JPH06213000A - Fan stall detecting device of engine - Google Patents
Fan stall detecting device of engineInfo
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- JPH06213000A JPH06213000A JP438293A JP438293A JPH06213000A JP H06213000 A JPH06213000 A JP H06213000A JP 438293 A JP438293 A JP 438293A JP 438293 A JP438293 A JP 438293A JP H06213000 A JPH06213000 A JP H06213000A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機用の例え
ばジェットエンジン（ターボファンエンジン）等に用い
て好適なエンジンのファンストール検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine fan stall detection device suitable for use in, for example, a jet engine (turbo fan engine) for aircraft.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より航空機用のジェットエンジンと
して、ターボファンエンジンが用いられている。この種
のターボファンエンジンは、エンジンの入口に複数枚の
可変静翼と複数枚で数段からなるファン回転翼を有して
いる。ファン回転翼の回転によって、エンジン内への流
入空気を圧縮し、更に、後段の圧縮機へと送り出すこと
が可能になっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a turbofan engine has been used as a jet engine for aircraft. This type of turbofan engine has a plurality of variable stator vanes at the inlet of the engine and a plurality of fan rotor blades with several stages. The rotation of the fan rotor blades makes it possible to compress the inflowing air into the engine and then send it out to the compressor at the subsequent stage.
【０００３】ところで、エンジン入口に圧力の不均一
（ディストーション）がある場合、あるいはファン回転
翼入口可変静翼が通常より開いた場合、ファン回転翼の
境界層が部分的に剥離し、これによりファン入口圧力が
大きく変動するファンローテーティングストール（以
下、ファンストールと称する）と呼ばれる事態に陥る可
能性がある。ファンストールに陥ると、ファンに大きな
振動ストレスが加わるため、ファン破損の原因に成り得
る。By the way, when the engine inlet has a non-uniform pressure (distortion), or when the variable vane inlet of the fan rotor blade is opened more than usual, the boundary layer of the fan rotor blade is partially separated, which causes the fan. There is a possibility of falling into a situation called fan rotating stall (hereinafter referred to as fan stall) in which the inlet pressure fluctuates greatly. If the fan stalls, a large vibration stress is applied to the fan, which may cause damage to the fan.
【０００４】ファンストールを検出する原理は、実験的
に得られており、ファンストールが発生した場合は、剥
離が回転翼の回転方向に回転速度の約６割で回転するた
め、ファン入り口圧力がファン周波数の約６割で振動す
る。また、剥離が複数の場合、その個数だけ振動周波数
が整数倍されるので、振動周波数の整数分の１がファン
周波数の約６割となる時に「ファンストール発生」と見
做すようにしている。ここで言うファン周波数とは、セ
ンサによって検出されるファン回転翼の回転数に対応す
る周波数である。The principle of detecting the fan stall has been experimentally obtained, and when the fan stall occurs, the separation rotates at about 60% of the rotation speed in the rotating direction of the rotating blade, so that the fan inlet pressure is It vibrates at about 60% of the fan frequency. In addition, when there are a plurality of peelings, the vibration frequency is multiplied by an integer by the number of peelings. Therefore, it is considered that "fan stall has occurred" when an integral fraction of the vibration frequency is about 60% of the fan frequency. . The fan frequency referred to here is a frequency corresponding to the rotation speed of the fan rotor blade detected by the sensor.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した原
理に基づきファンストールを検出する場合には、ファン
入口圧力の変動によって発生する振動を検出し、この検
出した振動波形をＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析器等
によって波形分析し、「ファンストール発生」を表わす
周波数成分の振動波形を抽出する必要がある。By the way, in the case of detecting fan stall based on the above-mentioned principle, the vibration generated by the fluctuation of the fan inlet pressure is detected, and the detected vibration waveform is FFT (Fast Fourier Transform). It is necessary to analyze the waveform with an analyzer or the like to extract the vibration waveform of the frequency component that represents “occurrence of fan stall”.
【０００６】しかしながら、こうした処理を行うには、
上述したＦＦＴ分析器や波形抽出する装置等、ハードウ
ェア／ソフトウェア共に大規模な検出装置となってしま
い、重量制限の厳しい航空機用エンジンに搭載すること
は事実上不可能となっている。本発明は、このような背
景の下になされたもので、簡易な構成でエンジン搭載を
可能としつつ、ファンストールを検出することができる
エンジンのファンストール検出装置を提供することを目
的としている。However, in order to perform such processing,
Both the hardware and the software, such as the above-described FFT analyzer and waveform extracting device, become large-scale detection devices, and it is practically impossible to mount them on aircraft engines with severe weight restrictions. The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide an engine fan stall detection device capable of detecting a fan stall while enabling the engine to be mounted with a simple configuration.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によるエンジンの
ファンストール検出装置は、エンジンファン入口の圧力
を検出し、該圧力に相当する圧力信号を出力する圧力セ
ンサと、前記エンジンの回転数を検出し、該回転数に相
当する回転信号を出力する回転数センサと、前記圧力信
号をファン圧力振幅値と、該圧力信号の変動を表すファ
ン圧力変動周波数とに変換すると共に、前記回転信号を
ファン回転周波数に変換して出力する信号変換手段と、
前記ファン圧力振幅値、ファン圧力変動周波数およびフ
ァン回転周波数が所定の判定条件に合致するか否かを判
断し、該判定条件に合致した場合にファンストールの発
生を表すストール信号を出力する信号処理手段とを具備
することを特徴としている。An engine fan stall detection device according to the present invention detects a pressure at an inlet of an engine fan and outputs a pressure signal corresponding to the pressure, and detects a rotational speed of the engine. Then, a rotation speed sensor that outputs a rotation signal corresponding to the rotation speed, the pressure signal is converted into a fan pressure amplitude value, and a fan pressure fluctuation frequency that represents fluctuation of the pressure signal, and the rotation signal is converted into a fan. Signal conversion means for converting to a rotation frequency and outputting the same,
Signal processing for determining whether or not the fan pressure amplitude value, the fan pressure fluctuation frequency, and the fan rotation frequency meet predetermined determination conditions, and outputting a stall signal indicating the occurrence of fan stall when the determination conditions are met. And means.
【０００８】[0008]
【作用】上記構成によれば、信号変換手段は、入力した
圧力信号をファン圧力振幅値と、該圧力信号の変動を表
すファン圧力変動周波数とに変換し、回転信号をファン
回転周波数に変換する。そして、信号処理手段はファン
圧力振幅値、ファン圧力変動周波数、およびファン回転
周波数が所定の判定条件に合致しているか否かを判断
し、該判定条件に合致する場合にはファンストールの発
生を表すストール信号を出力する。したがって、装置の
構成が簡単であり、容易にエンジンのファンストールを
検出することができる。According to the above construction, the signal converting means converts the input pressure signal into the fan pressure amplitude value and the fan pressure fluctuation frequency representing the fluctuation of the pressure signal, and converts the rotation signal into the fan rotation frequency. . Then, the signal processing means determines whether or not the fan pressure amplitude value, the fan pressure fluctuation frequency, and the fan rotation frequency meet predetermined determination conditions, and if the determination conditions are met, a fan stall is not generated. Outputs a stall signal to indicate. Therefore, the configuration of the device is simple and the fan stall of the engine can be easily detected.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。 Ａ．実施例全体の構成 図１は本発明の一実施例によるエンジンのファンストー
ル検出装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、１１はターボファンエンジン（以下、エンジンと
称する）であり、このケーシング内部であって、空気取
り入れ口付近には、ファン入口圧力信号Ｓ1を出力する
圧力センサ１２が設置されている。また、圧力センサ１
２より下流側であって、ファン回転翼が植設されるシャ
フト付近には、ファン回転数を検出し、回転信号Ｓ2を
出力するタコジェネレータ等の回転数センサ１３が設け
られている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. A. Overall Configuration of Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an engine fan stall detection apparatus according to an embodiment of the present invention. In this figure, 11 is a turbofan engine (hereinafter referred to as an engine), and a pressure sensor 12 that outputs a fan inlet pressure signal S 1 is installed inside the casing and near the air intake port. . Also, the pressure sensor 1
A rotation speed sensor 13 such as a tacho-generator that detects the fan rotation speed and outputs a rotation signal S 2 is provided on the downstream side of the shaft 2 near the shaft on which the fan rotor blades are implanted.
【００１０】１１ａはシグナルコンディショナ部１５と
信号処理部２３から構成されるストール検出部であり、
エンジン１１に搭載されるものである。シグナルコンデ
ィショナ部１５は上述した圧力センサ１２および回転数
センサ１３から供給される信号をファン圧力振幅値Ｐ、
ファン圧力変動周波数ｆpおよびファン回転数ｆnに変換
し、信号処理部２３はこれらの情報（Ｐ，ｆp，ｆn）か
ら当該エンジン１１のファンストールが発生しているか
否かを判断する。なお、このストール検出部１１ａの各
部の詳細については後述する。１４はストール表示装置
であり、ストール検出部１１ａから「ファンストール発
生」を示すストール検出信号Ｓ3が入力された場合、例
えば、このファンストール（圧力振動）に対応する数値
を操縦パネルに表示したり、あるいは音声でパイロット
に警告する。このようにして、エンジン１１にファンス
トールが発生したことを知らせることが可能となる。Reference numeral 11a is a stall detecting section composed of a signal conditioner section 15 and a signal processing section 23.
It is mounted on the engine 11. The signal conditioner unit 15 outputs the signals supplied from the pressure sensor 12 and the rotation speed sensor 13 described above to the fan pressure amplitude value P,
The fan pressure fluctuation frequency f p and the fan rotation speed f n are converted, and the signal processing unit 23 determines from the information (P, f p , f n ) whether the fan stall of the engine 11 has occurred. . The details of each unit of the stall detection unit 11a will be described later. 14 is a stall display device, when the stall detection signal S 3 from the stall detector 11a indicating "fan stall" is input, for example, to display a number corresponding to the fan stall (pressure oscillation) in the steering panel Or voice alert the pilot. In this way, it is possible to inform the engine 11 that a fan stall has occurred.
【００１１】Ｂ．シグナルコンディショナ部１５の構成 以下、Ｓ1，Ｓ2に示す信号を入力して各々デジタル信号
（Ｐ，ｆp，ｆn）に変換するシグナルコンディショナ部
１５について説明する。１６はアンプであり、圧力セン
サ１２から供給されるファン入口圧力信号Ｓ1を増幅し
て出力する。１７はフィルタであり、信号Ｓ1の雑音を
除去したり、不要な周波数成分をカットする。１８はア
ナログ／デジタル変換器であり、ファン入口圧力信号Ｓ
1をファン圧力振幅値Ｐに変換する。また、１９は周波
数／電圧変換器であり、ファン入口圧力信号Ｓ1をファ
ン圧力変動周波数に相当する電圧に変換し、出力する。
２０はアナログ／デジタル変換器であり、周波数に相当
する電圧をファン圧力変動周波数ｆpに変換する。２１
は周波数／電圧変換器であり、回転数センサ１３から供
給される回転信号Ｓ2をファン回転数に相当する電圧に
変換し、出力する。２２はアナログ／デジタル変換器で
あり、回転数に相当する電圧をファン回転数ｆnに変換
する。B. Configuration of Signal Conditioner Section 15 Hereinafter, the signal conditioner section 15 which inputs the signals S 1 and S 2 and converts them into digital signals (P, f p , f n ) will be described. Reference numeral 16 is an amplifier which amplifies and outputs the fan inlet pressure signal S 1 supplied from the pressure sensor 12. A filter 17 removes noise of the signal S 1 and cuts unnecessary frequency components. 18 is an analog / digital converter, which is a fan inlet pressure signal S
Convert 1 to fan pressure amplitude value P. A frequency / voltage converter 19 converts the fan inlet pressure signal S 1 into a voltage corresponding to the fan pressure fluctuation frequency and outputs the voltage.
An analog / digital converter 20 converts a voltage corresponding to a frequency into a fan pressure fluctuation frequency f p . 21
Is a frequency / voltage converter, which converts the rotation signal S 2 supplied from the rotation speed sensor 13 into a voltage corresponding to the fan rotation speed and outputs the voltage. An analog / digital converter 22 converts a voltage corresponding to the rotation speed into a fan rotation speed f n .
【００１２】Ｃ．信号処理部２３の構成 図２を参照し、上述したシグナルコンディショナ部１５
より出力される３つのデジタル信号（Ｐ，ｆp，ｆn）を
入力して、エンジン１１にファンストールが発生してい
るか否かを判断する信号処理部２３について説明する。
この図において、２４はＣＰＵであり、この信号処理部
２３全体を制御する。また、ＲＯＭ２５には所定の判定
処理を実行する制御プログラムが記憶されている。２６
はＲＡＭであり、制御プログラムを実行する際に使用さ
れる各フラグ、レジスタ等のワークエリアとして用いら
れる。また、シグナルコンディショナ部１５からの各入
力信号（Ｐ，ｆp，ｆn）は、ＣＰＵ２４に取り込まれ
る。C. Configuration of Signal Processing Unit 23 The signal conditioner unit 15 described above with reference to FIG.
The signal processing unit 23 that inputs the three digital signals (P, f p , f n ) output from the output and determines whether or not the fan stall has occurred in the engine 11 will be described.
In this figure, 24 is a CPU, which controls the entire signal processing unit 23. Further, the ROM 25 stores a control program that executes a predetermined determination process. 26
Is a RAM, and is used as a work area for each flag, register, etc. used when executing the control program. Further, each input signal (P, f p , f n ) from the signal conditioner unit 15 is taken in by the CPU 24.
【００１３】Ｄ．実施例の動作 次に、上記構成による実施例の動作について説明する。
まず、エンジン駆動状態において、圧力センサ１２から
ファン入口圧力信号Ｓ1および回転センサ１３から回転
信号Ｓ2を各々入力すると、シグナルコンディショナ部
１５は以下の各信号（Ｐ，ｆp，ｆn）に変換して出力す
る。すなわち、ファン入口の圧力の振幅値を取り出して
ファン圧力振幅値Ｐに、また該圧力の振幅変化をファン
圧力変動周波数ｆpに、さらにファン周波数からファン
回転数ｆnに各々変換される。これらの信号（Ｐ，ｆp，
ｆn）が信号処理部２３に取り込まれると、ＣＰＵ２４
は制御プログラムにより、データ（Ｐ，ｆp，ｆn）が以
下に示す２つの条件，を同時に満たすか否かを判断
する。この結果、条件，を同時に満たす時にエンジ
ン１１に「ファンストール」が発生したと見なす。 Ｐ（ファン圧力振幅値）が定められた範囲内に入る。 Ｐmin ＜ Ｐ ≦ Ｐmax ｆp（ファン圧力変動周波数）を整数で割った値がＫ1
・ｆnおよびＫ2・ｆnで定められる範囲に入る。 ｆn×Ｋ1 ≦ ｆp／ｎ ≦ ｆn×Ｋ2 （ｎ＝１，２，３，Ｋ1＜１，Ｋ2＜１，Ｋ1＜Ｋ2） すなわち、ファン圧力振幅値Ｐが下限振幅レベルＰmin
と上限振幅レベルＰmaxとの間にあるか否かを判断す
る。ここで、下限振幅レベルＰminと上限振幅レベルＰ
maxとは、エンジンの構造に応じて定まる値であって、
予め実験的に得る値である。また、ファン圧力変動周波
数ｆpを整数ｎ（ｎ＝１，２，３のいずれか）で除算し
た値が、Ｋ1・ｆnとＫ2・ｆnとの間にあるか否かを判断
する。なお、ファン回転周波数ｆnに乗算される乗算係
数Ｋ1，Ｋ2もエンジンの構造に応じて定まる値であっ
て、予め実験的に得る値である。そして、上記条件を同
時に満たした場合は、ストール検出信号Ｓ3がストール
検出部１１ａより出力される。そして、ストール表示装
置１４は、ストール検出信号Ｓ3に応じて操縦パネルに
「ファンストール発生」を表示したり、あるいはパイロ
ットにファンストール発生を音声などで知らせることが
できる。D. Operation of Embodiment Next, the operation of the embodiment having the above configuration will be described.
First, when the fan inlet pressure signal S 1 is input from the pressure sensor 12 and the rotation signal S 2 is input from the rotation sensor 13 in the engine driven state, the signal conditioner unit 15 outputs the following signals (P, f p , f n ). Converted to and output. That is, the amplitude value of the pressure at the fan inlet is extracted and converted into the fan pressure amplitude value P, the amplitude change of the pressure is converted into the fan pressure fluctuation frequency f p , and the fan frequency is converted into the fan rotation speed f n . These signals (P, f p ,
When f n ) is taken into the signal processing unit 23, the CPU 24
The control program determines whether or not the data (P, f p , f n ) simultaneously satisfies the following two conditions. As a result, it is considered that the "fan stall" has occurred in the engine 11 when the conditions are simultaneously satisfied. P (fan pressure amplitude value) falls within the defined range. The value obtained by dividing P min <P ≤ P max f p (fan pressure fluctuation frequency) by an integer is K 1.
• Enter the range defined by f n and K 2 · f n . f n × K 1 ≦ f p / n ≦ f n × K 2 (n = 1,2,3, K 1 <1, K 2 <1, K 1 <K 2 ) That is, the fan pressure amplitude value P is the lower limit. Amplitude level P min
And the upper limit amplitude level P max . Here, the lower limit amplitude level P min and the upper limit amplitude level P
max is a value determined according to the structure of the engine,
It is a value obtained experimentally in advance. Further, it is determined whether or not a value obtained by dividing the fan pressure fluctuation frequency f p by an integer n (n = 1, 2, or 3) is between K 1 · f n and K 2 · f n. To do. It should be noted that the multiplication coefficients K 1 and K 2 by which the fan rotation frequency f n is multiplied are also values that are determined according to the structure of the engine and are values that are experimentally obtained in advance. When the above conditions are simultaneously satisfied, the stall detection signal S 3 is output from the stall detection unit 11a. The stall display device 14 may notify or display the "fan stall" the steering panel according to the stall detection signal S 3, or a fan stall occurs pilot voice.
【００１４】以上説明したように、この実施例によれ
ば、簡単な制御プログラムおよび、簡単なハード構成で
ファンストール発生を検出可能としたので、重量制限の
厳しい航空起用ジェットエンジン（ターボファンエンジ
ン）にも搭載可能である。As described above, according to this embodiment, it is possible to detect the occurrence of fan stall with a simple control program and a simple hardware structure. Therefore, the jet engine (turbo fan engine) for aviation with severe weight restrictions is used. It can also be installed.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジンファン入口の圧力を検出し、該圧力に相当する
圧力信号を出力する圧力センサと、エンジンの回転数を
検出し、該回転数に相当する回転信号を出力する回転数
センサと、圧力信号をファン圧力振幅値と、該圧力信号
の変動を表すファン圧力変動周波数とに変換すると共
に、回転信号をファン回転周波数に変換して出力する信
号変換手段と、ファン圧力振幅値、ファン圧力変動周波
数およびファン回転周波数が所定の判定条件に合致する
か否かを判断し、該判定条件に合致した場合にファンス
トールの発生を表すストール信号を出力する信号処理手
段とを設けたので、簡易な構成でエンジン搭載を可能と
しつつ、ファンストールを検出することができるエンジ
ンのファンストール検出装置を提供することができると
いう効果がある。As described above, according to the present invention,
A pressure sensor that detects the pressure at the inlet of the engine fan and outputs a pressure signal corresponding to the pressure, a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the engine and outputs a rotation signal that corresponds to the rotation speed, and a pressure signal A signal converting means for converting a fan pressure amplitude value and a fan pressure fluctuation frequency representing a fluctuation of the pressure signal, and converting a rotation signal into a fan rotation frequency for output, a fan pressure amplitude value, a fan pressure fluctuation frequency and A signal processing unit that determines whether the fan rotation frequency meets a predetermined determination condition and outputs a stall signal indicating that a fan stall has occurred when the determination condition is satisfied is provided. There is an effect that it is possible to provide an engine fan stall detection device that can detect a fan stall while allowing the engine to be mounted.
【図１】本発明の一実施例によるエンジンのファンスト
ール検出装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an engine fan stall detection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】同実施例における信号処理部の構成を示すブロ
ック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a signal processing unit in the embodiment.
１１……ターボファンエンジン（エンジン）、 １１ａ……ストール検出部（信号変換手段、信号処理手
段）、 １２……圧力センサ、 １３……回転数センサ、 １４……ストール表示装置、 １５……シグナルコンディショナ部（信号変換手段）、 ２３……信号処理部（信号処理手段）。11 ... Turbofan engine (engine), 11a ... Stall detection unit (signal conversion means, signal processing means), 12 ... Pressure sensor, 13 ... Rotation speed sensor, 14 ... Stall display device, 15 ... Signal Conditioner section (signal conversion means), 23 ... Signal processing section (signal processing means).
Claims (1)
圧力に相当する圧力信号を出力する圧力センサと、 前記エンジンの回転数を検出し、該回転数に相当する回
転信号を出力する回転数センサと、 前記圧力信号をファン圧力振幅値と、該圧力信号の変動
を表すファン圧力変動周波数とに変換すると共に、前記
回転信号をファン回転周波数に変換して出力する信号変
換手段と、 前記ファン圧力振幅値、ファン圧力変動周波数およびフ
ァン回転周波数が所定の判定条件に合致するか否かを判
断し、該判定条件に合致した場合にファンストールの発
生を表すストール信号を出力する信号処理手段とを具備
することを特徴とするエンジンのファンストール検出装
置。1. A pressure sensor for detecting a pressure at an engine fan inlet and outputting a pressure signal corresponding to the pressure, and a rotation speed for detecting a rotation speed of the engine and outputting a rotation signal corresponding to the rotation speed. A sensor; a signal conversion unit that converts the pressure signal into a fan pressure amplitude value and a fan pressure fluctuation frequency that represents fluctuation of the pressure signal, and that converts the rotation signal into a fan rotation frequency and outputs the fan rotation frequency; A signal processing means for determining whether or not the pressure amplitude value, the fan pressure fluctuation frequency, and the fan rotation frequency meet a predetermined determination condition, and outputting a stall signal indicating the occurrence of a fan stall when the determination condition is satisfied. An engine fan stall detection device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP438293A JPH06213000A (en) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Fan stall detecting device of engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP438293A JPH06213000A (en) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Fan stall detecting device of engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213000A true JPH06213000A (en) | 1994-08-02 |
Family
ID=11582812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP438293A Withdrawn JPH06213000A (en) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Fan stall detecting device of engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06213000A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101886636A (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-17 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Fan combination |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP438293A patent/JPH06213000A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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