EP4147782A1 - Rührwerksmühle - Google Patents
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- EP4147782A1 EP4147782A1 EP22191606.7A EP22191606A EP4147782A1 EP 4147782 A1 EP4147782 A1 EP 4147782A1 EP 22191606 A EP22191606 A EP 22191606A EP 4147782 A1 EP4147782 A1 EP 4147782A1
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- B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
- B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
-
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- B02C17/163—Stirring means
Definitions
- the invention relates to an agitator mill with a grinding chamber containing grinding bodies, an agitator shaft and a plurality of agitator bodies according to the preamble of claim 1.
- an agitator mill also known as an agitator ball mill
- 1 an agitator mill 1 with a horizontal agitator shaft 3 is shown schematically.
- the material to be ground is pumped via the inlet 5 of the agitator mill 1 into or through the grinding chamber 7 enclosed by the grinding container 2 .
- the material to be ground is usually a suspension of water and solids.
- a rotational movement of the agitator shaft 3 causes the agitator bodies 8, which are connected in a rotationally fixed manner to the agitator shaft 3 and are frequently also referred to as grinding disks, to rotate.
- Sleeve-like agitator shaft bushings 12 are often attached to the agitator shaft 3, particularly between the agitator bodies 8, as spacers for the agitator body 8 and protection for the agitator shaft 3, which are not explicitly shown in the figures.
- the agitator shaft 3 can be driven by an electric motor 9 via a belt drive 10, for example.
- the drive of the agitator mill 1 is usually located in a housing 11 adjacent to the grinding container 2.
- the movement of the grinding bodies causes collisions between the solids in the grinding stock suspension pumped through the grinding chamber 7 and the grinding bodies. These collisions result in fine particles splintering off the solids in the ground stock suspension, so that the solids arriving at the outlet 6 of the agitator mill 1 are ultimately significantly smaller than the solids fed in at the inlet 5 .
- a separating system 4 for example in the form of a sieve or a filter, is fitted in front of the outlet 6.
- the patent DE34341553A1 also proposes lengthening the grinding discs in such a way that their radial distance from the inner wall of the grinding container is minimized so that it is smaller than the diameter of the grinding media used. This is to prevent, above all, that individual grinding media between the central areas, which are each formed between two grinding discs, can be moved.
- Such a known agitator mill is proposed with a grinding chamber containing a grinding body and an agitator shaft rotating therein about a horizontal axis.
- the agitator shaft carries several grinding disks which are connected to it in a rotationally fixed manner and are spaced apart from one another in the direction of the horizontal axis and which can be constructed in one piece or in several parts.
- These grinding discs induce a movement of the grinding media.
- the grinding disks usually have grooves and/or continuous slots or openings.
- adjacent grinding discs are arranged on the agitator shaft in such a way that the ratio of the grinding chamber length b to the radial grinding chamber height a is greater than or equal to 2:3, measured in the axial direction along the above-mentioned horizontal axis.
- the radial distance c between the outer lateral surface of the grinding disks and the inner wall of the grinding container delimiting the grinding chamber is more than 20% of the radial grinding chamber height a. If the grinding discs are not completely cylindrical along their peripheral surface, for example because they have grooves, slots or flattened areas, then the said ratio is maintained along the majority of the circumference and ideally along the essentially entire or entire circumference.
- a further, synergistic improvement in the same sense is achieved when the grinding disks have grooves, slits and/or openings. This creates a further improved entrainment effect for the grinding media in the circumferential direction.
- the grinding media also receive an additional impulse in the direction parallel to the axis of rotation of the agitator shaft when passing through the grooves, slots or openings. As a result, they then move again in the direction of the center of the grinding chamber delimited by the two grinding discs, which, viewed overall, increases the circulation within the grinding chamber, especially transversely or diagonally to the direction of rotation.
- the grinding chamber height a is the dimension between the inner wall of the grinding container delimiting the grinding chamber 7 and the largest enveloping diameter of the agitator shaft or the agitator shaft bushing that may be attached to the agitator shaft.
- the grinding chamber length b is the measure of the distance between two adjacent grinding disks, the distance between the edges of the side pointing towards the grinding chamber and thus spanning the grinding chamber being used in each case.
- the grinding container 2 shows a first variant of the agitator mill 1 with agitator shaft bushings 12, which are shown here only by “dummies” which are not meaningful and are therefore indicated with dots.
- the grinding container 2, the agitator shaft 3, the separating system 4, the inlet 5, the outlet 6, the grinding disks 8 and the horizontal axis 13 of the agitator shaft can also be seen.
- the grinding chamber 7 refers to the entire space inside the grinding container that can be occupied by the material to be ground. However, the grinding chamber 14 is a subcategory of the grinding chamber and is drawn in as a border with dashed lines.
- the agitator shaft forms a rotor disk 15 at its end facing the separating system 4, which delimits the actual grinding chamber from the separating system.
- the rotor disk 15 is equipped with rotor bars 16 which protrude—often finger-like—from it and are spaced apart from one another as seen in the circumferential direction and form slots between them. These overlap the separating system 4 and, overall, form a quasi-cavity that accommodates the separating system 4 .
- the rotor disk 15 can advantageously be slotted into a slot area 17 radially below the rotor bars, so it then also has an axially permeable opening radially below the rotor bars 16, which extends into the actual shaft.
- This design of the rotor disk with the rotor bars 16 is shown schematically by the 2 illustrated. This design makes a noticeable further contribution to increasing the mobility of the grinding media.
- the rotor disc 15 has a smaller diameter than the grinding discs 8 or than the imaginary body of rotation made up of the individual bodies forming the grinding discs, such as wings or the like.
- FIG 3 shows a second variant of the agitator mill 1.
- Square agitator shaft bushings 12 are used.
- the sectional view on the left also shows the shape of the grinding disc.
- the rest of the structure of the agitator mill corresponds to the structure of the first variant.
- the grinding chamber height a, the grinding chamber length b and the radial distance c are also shown here.
- each grinding disk consists of a plurality of vanes which are arranged one behind the other in the circumferential direction in a rotational alignment and are separated from one another by continuous slots in the circumferential direction.
- the dimensions of the grinding media are coordinated here, because the slot size, the size of the grinding media and the radial gap distance between the grinding discs and the inner wall of the grinding container or the inner peripheral surface of the grinding container must be selected in such a way that the grinding media remain mobile despite friction and self-locking forces and the blades do not block .
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle mit einem Mahlkörper beinhaltenden Mahlraum, eine Rührwelle und mehrere Rührkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Das grundlegende Prinzip einer Rührwerksmühle, auch Rührwerkskugelmühle genannt, soll zunächst anhand der
Fig. 1 erklärt werden. InFig. 1 ist schematisch eine Rührwerksmühle 1 mit horizontaler Rührwelle 3 dargestellt. Auf die Darstellung der im Mahlbehälter 2 befindlichen Mahlkörper, welche in der Regel als Stahl- oder Keramikkugeln ausgeführt sind, wurde verzichtet. - Im Betrieb der Rührwerksmühle 1 wird über den Einlass 5 der Rührwerksmühle 1 das zu mahlende Gut in bzw. durch den vom Mahlbehälter 2 umschlossenen Mahlraum 7 gepumpt. Bei dem zu mahlenden Gut handelt es sich üblicherweise um eine Suspension aus Wasser und Feststoffen.
- Durch eine Rotationsbewegung der Rührwelle 3 werden die drehfest mit der Rührwelle 3 verbundenen Rührkörper 8, welche häufig auch als Mahlscheiben bezeichnet werden, in Rotation versetzt. Oftmals sind unter anderem als Abstandshalter der Rührkörper 8 und Schutz für die Rührwelle 3 hülsenartige Rührwellenbuchsen 12 an der Rührwelle 3, besonders zwischen den Rührkörpern 8, angebracht, welche nicht explizit figürlich gezeigt werden.
- Für das Erzeugen der Rotationsbewegung kann die Rührwelle 3 beispielsweise über einen Riementrieb 10 von einem Elektromotor 9 angetrieben werden. Der Antrieb der Rührwerksmühle 1 befindet sich dabei meist in einem an den Mahlbehälter 2 angrenzenden Gehäuse 11.
- Durch die Rotation der Rührkörper 8 werden die im Mahlraum 7 befindlichen Mahlkörper, welche sich in der Nähe der Rührkörper 8 befinden, in Richtung des Mahlbehälters 2 bewegt. Im Mittelbereich zwischen je zwei Rührkörpern 8 fließen die bewegten Mahlkörper wieder vom Mahlbehälter 2 zurück in Richtung der Rührwelle 3. Somit entsteht zwischen je zwei Rührkörpern 8 eine Zirkulationsbewegung der Mahlkörper.
- Durch die Bewegung der Mahlkörper werden Kollisionen zwischen den Feststoffen der durch den Mahlraum 7 gepumpten Mahlgutsuspension und den Mahlkörpern hervorgerufen. Diese Kollisionen führen zum Absplittern feiner Partikel von den Festoffen in der Mahlgutsuspension, sodass die am Auslass 6 der Rührwerksmühle 1 ankommenden Feststoffe letztendlich deutlich kleiner sind als die am Einlass 5 zugeführten Feststoffe.
- Um zu gewährleisten, dass die Mahlkörper den Mahlraum 7 nicht verlassen, ist vor dem Auslass 6 noch ein Trennsystem 4 beispielsweise in Form eines Siebs oder eines Filters angebracht.
- In der Praxis sind Variationen der Abmessungen der Rührkörper und/oder deren Position zueinander bekannt geworden, deren Ziel die verbesserte Effizienz einer Rührwerksmühle ist.
- So werden im Patent
EP2178643B1 Mahlscheiben vorgeschlagen, die gegenüber der Achse der Rührwelle um Winkel von 30° bis 60° geneigt sind und somit nicht annähernd senkrecht zur Rührwellenachse stehen. So soll die Zirkulationsbewegung der Mahlkörper verbessert werden. - Das Patent
DE34341553A1 schlägt zudem vor, die Mahlscheiben so zu verlängern, dass deren radialer Abstand zur Mahlbehälterinnenwand so minimiert wird, dass er kleiner ist als der Durchmesser der verwendeten Mahlkörper. So soll vor allem verhindert werden, dass einzelne Mahlkörper zwischen den Mittelbereichen, die jeweils zwischen zwei Mahlscheiben gebildet werden, verschoben werden können. - Die angesprochenen Vorschläge führen jedoch nicht zu einer Effizienzsteigerung in einem gewünschten Maße. So ist einerseits die hervorgerufene Zirkulationsbewegung der Mahlkörper verbesserungswürdig. Andererseits wird durch die konstruktiven Änderungen der Mahlscheiben der effektiv genutzte, nicht von Bauteilen eingenommene Mahlraum verkleinert. Dies führt dazu, dass weniger zu mahlendes Gut im Mahlraum gleichzeitig gemahlen werden kann, was die Effizienz der Rührwerksmühle tendenziell beeinträchtigt.
- Angesichts dessen ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Mittel anzugeben, mit welchem die Effizienz einer Rührwerksmühle weiter erhöht wird.
- Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
- Es wird also eine solche bekannte Rührwerksmühle mit einem Mahlkörper beinhaltenden Mahlraum und einer darin um eine horizontale Achse umlaufenden Rührwelle vorgeschlagen. Die Rührwelle trägt mehrere drehfest mit ihr verbundene, in Richtung der horizontalen Achse voneinander beabstandete Mahlscheiben, die einstückig oder mehrteilig aufgebaut sein können. Diese Mahlscheiben induzieren eine Bewegung der Mahlkörper. Um insoweit möglichst effektiv zu sein, weisen die Mahlscheiben im Regelfall jeweils Nuten und/oder durchgehende Schlitze bzw. Durchbrüche auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass benachbarte Mahlscheiben so auf der Rührwelle angeordnet sind, dass das Verhältnis der - in achsialer Richtung entlang der o. g. horizontalen Achse gemessenen - Mahlkammerlänge b zur radialen Mahlkammerhöhe a größer oder gleich 2:3 ist. Diese Maßnahme trägt der im Rahmen von systematischen Simulationen gewonnenen Erkenntnis Rechnung, dass bei den bisherigen Lösungen immer wieder zu viele Mahlscheiben pro axialer Längeneinheit eingebaut worden sind und die zu geringen Scheibenabstände die Mahlkörperfluktuation mehr herabgesetzt haben, als zu erwarten war.
- Diese erfinderischen Maßnahmen entfalten ihre Wirkung im Verbund mit der weiteren Maßnahme, dass der radiale Abstand c zwischen der Außenmantelfläche der Mahlscheiben und der Innenwand des den Mahlraum begrenzenden Mahlbehälters mehr als 20% der radialen Mahlkammerhöhe a beträgt. Sollten die Mahlscheiben entlang ihrer umlaufenden Umfangsmantelfläche nicht vollständig zylindrisch sein, etwa weil sie Nuten, Schlitze oder Abflachungen aufweisen, dann wird das besagte Verhältnis entlang des überwiegenden Teils des Umfangs und idealerweise entlang des im Wesentlichen gesamten oder gesamten Umfangs eingehalten.
- Bei der systematischen Dimensionserprobung hat sich herausgestellt, dass ein Verhältnis der Mahlkammerlänge b zur Mahlkammerhöhe a von größer oder gleich 2:3 und die damit gegenüber konventionellen Rührwerksmühlen einhergehende Vergrößerung des Abstandes zwischen zwei Mahlscheiben zu einer überraschend starken Intensivierung der Mahlkörperfluktuation im Zwischenraum zwischen den Mahlscheiben führt. Einen Kausalbeitrag hierfür leistet sicherlich die Vergrößerung des Volumens einer Mahlkammer zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben. Das ist aber nicht die alleinige Wirkungsursache. Denn dieser Effekt tritt gerade im Wirkungsverbund mit der Profilierung der Stirnseiten der Mahlscheiben durch Nuten, Schlitze oder Durchbrüche und mit dem deutlich erhöhten radialen Abstand der Mahlscheiben von der Innenoberfläche des Mahlbehälters auf.
- Letzterer führt dazu, dass die Mahlkörperfluktuation über die Mahlscheiben hinweg zunimmt, was dann auch die Mahlkörperfluktuation im Zwischenraum zwischen den Mahlscheiben intensiviert. Zugleich werden sie, da eine verstärkte Friktion zwischen den Mahlkörpern, der Innenoberfläche des Mahlraums und den Mahlscheiben auftritt, auch ein gutes Stück weiter in Umfangsrichtung mitgenommen, bevor sie abkippen und in den Mittelbereich zwischen den zwei ihre Mahlkammer begrenzenden Mahlscheiben zurückfallen. Hierdurch ergibt sich ein synergistischer Effekt: In der vergrößerten Mahlkammer zwischen zwei Mahlscheiben ergibt sich eine verbesserte Mahlkörperbeweglichkeit und den Mahlkörpern wird eine verstärkte Bewegung aufgezwungen, sodass sie die neu gewonnene Freiheit in der Mahlkammer auch wirklich nutzen.
- Eine weitere, synergistische Verbesserung im gleichen Sinne wird dadurch erreicht, wenn die Mahlscheiben Nuten, Schlitze und/oder Durchbrüche aufweisen. So entsteht eine nochmals verbesserte Mitnahmewirkung für die Mahlkörper in Umfangsrichtung. In manchen Fällen erhalten die Mahlkörper beim Passieren der Nuten, Schlitze oder Durchbrüche aber auch zusätzlich noch einen Impuls in Richtung parallel zur Rührwellendrehachse. Hierdurch bewegen sie sich dann wieder in Richtung der Mitte der durch die beiden Mahlscheiben abgegrenzten Mahlkammer, was insgesamt gesehen die Zirkulation innerhalb der Mahlkammer verstärkt, gerade auch quer oder schräg zur Drehrichtung.
- Die Mahlkammerhöhe a ist hierbei das Maß zwischen der den Mahlraum 7 abgrenzenden Mahlbehälterinnenwand und dem größten umhüllenden Durchmesser der Rührwelle oder der eventuell auf der Rührwelle angebrachten Rührwellenbuchse.
- Die Mahlkammerlänge b ist das Maß des Abstandes zwischen zwei benachbarten Mahlscheiben, wobei jeweils der Abstand der Kanten der zu der Mahlkammer hinzeigenden und somit die Mahlkammer aufspannenden Seite verwendet wird.
- Es besteht eine Reihe von Möglichkeiten, um die Erfindung so auszugestalten, dass ihre Wirksamkeit oder Brauchbarkeit noch weiter verbessert wird.
-
- Die
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau und die Anbindung einer allgemeinen Rührwerksmühle. - Die
Fig. 2 zeigt eine erste Variante einer Rührwerksmühle mit eingezeichneter Mahlkammerhöhe a, Mahlkammerlänge b und radialem Abstand c. - Die
Fig. 3 zeigt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle mit eingezeichneter Mahlkammerhöhe a, Mahlkammerlänge b und radialem Abstand c. - Die
Fig. 4 zeigt schematisch eine Option für die Gestaltung der Rotorscheibe, die den Mahlraum 7 mit seinen einzelnen Mahlkammern 14 vom Trennsystem 4 abgrenzt. -
Fig. 2 zeigt eine erste Variante der Rührwerksmühle 1 mit Rührwellenbuchsen 12, die hier nur durch nicht aussagekräftige und daher punktiert angedeutete "Dummies" dargestellt sind. Es sind zudem der Mahlbehälter 2, die Rührwelle 3, das Trennsystem 4, der Einlass 5, der Auslass 6, die Mahlscheiben 8 und die horizontale Achse 13 der Rührwelle zu erkennen. Der Mahlraum 7 bezeichnet den kompletten, vom zu mahlenden Gut einnehmbaren Raum im Inneren des Mahlbehälters. Die Mahlkammer 14 ist hierbei jedoch eine Unterkategorie des Mahlraumes und ist mit gestrichelten Linien begrenzt eingezeichnet. - Darüber hinaus sind die Mahlkammerhöhe a, die Mahlkammerlänge b und der radiale Abstand c eingezeichnet.
- Gut zu erkennen anhand der
Fig. 2 ist, dass die Rührwelle an ihrem dem Trennsystem 4 zugewandten Ende eine Rotorscheibe 15 ausbildet, die den eigentlichen Mahlraum von dem Trennsystem abgrenzt. Zu diesem Zweck ist die Rotorscheibe 15 mit - oft fingerartig - von ihr abstehenden und in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandeten, zwischeneinander Schlitze ausbildenden Rotorstäben 16 ausgestattet. Diese übergreifen das Trennsystem 4 und bilden insgesamt quasi eine Kavität, die das Trennsystem 4 aufnimmt. Die Rotorscheibe 15 kann günstigerweise bis in einen Schlitzbereich 17 radial unterhalb der Rotorstäbe hinein geschlitzt sein, weist dann also ggf. auch radial unterhalb der Rotorstäbe 16 einen axial durchströmbaren Durchbruch auf, der bis in die eigentliche Welle hinein reicht. Diese Gestaltung der Rotorscheibe mit den Rotorstäben 16 wird schematisch durch dieFig. 2 veranschaulicht. Diese Gestaltung leistet einen spürbaren weiteren Beitrag zur Erhöhung der Mahlkörpermobilität. - Bei alledem kann es günstig sein, wenn die Rotorscheibe 15 einen kleineren Durchmesser aufweist als die Mahlscheiben 8 oder als der gedachte Rotationskörper aus den die Mahlscheiben bildenden Einzelkörpern, wie Flügeln oder dergl.
-
Fig. 3 zeigt eine zweite Variante der Rührwerksmühle 1. Es werden Rührwellenbuchsen 12 in Vierkantform verwendet. - In der Schnittansicht links ist zudem die Form der Mahlscheibe zu erkennen. Der sonstige Aufbau der Rührwerksmühle entspricht dem Aufbau der ersten Variante.
- Zudem sind auch hier die Mahlkammerhöhe a, die Mahlkammerlänge b und der radiale Abstand c eingezeichnet.
- Recht gut zu erkennen ist, dass jede Mahlscheibe aus mehreren in Umfangsrichtung in einer Rotationsflucht hintereinander angeordneten Flügeln besteht, die durch durchgehende Schlitze in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. Hier erfolgt eine Dimensionsabstimmung mit den Mahlkörpern, denn die Schlitzgröße, die Größe der Mahlkörper und der radiale Spaltabstand zwischen den Mahlscheiben und der Mahlbehälterinnenwand bzw. der Mahlbehälterinnenumfangsfläche muss so gewählt sein, dass die Mahlkörper trotz Reib- und Selbsthemmungskräfte beweglich bleiben und die Flügel nicht blockieren.
-
- 1
- Rührwerksmühle
- 2
- Mahlbehälter
- 3
- Rührwelle
- 4
- Trennsystem
- 5
- Einlass
- 6
- Auslass
- 7
- Mahlraum
- 8
- Rührkörper bzw. Mahlscheibe
- 9
- Elektromotor
- 10
- Riementrieb
- 11
- Antriebsgehäuse
- 12
- Rührwellenbuchsen
- 13
- horizontale Achse der Rührwelle
- 14
- Mahlkammer
- 15
- Rotorscheibe
- 16
- Rotorstab
- 17
- Schlitzbereich (Axialschlitz)
- a
- Mahlkammerlänge in Richtung der Längsachse
- b
- radiale Mahlkammerhöhe
- c
- radialer Abstand
Claims (5)
- Rührwerksmühle (1) mit einem Mahlkörper beinhaltenden Mahlraum (7) und einer darin um eine horizontale Achse umlaufenden Rührwelle (3), die mehrere drehfest mit ihr verbundene, voneinander in Richtung der horizontalen Achse voneinander beabstandete Mahlscheiben (8) trägt, die die Mahlkörper bewegen, wobei Mahlscheiben (8) bevorzugt jeweils Schlitze oder Durchbrüche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Mahlscheiben (8) so auf der Rührwelle (3) angeordnet sind, dass das Verhältnis von der Mahlkammerlänge (b) zur radialen Mahlkammerhöhe (a) größer oder gleich 2:3 ist und dass der radiale Abstand (c) zwischen der Außenmantelfläche der Mahlscheiben (8) und der Innenwand des den Mahlraum (7) begrenzenden Mahlbehälters (2) mehr als 20% der radialen Mahlkammerhöhe (a) beträgt.
- Rührwerksmühle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlscheiben (8) Schlitze und/oder Ausbrüche aufweisen oder aus mehreren in Umfangsrichtung in einer Rotationsflucht hintereinander angeordneten Flügeln bestehen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet positioniert sind.
- Rührwerksmühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwelle (3) an ihrem dem Trennsystem (4) zugewandten Ende eine Rotorscheibe (15) ausbildet, die den eigentlichen Mahlraum (7) von dem Trennsystem (4) im Wesentlichen abgrenzt und die mit von ihr abstehenden und in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandeten, zwischeneinander Schlitze ausbildenden Rotorstäben (16) ausgestattet ist.
- Rührwerksmühle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (15) bis in den Bereich radial unterhalb der Rotorstäbe (16) geschlitzt ist.
- Rührwerksmühle (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die - bevorzugt in axialer Richtung gesehene - Durchströmfläche durch die Rotorscheibe (15) im Radiusbereich zwischen den Rotorstäben (16) größer ist als im Rotorinnenbereich, der von den Rotorstäben (16) in Umfangsrichtung umzäunt wird.
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17P | Request for examination filed |
Effective date: 20230915 |
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Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |