WO2010072477A2 - Zahnradanordnung - Google Patents
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- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
Definitions
- the invention relates to a gear arrangement for a delivery unit according to the preamble of claim 1.
- a toothed rotor set is known, with a rotatable outer rotor and an eccentrically mounted in the bore inner rotor bearing pockets for planetary gears, wherein the planetary gears form a toothing.
- Object of the present invention is to provide a gear arrangement which allows a particularly low-wear and low-friction operation of a delivery unit.
- a material pairing in the contact area between the rollers and the outer rotor comprises a ceramic material and a metallic material, a particularly low-wear and low-friction contact between the rollers and the outer rotor is ensured.
- the erfindungsge- Permitted gear arrangement particularly well suited for an interval or continuous operation.
- the gear arrangement according to the invention is also particularly suitable for media to be conveyed, which produce no or only a slight lubricating effect.
- the material pairing which includes a ceramic and a metallic material, it is possible to prevent the rollers and the outer rotor from overheating and, in the worst case, from locally welding or "eating away".
- the rollers can be stored very precisely at o- in the outer rotor. This is very important because the rollers form a toothing partner for the external toothing of the inner rotor. By a geometrically exact toothing of the rollers and the inner rotor, an improved sealing effect can be generated between these components, so that a delivery unit with such a gear arrangement has a high volumetric efficiency.
- a particularly exact bearing of the rollers on or in the outer rotor results when the outer rotor pocket-shaped recesses, which serve to receive a respective roll.
- the rollers each have a contact surface made of a ceramic material and that the outer rotor has a contact surface made of a metallic material.
- the rollers each have a contact surface made of a metallic material and that the outer rotor has a contact surface made of a ceramic material.
- the rollers are made of the material of the contact surfaces of the rollers. These roles are thus exclusively from one of the materials of formed material pairing, so that they are particularly easy to produce urm, for example, by sintering.
- a pair of materials in contact areas between the rollers and the inner rotor comprises a ceramic material and a metallic material.
- a friction and low-wear contact is ensured even in these contact areas.
- a particularly low-friction operation of a delivery unit is possible, which has a high volumetric efficiency even after a long period of operation.
- the inner rotor has a contact surface, which is made of the same material as a contact surface of the outer rotor. This ensures that the contact surfaces of the rollers are in different contact areas each in contact with the same material. This can prevent the contact of the rollers with one of the rotors from affecting the contact of the rollers with the other of the rotors.
- the inner rotor is made of the material of the contact surface of the inner rotor, so that this can be particularly simple, in particular urforming, produced.
- rollers each have a fine rolling toothing
- the inner rotor has an internal rotor fine toothing, which meshes with the roller fine teeth.
- the metallic material of a material pairing is a sintered material, in particular sintered steel.
- a sintered steel is a non-rusting material, so that, irrespective of a medium to be conveyed, corrosion of parts of the gear arrangement can be prevented.
- the metallic material is curable or cured.
- the invention also relates to a delivery unit, in particular an internal gear pump, with a gear arrangement described above.
- a delivery unit in particular an internal gear pump
- gear arrangement described above.
- Figure 1 is a plan view of a gear arrangement of a delivery unit.
- a gear arrangement generally designated by the reference numeral 10, comprises an outer rotor 12, which is rotatable about a centric outer rotor axis 14.
- the outer rotor 12 is substantially annular.
- the outer rotor 12 has a plurality of pocket-shaped recesses 16, which are distributed around the outer rotor axis 14 around.
- the recesses are distributed around the outer rotor axis 14 around.
- the recesses 16 extend over an angle 20, which is more than 180 °.
- the recesses 16 are regularly distributed with respect to a pitch circle 22 of the outer rotor 12.
- the recesses 16 serve to support a respective roller 24.
- the rollers 24 are substantially cylindrical and have a contact surface 26, which is in particular finely toothed.
- a maximum outer diameter 28 of a roller 24 is slightly smaller than a minimum diameter 30 of a recess 16, so that the rollers 24 are each rotatably mounted about roller axes 32 on the outer rotor 12.
- the internal toothing 34 cooperates with an external chemistryveriereung 36 of an inner rotor 38.
- the internal toothing 34 has one tooth more than the external toothing 36.
- the inner rotor 38 is rotatable about an inner rotor axis 40.
- the inner rotor axis 40 runs parallel to the outer rotor axis 14.
- the outer rotor axis 14 and the inner rotor axis 40 are offset relative to each other so that the inner rotor 38 is mounted eccentrically to the outer rotor 12.
- the external toothing 36 of the inner rotor 38 has a contact surface 42, which faces radially outward relative to the inner rotor axis 40.
- the contact surface 42 is provided with an internal rotor fine toothing 44. This fine toothing cooperates with a roller fine toothing 46. In this way, achieved by the contact of the rollers and the inner rotor 38 sealing effect can be increased.
- rollers 24 and the outer rotor 12 are in contact areas 48 in contact. In a contact region 48, a roller 24 slides with its contact surface 26 on a contact surface 18 of the outer rotor 12 assigned to this roller.
- the rollers 24 and the inner rotor 38 are in contact areas 50 in contact. In a contact region 50, the contact surfaces 26 of the rollers act
- At least the contact surface 26 of the roller 24 is made of a ceramic material which cooperates with a contact surface 18 made of a metallic material of the outer rotor 12.
- Inner rotor 38 is also made of a metallic material, preferably of the same material from which the contact surface 18 of the outer rotor 12 is made.
- Coatings of the respective components are formed. However, it is preferred if these components, ie the outer rotor 12, the rollers 24 and / or the inner rotor 38, are each made exclusively of the same material.
- the inner rotor 38 for example with the aid of an indicated in Figure 1 drive shaft 52, driven about the inner rotor shaft 40, for example in a driving direction indicated in Figure 1 with 54.
- the rollers 24 By the meshing engagement of the inner rotor 38 with the rollers 24, these are rotated about their roller axis 32 in a roller rotation direction 56. Since the rollers 24 together form an internal toothing 34, which interacts with the external toothing 36 of the inner rotor 38, the outer rotor 12 is also rotated about its outer rotor axis 14, corresponding to an outer rotor rotation direction indicated by 58 in FIG 54 of the inner rotor 38 corresponds.
- the contact surfaces 26 of the rollers 24 are in sliding friction with the contact surfaces 18 of the outer rotor 12.
- the material pairing with a ceramic material on the one hand and a metallic material on the other hand, this friction in the contact areas 48 can be significantly reduced and wear be prevented.
- the contact surfaces 26 of the rollers 24 or the rollers 24 are made entirely of a metallic material, while the contact surfaces 18 of the outer rotor 12 or the outer rotor 12 is made entirely of a ceramic material.
- the contact surface 42 of the inner rotor 38 is also made of a metallic material.
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Abstract
Eine Zahnradanordnung (10) für ein Förderaggregat umfasst einen Außenrotor (12), welcher eine Innenverzahnung (34) aufweist, einen exzentrisch zum Außenrotor (12) gelagerten Innenrotor (38), welcher eine mit der Innenverzahnung (34) des Außenrotors (12) kämmende Außenverzahnung (36) aufweist, wobei die Zähne der Innenverzahnung (34) des Außenrotors (12) durch am Außenrotor (12) drehbar gelagerte Rollen (24) gebildet sind. Es wird vorgeschlagen, dass eine Werkstoffpaarung in Kontaktbereichen (48) zwischen den Rollen (24) und dem Außenrotor (12) einen keramischen Werkstoff und einen metallischen Werkstoff umfasst.
Description
Beschreibung
Titel Zahnradanordnung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zahnradanordnung für ein Förderaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 10 170 A1 ist ein Verzahnungsrotorsatz bekannt, mit einem drehbaren Außenrotor und einem in der Bohrung exzentrisch gelagerten Innenrotor, der Lagertaschen für Planetenräder aufweist, wobei die Planetenräder eine Verzahnung bilden.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zahnradanordnung zu schaffen, welche einen besonders verschleiß- und reibungsarmen Betrieb eines Förderaggregats ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Zahnradanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Dadurch, dass eine Werkstoffpaarung in Kontaktbereich zwischen den Rollen und dem Außenrotor einen keramischen Werkstoff und einen metallischen Werk- stoff umfasst, ist ein besonders verschleiß- und reibungsarmer Kontakt zwischen den Rollen und dem Außenrotor gewährleistet. Hierdurch ist die erfindungsge-
mäße Zahnradanordnung besonders gut für einen Intervall- oder Dauerbetrieb geeignet.
Die erfindungsgemäße Zahnradanordnung eignet sich auch besonders gut für zu fördernde Medien, welche keine oder nur eine geringfügige Schmierwirkung erzeugen. Mit Hilfe der Werkstoff paarung, die einen keramischen und einen metallischen Werkstoff umfasst, kann verhindert werden, dass die Rollen und der Außenrotor sich übermäßig erhitzen und im ungünstigsten Fall lokal miteinander verschweißen oder "fressen".
Gleichzeitig ermöglicht es die Werkstoff paarung mit einem keramischen Werkstoff und einem metallischen Werkstoff, dass die Rollen besonders genau an o- der in dem Außenrotor gelagert werden können. Dies ist sehr wichtig, da die Rollen einen Verzahnungspartner für die Außenverzahnung des Innenrotors bilden. Durch eine geometrisch exakte Verzahnung der Rollen und des Innenrotors kann zwischen diesen Bauteilen eine verbesserte Dichtwirkung erzeugt werden, so dass ein Förderaggregat mit einer solchen Zahnradanordnung einen hohen vo- lumetrischen Wirkungsgrad aufweist.
Eine besonders exakte Lagerung der Rollen an oder in dem Außenrotor ergibt sich, wenn der Außenrotor taschenförmige Ausnehmungen aufweist, welche zur Aufnahme jeweils einer Rolle dienen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rollen je- weils eine aus einem keramischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche aufweisen und dass der Außenrotor eine aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche aufweist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rollen jeweils eine aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche aufweisen und dass der Außenrotor eine aus einem keramischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche aufweist.
Vorzugsweise sind die Rollen aus dem Werkstoff der Kontaktflächen der Rollen hergestellt. Diese Rollen sind also ausschließlich aus einem der Werkstoffe der
erfindungsgemäßen Werkstoffpaarung gebildet, so dass sie besonders leicht ur- formend herstellbar sind, beispielsweise durch Sintern.
Wenn der Außenrotor aus dem Werkstoff der Kontaktfläche des Außenrotors hergestellt ist, ergeben sich die vorstehend unter Bezugnahme auf die Rollen beschriebenen Vorteile.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn eine Werkstoffpaarung in Kontaktbereichen zwischen den Rollen und dem Innenrotor einen keramischen Werkstoff und einen metallischen Werkstoff umfasst. Hierdurch ist auch in diesen Kontaktbereichen ein reibungs- und verschleißarmer Kontakt gewährleistet. Insgesamt ist somit ein besonders reibungsarmer Betrieb eines Förderaggregats ermöglicht, welches auch nach einer langen Betriebsdauer einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad hat.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der Innenrotor eine Kontaktfläche aufweist, welche aus demselben Werkstoff hergestellt ist wie eine Kontaktfläche des Außenrotors. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Kontaktflächen der Rollen in unterschiedlichen Kontaktbereichen jeweils mit demselben Werkstoff in Kontakt stehen. Hier- durch kann verhindert werden, dass der Kontakt der Rollen mit einem der Rotoren den Kontakt der Rollen mit dem anderen der Rotoren beeinflusst.
Vorzugsweise ist der Innenrotor aus dem Werkstoff der Kontaktfläche des Innenrotors hergestellt, so dass auch dieser besonders einfach, insbesondere urfor- mend, hergestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rollen jeweils eine Rollen-Feinverzahnung aufweisen, und dass der Innenrotor eine Innenrotor- Feinverzahnung aufweist, welche mit den Rollen-Feinverzahnungen kämmt. Hierdurch kann die Dichtwirkung zwischen den Rollen und dem Innenrotor weiter erhöht werden.
Vorzugsweise ist der metallische Werkstoff einer Werkstoffpaarung ein Sinterwerkstoff, insbesondere Sinterstahl. Vorzugsweise handelt es sich bei einem sol- chen Sinterstahl um einen nicht rostenden Werkstoff, so dass unabhängig von einem zu fördernden Medium eine Korrosion von Teilen der Zahnradanordnung
verhindert werden kann. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Zahnradanordnung wird vorgeschlagen, dass der metallische Werkstoff härtbar oder gehärtet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Förderaggregat, insbesondere eine Innen- zahnradpumpe, mit einer vorstehend beschriebenen Zahnradanordnung. Auf die vorstehend beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen der Zahnradanordnung wird Bezug genommen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine Draufsicht einer Zahnradanordnung eines Förderaggregats.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Zahnradanordnung um- fasst einen Außenrotor 12, welcher um eine zentrische Außenrotorachse 14 drehbar ist. Der Außenrotor 12 ist im Wesentlichen ringförmig.
Der Außenrotor 12 weist eine Mehrzahl von taschenförmigen Ausnehmungen 16 auf, welche um die Außenrotorachse 14 herum verteilt sind. Die Ausnehmungen
16 weisen jeweils Kontaktflächen 18 auf, welche sich entlang eines Teilumfangs eines Zylindermantels erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Ausnehmungen 16 über einen Winkel 20, welcher mehr als 180° beträgt.
Die Ausnehmungen 16 sind bezogen auf einen Teilkreis 22 des Außenrotors 12 regelmäßig verteilt. Die Ausnehmungen 16 dienen zur Lagerung jeweils einer Rolle 24. Die Rollen 24 sind im Wesentlichen zylindrisch und weisen eine Kontaktfläche 26 auf, welche insbesondere feinverzahnt ist. Ein maximaler Außendurchmesser 28 einer Rolle 24 ist geringfügig kleiner als ein minimaler Durch- messer 30 einer Ausnehmung 16, so dass die Rollen 24 jeweils um Rollenachsen 32 an dem Außenrotor 12 drehbar gelagert sind.
Die in dem Rotor 12 drehbar gelagerten Rollen 24 bilden gemeinsam eine Innenverzahnung 34 des Außenrotors 12. Die Innenverzahnung 34 wirkt mit einer Au- ßenverzahnung 36 eines Innenrotors 38 zusammen. Die Innenverzahnung 34 weist einen Zahn mehr auf als die Außenverzahnung 36.
Der Innenrotor 38 ist um eine Innenrotorachse 40 drehbar. Die lnnenrotorachse 40 verläuft parallel zu der Außenrotorachse 14. Die Außenrotorachse 14 und die Innenrotorachse 40 sind zueinander versetzt, so dass der Innenrotor 38 exzent- risch zu dem Außenrotor 12 gelagert ist.
Die Außenverzahnung 36 des Innenrotors 38 weist eine bezogen auf dei Innenrotorachse 40 nach radial außen weisende Kontaktfläche 42 auf. Die Kontaktfläche 42 ist mit einer Innenrotor-Feinverzahnung 44 versehen. Diese Feinverzah- nung wirkt mit einer Rollen-Feinverzahnung 46 zusammen. Auf diese Weise kann ein durch den Kontakt der Rollen und des Innenrotors 38 erzielte Dichtwirkung erhöht werden.
Die Rollen 24 und der Außenrotor 12 stehen in Kontaktbereichen 48 miteinander in Kontakt. In einem Kontaktbereich 48 gleitet eine Rolle 24 mit ihrer Kontaktfläche 26 auf einer dieser Rolle zugeordneten Kontaktfläche 18 des Außenrotors 12.
Die Rollen 24 und der Innenrotor 38 stehen in Kontaktbereichen 50 miteinander in Kontakt. In einem Kontaktbereich 50 wirken die Kontaktflächen 26 der Rollen
24 mit der Kontaktfläche 42 des Innenrotors 38 zusammen.
Zumindest die Kontaktfläche 26 der Rolle 24 ist aus einem keramischen Werkstoff hergestellt, welche mit einer aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Kontaktfläche 18 des Außenrotors 12 zusammenwirkt. Die Kontaktfläche 42 des
Innenrotors 38 ist ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, vorzugsweise aus demselben Werkstoff, aus dem die Kontaktfläche 18 des Außenrotors 12 hergestellt ist.
Die genannten Kontaktflächen 18, 26 und 42 können beispielsweise mit Hilfe von
Beschichtungen der jeweiligen Bauteile gebildet werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn diese Bauteile, also der Außenrotor 12, die Rollen 24 und/oder der Innenrotor 38, jeweils ausschließlich aus demselben Werkstoff hergestellt sind.
Während des Betriebs eines Förderaggregats mit der Zahnradanordnung 10 wird der Innenrotor 38, beispielsweise mit Hilfe einer in Figur 1 angedeuteten An-
triebswelle 52, um die Innenrotorachse 40 angetrieben, beispielsweise in einer in Figur 1 mit 54 bezeichneten Antriebsrichtung. Durch den kämmenden Eingriff des Innenrotors 38 mit den Rollen 24 werden diese um ihre Rollenachse 32 in einer Rollendrehrichtung 56 verdreht. Da die Rollen 24 gemeinsam eine Innen- Verzahnung 34 bilden, welche mit der Außenverzahnung 36 des Innenrotors 38 zusammenwirkt, wird auch der Außenrotor 12 um dessen Außenrotorachse 14 verdreht, und zwar entsprechend einer in Figur 1 mit 58 bezeichneten Außenro- tordrehrichtung, welche der Antriebsrichtung 54 des Innenrotors 38 entspricht.
Zwischen dem Innenrotor 38 einerseits und den Rollen 24 und dem Außenrotor
12 andererseits begrenzte Räume wandern entsprechend der Drehung des Innenrotors 38 mit und vergrößern sich auf einer Saugseite 60 beziehungsweise verkleinern sich auf einer Druckseite 62. Auf diese Weise kann ein zu förderndes Medium auf der Saugseite 60 angesaugt, mit Druck beaufschlagt und der Druck- seite 62 zugeführt werden.
Während des Betriebs der Zahnradanordnung 10 stehen die Kontaktflächen 26 der Rollen 24 in Gleitreibung mit den Kontaktflächen 18 des Außenrotors 12. Durch die Werkstoffpaarung mit einem keramischen Werkstoff einerseits und ei- nem metallischen Werkstoff andererseits kann diese Reibung in den Kontaktbereichen 48 erheblich reduziert und einem Verschleiß vorgebeugt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktflächen 26 der Rollen 24 oder die Rollen 24 insgesamt aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wäh- rend die Kontaktflächen 18 des Außenrotors 12 oder der Außenrotor 12 insgesamt aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform zumindest auch die Kontaktfläche 42 des Innenrotors 38 ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Im Übrigen wird auf die vorstehende Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen.
Claims
1. Zahnradanordnung (10) für ein Förderaggregat, mit einem Außenrotor (12), welcher eine Innenverzahnung (34) aufweist, mit einem exzentrisch zum Außenrotor (12) gelagerten Innenrotor (38), welcher eine mit der Innenver- zahnung (34) des Außenrotors (12) kämmende Außenverzahnung (36) aufweist, wobei die Zähne der Innenverzahnung (34) des Außenrotors (12) durch am Außenrotor (12) drehbar gelagerte Rollen (24) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstoffpaarung in Kontaktbereichen (48) zwischen den Rollen (24) und dem Außenrotor (12) einen keramischen Werkstoff und einen metallischen Werkstoff umfasst.
2. Zahnradanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (24) jeweils eine aus einem keramischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche (26) aufweisen und dass der Außenrotor (12) eine aus einem me- tallischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche (18) aufweist.
3. Zahnradanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (24) jeweils eine aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche (26) aufweisen und dass der Außenrotor (12) eine aus einem ke- ramischen Werkstoff hergestellte Kontaktfläche (18) aufweist.
4. Zahnradanordnung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (24) aus dem Werkstoff der Kontaktflächen (26) der Rollen (24) hergestellt sind.
5. Zahnradanordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor (12) aus dem Werkstoff der Kontaktfläche (18) des Außenrotors (12) hergestellt ist.
6. Zahnradanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstoffpaarung in Kontaktbereichen (50) zwischen den Rollen (24) und dem Innenrotor (38) einen keramischen Werkstoff und einen metallischen Werkstoff umfasst.
7. Zahnradanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (38) eine Kontaktfläche (42) aufweist, welche aus demselben Werkstoff hergestellt ist wie eine Kontaktfläche (18) des Außenrotors (12).
8. Zahnradanordnung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (38) aus dem Werkstoff der Kontaktfläche (42) des Innenrotors (38) hergestellt ist.
9. Zahnradanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (24) jeweils eine Rollen- Feinverzahnung (46) aufweisen, und dass der Innenrotor (38) eine Innenrotor-Feinverzahnung (44) aufweist, welche mit den Rollen-Feinverzahnungen (46) kämmt.
10. Zahnradanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff ein Sinterwerkstoff ist.
1 1. Förderaggregat mit einer Zahnradanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09753120 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09753120 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |