bei den Abwassergebühren wesentlich flacher verläuft.The most important investment costs in the construction of sewage networks are not caused by the delivery and laying of the pipe systems, but rather the decisive factors are the costs of excavation, shoring, water drainage and special structures such as pumping stations, curve structures, shafts etc. derived from the necessary depth, as well as the associated technical equipment , The main problem areas of wastewater sewerage are still the topic of sedimentation and odor nuisance with the resulting hydrogen sulfide corrosion, because, for example, continuous, automated ventilation of sewerage systems has not been part of the rule of technology so far, since the related investment and follow-up costs appear to be unsustainable. The operating costs incurred to maintain the sewerage networks and the problem of pipe renovations during operation are moving more and more into the foreground.For these reasons alone, it is inevitable to use the possibilities of sewer network management so that the steady increase in costs for wastewater fees will be much flatter in the future.
Die vorliegende Erfindung hat es sich demnach zur Aufgabe gemacht, die KS Kaskaden-Schwall Bewirtschaftung für bestehende und geplante Kanalisationsnetze zur Reduzierung von Investitions- und Folgekosten dadurch erheblich zu reduzieren, in dem gegenüber der bisherigen Planungspraxis die notwendigen Gefälle zur gesteuerten und zeitgetakteten Ableitung von Q max nicht über ein diesbezüglich notwendiges Sohlgefälle J S umgesetzt werden, sondern dies durch ein zumindest adäquates Druckliniengefälle J D über Steuerungsanlagen wie Wehr- und Schiebersysteme usw. im Ablaufbereich von einzustauenden Kaskadenvolumen mit den zugehörigen zu aktivierenden Wasserspiegellagen WSP optimaler verwirklicht wird. The present invention has therefore set itself the task of reducing the KS K askaden- S chwall management for existing and planned sewerage systems for the reduction of investment and subsequent costs thereby greatly in which compared to the previous design practice, the necessary inclination for controlled and time clocked derivative of Q max not be implemented via a necessary bottom slope J S , but this is more optimally achieved by an at least adequate pressure line slope J D via control systems such as weir and slide systems etc. in the discharge area of cascade volumes to be defrosted with the associated water level layers WSP to be activated.
Hierbei gilt als maximal zu aktivierende Druckhöhe H SD die jeweilige Konstruktionsgrenze der Steuerungsanlagen, für Wehre der Hub bzw. für Schieber die maxinale Höhe der WSP-Lage.The maximum design pressure H SD to be activated is the respective design limit of the control systems, the weir the stroke or the slide the maximum height of the insert position.
Diese Vorgehensweise hat den weiteren Vorteil, daß die Querschnitte nicht vergrößert werden müssen, weil die hydrostatische Druckhöhe H SD oberhalb des Ablaufscheitels über Zufahren von Steuerungsanlagen in den vorgelagerten Kaskaden aktiviert werden können. Durch die mögliche flachere Verlegung der weiterführenden Kanaltrassen können zwischengeschaltete Pumpstationen mit entsprechend reduzierten hydrostatischen Förderhöhen h red gemäß Formel [1b] dimensioniert werden. Auch kleinere Zulaufwassermengen, die über frequenzgesteuerte Pumpen z.B. nachts der nachfolgenden Kaskade zufließen, können durch zeitweises, getaktetes Zufahren der Steuerungsanlage zur Aktivierung notwendiger Wasserspiegellagen WSP genutzt werden, um optimale Spülwirkungen in den Ablauftrassen mit entsprechender Belüftungswirkung zu erzielenThis procedure has the further advantage that the cross sections do not have to be enlarged because the hydrostatic pressure head H SD above the discharge apex can be activated by closing control systems in the upstream cascades. Due to the possible flatter laying of the further sewer routes, intermediate pumping stations with correspondingly reduced hydrostatic head h red can be dimensioned according to formula [1b]. Even small amounts of feed water that flow via frequency-controlled pumps, for example at night to the subsequent cascade, can be used to activate the necessary water level positions WSP by temporarily closing the control system in order to achieve optimal flushing effects in the drainage lines with a corresponding ventilation effect
Bei Generierung unterschiedlicher Schwallhöhen im Bereich 0<SHD>D können die unterschiedlichsten Optimierungen wie Volumensverlagerungen mit qualitativen Mischprozessen, z.B. Sauerstoffeintrag bei kurzen Schwallwellen und anaerober Transport bei längeren Wellen gesteuert werden. Die serielle und parallele Aktivierung von Kaskaden im Kanalisationsnetz eröffnen neue Möglichkeiten zur qualitativen und quantitativen Bewirtschaftung mit erheblichen Einsparungen bei den Investitions- undWhen generating different surge heights in the
Folgekosten.Follow-up costs.
Die mathematischen Zusammenhänge zur Verwirklichung der Reduzierung des Sohlgefälles J S und deren Auswirkung zur adäquaten Aktivierung des notwendigen Druckliniengefälles JD wird durch die nachfolgenden Formelansätze verdeutlicht:
Durch Umformung der Gleichung [1] erhält man die aktivierbare statische Druckhöhe über Rohrscheitel:
Durch Umformung der Gleichung [1a] erhalten wir die nutzbare Gefälledifferenz:
Bei Aktivierung mehrerer Kaskaden gilt weiterhin in Anlehnung an Formel [1b]
Die Grundgleichung für die Bestimmung der reduzierten Sohldifferenz [h1] aus Ablauf Kaskade und Sohleneinlauf Pumpstation ergibt sich wie folgt:
Durch Umformung der Gleichung [2] erhält man h 1
Fig. 1 zeigt eine Skizze der konstruktiven baulichen Zusammenhänge bei einem Fig. 1 shows a sketch of the structural relationships in one
Freispiegelzulauf [8] gemäß Fließrichtung [6] zur Kaskade [16] in Verbindung mit den zugehörigen Verfahrensvariablen zur KS Kaskaden-Schwall Bewirtschaftung einer weiterführenden Kanaltrasse [15]. Im Sinne des Verfahrens wird die Kaskade [16] durch hochfahren einer Steuerungsanlage [30] in diesem Falle eines Wehres [33] bis zurGravity feed [8] in accordance with the direction of flow [6] to the cascade [16] in conjunction with the associated process variables to KS K askaden- S chwall management of a secondary channel line [15]. In the sense of the method, the cascade [16] is started up by a control system [30] in this case a weir [33]
Drucklinie [4] aufgestaut. Durch schnelles Absenken des Wehres [33] kann eine programmierte Schwallwelle [25] mit einer zugehörigen Drucklinie [4] und daraus zu aktivierenden Schwallhöhe [24] erzeugt werden, die gemäß der Trassenlänge [31] eine entsprechende Schwallwellenabflachung [26] bewirkt. Erkennbar ist auch, daß eine mögliche Aktivierung der Druckhöhe [3] über den Ablaufscheitel [1] unterhalb der Steuerungsanlage [30] eine Reduzierung des Sohlengefälles [29] ermöglicht, die in Form einer Gefälledifferenz [9] dimensionstechnisch bei gleicher Ablaufleistung nicht zu einer Vergrößerung des Rohrdurchmessers [20] führen muß. Die im Tiefpunkt am Ende der flacheren Kanaltrasse [15] anzuordnende Pumpstation [18] ist somit in der Lage mit einer reduzierten Förderhöhe FH [7] den ankommenden Freispiegelzulauf [8] in eine weitere Kaskade [16] hochzupumpen.Print line [4] pent up. By quickly lowering the weir [33] , a programmed surge wave [25] with an associated pressure line [4] and the surge height [24] to be activated can be generated, which causes a corresponding surge wave flattening [26] according to the route length [31] . It can also be seen that a possible activation of the pressure height [3] via the discharge apex [1] below the control system [30 ] enables a reduction in the slope of the sole [29] , which does not increase in size in the form of a gradient difference [9] with the same discharge capacity of the pipe diameter [20] must lead. The pumping station [18] to be arranged at the low point at the end of the flatter canal route [15 ] is therefore in the Location with a reduced delivery head FH [7] to pump up the incoming free-level feed [8] into another cascade [16] .
Fig. 2 zeigt eine Skizze mit zwei hintereinander geschalteten Kanaltrassen [15] in die jeweils eine weitere Steuerungsanlage [30] angeordnet ist. Hierbei werden gegenüber Fig. 1 zusätzliche Kaskadenvolumen KV [17] im vorgelagerten Kanalrohr [14] der Steuerungsanlage [30] aktiviert. Die zwischengeschaltete Pumpstation [18] entspricht funktional den Gegebenheiten des letzten Satzes aus Fig.1. Durch die zusätzliche Anordnung z.B. einer weiteren Steuerungsanlage [30] in der Kanaltrasse [15] wird verdeutlicht, daß hierdurch weitere Druckhöhen H SD [3] zur Bewirtschaftung und Optimierungen im Sinne des Verfahrens für Kanalisationsnetze [13] genutzt werden können. Die zu reduzierenden Förderhöhen FH [7] für die Pumpstationen [18] sowie die vielfältig zu aktivierenden variablen Druckliniengefälle J D [5] innerhalb der Trassenlängen [31] werden verdeutlicht. FIG. 2 shows a sketch with two sewer lines [15] connected in series, in each of which a further control system [30] is arranged. Compared to FIG. 1, additional cascade volumes KV [17] in the upstream sewer pipe [14] of the control system [30] are activated. The intermediate pump station [18] corresponds functionally to the conditions of the last sentence from Fig. 1. The additional arrangement of, for example, another control system [30] in the sewer route [15] makes it clear that further pressure heights H SD [3] can be used for management and optimization in the sense of the method for sewer networks [13] . The delivery heights FH [7] to be reduced for the pumping stations [18] and the variable pressure line gradient J D [5] within the route lengths [31] that can be activated in a variety of ways are illustrated.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit der Auswertung einer Wasserstand-Abfluß-Beziehung auf der Basis der bisherigen Dimensionierungshinweise {5} nach den anerkannten Regeln der Technik im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.. Hierbei wird beispielhaft der Verfahrensvorteil ersichtlich, wenn z.B. das ursprüngliche Qmax Gefälle J s = 2 ‰ betragen hätte und man nunmehr das vorgenannte Gefälle auf J s = 1 ‰ halbiert, ist die gleiche Abflußleistung unter Beibehaltung des ursprünglichen Rohrdurchmessers D [20] von DN 1000 mit einer Erhöhung der Druckhöhe H SD [3] auf 1,00 m entsprechend einem minimalen Hub min von 2,00 m durch eine Steuerungsanlage [30] auszugleichen. Fig. 3 shows a diagram with the evaluation of a water level-runoff relationship on the basis of the previous dimensioning instructions {5} according to the recognized rules of technology in comparison with the method according to the invention. Here, the method advantage is evident, for example, if the original Qmax If the gradient had been J s = 2 ‰ and the above-mentioned gradient was now halved to J s = 1 ‰, the same drainage capacity is maintained while maintaining the original pipe diameter D [20] of
Da aber Wehre z.Z. mit bis zu 4,00 m Hub [12] produziert werden können, kann die verbleibende Druckhöhendifferenz DHD = Hub [12] - Hub min = 2,00 m zu weiteren varianten Beziehungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aktiviert und im Extremfall z.B. beim Sohlgefälle [29] bis in den negativen Sohlgefällebereich genutzt werden.However, since weirs can currently be produced with a stroke of up to 4.00 m [12] , the remaining pressure head difference DHD = stroke [12] - stroke min = 2.00 m can be activated for further variant relationships according to the method according to the invention and, in extreme cases, for example can be used in the bottom slope [29] up to the negative bottom slope area.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP01118077A EP1279774A1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Method for managing cascade waves in sewer networks |
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EP01118077A EP1279774A1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Method for managing cascade waves in sewer networks |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP1279774A1 true EP1279774A1 (en) | 2003-01-29 |
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ID=8178135
Family Applications (1)
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EP01118077A Withdrawn EP1279774A1 (en) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | Method for managing cascade waves in sewer networks |
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EP (1) | EP1279774A1 (en) |
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DAUER L: "STEINKA - STUFENENTWASSERUNG MIT EINFACHEM KANALBAU EIN KOSTENGUNSTIGES ENTWURFSKONZEPT FUR SCHMUTZWASSERENTSORGUNGS- NETZE IM LANDLICHEN BEREICH UND IM AUSSENBEREICH VON STADTEN", KORRESPONDENZ ABWASSER, ABWASSERTECHNISCHE VEREINIGUNG, ST. AUGUSTIN, DE, vol. 41, no. 12, 1 December 1994 (1994-12-01), pages 2196 - 2201, XP000482352, ISSN: 0341-1540 * |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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AK | Designated contracting states |
Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
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AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL LT LV MK RO SI |
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17P | Request for examination filed |
Effective date: 20030717 |
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AKX | Designation fees paid |
Designated state(s): DE FR GB IT |
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17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20071024 |
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R17C | First examination report despatched (corrected) |
Effective date: 20071130 |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
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PUAJ | Public notification under rule 129 epc |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009425 |
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RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: WEIKOPF, MANFRED |
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: WEIKOPF, MANFRED |
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32PN | Public notification |
Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 112(1) EPUE |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20090201 |