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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von Bauteilen, insbesonderevon Gasturbinenbauteilen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgendenSchritte: a) Bereitstellen eines zu reparierenden Bauteils mit mindestenseinem beschädigtenBauteilabschnitt; b) Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnitts;c) Auftragen von Material durch Laserpulverauftragsschweißen im Bereichdes oder jeden entfernten Bauteilabschnitts zur Erneuerung des entsprechendenBauteilabschnitts; d) Laserabtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenemMaterial zur Anpassung des oder jeden erneuerten Bauteilabschnittsan eine vorgegebene Bauteilkontur, wobei vorzugsweise das Laserpulverauftragschweißen unddas Laserabtragen ohne Änderung derAufspannung des zu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtungdurchgeführtwerden.
    公开号:DE102004002551A1
    申请号:DE102004002551
    申请日:2004-01-17
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Erwin Dr. Bayer；Karl-Hermann Dr. Richter
    申请人:MTU Aero Engines GmbH；
    IPC主号:B23K26-34
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur von Bauteilen, insbesonderevon Gasturbinenbauteilen, gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtungzur Reparatur von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen,gemäß dem Oberbegriff desPatentanspruchs 11.
    [0002] Gasturbinenbauteile,wie zum Beispiel Schaufeln von Gasturbinen, unterliegen während des Betriebseinem Verschleiß insbesonderedurch Oxidation, Korrosion, Erosion sowie Vogelschlag oder auchHagelschlag. Durch den oben genannten Verschleiß der Gasturbinenbauteile kannes erforderlich werden, dieselben nach Beschädigung dadurch zu reparieren,dass beschädigteAbschnitte bzw. Bereiche der Gasturbinenbauteile entfernt sowienach dem Entfernen der beschädigtenAbschnitte bzw. Bereiche dieselben erneuert werden.
    [0003] Nachdem Stand der Technik wird bei einer solchen Reparatur von Gasturbinenbauteilenso vorgegangen, dass zum Entfernen der beschädigten Abschnitte bzw. Bereiche,zum Erneuern dieser Abschnitte bzw. Bereiche sowie zum anschließenden Bearbeitender erneuerten Abschnitte bzw. Bereiche unterschiedlichste Verfahrenzum Einsatz kommen, die auf jeweils speziell angepassten Einrichtungen bzw.Vorrichtungen durchgeführtwerden. So ist es aus dem Stand der Technik zum Beispiel bekannt, beschädigte Schaufelspitzenvon Gasturbinenschaufeln durch Laserpulverauftragschweißen zu erneuern undbeim Laserpulverauftragschweißenzuviel aufgetragenes Material durch einen anschließenden Zerspanprozess,zum Beispiel durch Fräsen,zu entfernen. Das Laserpulverauftragschweißen sowie das Fräsen werdendann auf unterschiedlichen Maschinen durchgeführt, was ein mehrmaliges Aufspannen deszu reparierenden Gasturbinenbauteils auf den unterschiedlichen Maschinenerforderlich macht. Hierdurch wird die Reparatur beschädigter Gasturbinenbauteilesehr aufwendig. Weiterhin könnenmit einem derartigen Reparaturverfahren zum Beispiel als Hohlschaufelnausgebildete Gasturbinenschaufeln nicht repariert werden, da innereOberflächenvon Hohlbauteilen auf diese Art und Weise nicht erzeugt werden können.
    [0004] Hiervonausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,ein neuartiges Verfahren zur Reparatur von Bauteilen, insbesonderevon Gasturbinenbauteilen, und eine entsprechende Vorrichtung zuschaffen.
    [0005] DiesesProblem wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasstdas Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstelleneines zu reparierenden Bauteils mit mindestens einem beschädigten Bauteilabschnitt;b) Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnitts; c)Auftragen von Material durch Laserpulverauftragschweißen im Bereichdes oder jeden entfernten Bauteilabschnitts zur Erneuerung des entsprechendenBauteilabschnitts; d) Laserabtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenemMaterial zur Anpassung des oder jeden erneuerten Bauteilabschnittsan eine vorgegebene Bauteilkontur, wobei vorzugsweise das Laserpulverauftragschweißen unddas Laserabtragen ohne Änderungder Aufspannung des zu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtungdurchgeführtwerden.
    [0006] ImSinne des erfindungsgemäßen Verfahrenswird das Laserpulverauftragschweißen mit einem sich anschließenden Laserabtragenkombiniert, wobei das Laserabtragen mithilfe von Laserstrahlschneidenund/oder Laserstrahl-Feinabtragen,insbesondere Laserpolieren, durchgeführt wird. Wird das Laserpulverauftragschweißen in Kokilledurchgeführt,so kann sich unmittelbar an das Laserpulverauftragschweißen einLaserstrahl-Feinabtragen anschließen. Vorzugsweise wird dasLaserpulverauftragschweißensowie das Laserabtragen auf derselben Vorrichtung durchgeführt, wodurchdas Laserpulverauftragschweißensowie das Laserabtragen in einem kombinierten Arbeitsgang durchgeführt werden können, ohnedie Aufspannung des zu reparierenden Bauteils zu verändern. Hierdurchergibt sich einerseits eine Vereinfachung des Reparaturverfahrens undandererseits könnenhierdurch auch Hohlbauteile repariert werden.
    [0007] Nacheiner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Entfernendes oder jeden beschädigtenBauteilabschnitts mit Hilfe von Laserabtragen, insbesondere vonLaserstrahlschneiden, durchgeführt,wobei das Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnitts ohne Änderungder Aufspannung des zu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtungdurchgeführtwird wie das Laserpulverauftragschweißen und das sich hieran anschließende Laserabtragen.
    [0008] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungzur Reparatur von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen,ist in Patentanspruch 11 definiert.
    [0009] BevorzugteWeiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen undder nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Er findungwerden, ohne hierauf beschränktzu sein, an Hand der Zeichnung nähererläutert.Dabei zeigt:
    [0010] 1 einzu reparierendes Gasturbinenbauteil in stark schematisierter Seitenansichtin vier unterschiedlichen Bearbeitungsstufen zur Verdeutlichungdes erfindungsgemäßen Verfahrens;und
    [0011] 2 einePrinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung deserfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0012] Nachfolgendwird unter Bezugnahme auf 1 das erfindungsgemäße Verfahrenzur Reparatur von Bauteilen in größerem Detail beschrieben. 1 zeigteine Gasturbinenschaufel 10 in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen, wobeidurch Pfeile 11 das Aufeinanderfolgen der unterschiedlichenBearbeitungszuständevisualisiert wird.
    [0013] Nachdem erfindungsgemäßen Verfahren wirdein zu reparierendes Bauteil, im gezeigten Ausführungsbeispiel die zu reparierendeGasturbinenschaufel 10, bereitgestellt, wobei ein beschädigter Abschnittbzw. Bereich der Gasturbinenschaufel 10 entfernt wird.So zeigt die Darstellung der 1 am linkenRand eine Gasturbinenschaufel 10 mit einem bereits entfernten,beschädigtenAbschnitt, wobei es sich bei dem bereits entfernten, beschädigten Abschnittum eine Spitze der Gasturbinenschaufel 10 handelt. DasEntfernen der beschädigtenSchaufelspitze der Gasturbinenschaufel 10 erfolgt im Sinneder hier vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Laserabtragen,vorzugsweise durch Laserstrahlschneiden.
    [0014] ImAnschluss an das Entfernen der beschädigten Schaufelspitze durchvorzugsweise Laserstrahlschneiden wird erfindungsgemäß die entfernte Schaufelspitzedurch Laserpulverauftragschweißen erneuert,wobei ein durch Laserpulverauftragschweißen erneuerter Bauteilabschnittin 1 durch die Bezugsziffer 12 gekennzeichnetist. Wie 1 entnommen werden kann, wirdbeim Laserpulverauftragschweißenzuviel Material aufgetragen, sodass eine Außenkontur 13 des durchLaserpulverauftragschweißenerneuerten Bauteilabschnitts 12 gegenüber einer Außenkontur 14 derGasturbinenschaufel 10 vorsteht. Nachfolgend wird im Sinneder hier vorliegenden Erfindung durch Laserabtragen das durch Laserpulverauftragschweißen zuvielaufgetragene Material derart im Bereich der Außenkontur 13 des erneuertenBauteilabschnitts 12 abgetragen, das der erneuerte Bauteilabschnitt 12 aneine vorgegebene Bauteilkontur angepasst wird. Das Laserpulverauftragschweißen sowiedas Laserabtragen werden im Sinne der hier vorliegenden Erfindungvorzugsweise in einem kombinierten Arbeitsgang auf ein und der selbenVorrichtung ohne Änderungder Aufspannung der zu reparierenden Gasturbinenschaufel 10 aufder Vorrichtung durchgeführt.
    [0015] DasLaserabtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenem Materialerfolgt mithilfe von Laserstrahlschneiden und/oder Laserstrahl-Feinabtragen, insbesondereLaserpolieren. Das Laserstrahlschneiden ist dann erforderlich, wenn,wie in 1 dargestellt, beim Laserpulverauftragschweißen deutlichzu viel Material aufgetragen wurde. In diesem Fall wird im Anschlussan das Laserpulverauftragschweißenin einem ersten Schritt durch Laserstrahlschneiden Material vomerneuerten Bauteilabschnitt 12 derart abgetragen, dasssich die in 1 dargestellte Außenkontur 15 einstellt.Die sich nach dem Laserstrahlschneiden einstellende Außenkontur 15 deserneuerten Bauteilabschnitts 12 ist bereits deutlich andie Außenkontur 14 derGasturbinenschaufel 10 angepasst. Im Anschluss an das Laserstrahlschneidenwird dann im Sinne der Erfindung noch eine Oberflächenbearbeitungim Bereich der sich nach dem Laserstrahlschneiden einstellendenAußenkontur 15 durchLaserstrahl-Feinabtragen derart vorgenommen, dass letztendlich eineAußenkontur 16 imBereich des erneuerten Bauteilabschnitts bereitgestellt wird, diean die Außenkontur 14 derGasturbinenschaufel 10 exakt angepasst ist. Bei dem in 1 dargestelltenAusführungsbeispielwird demnach im Anschluss an das Laserpulverauftragschweißen zuerstein Laserstrahlschneiden und im Anschluss an das Laserstrahlschneidenein Laserstrahl-Feinabtragen des durch Laserpulverauftragschweißen erneuertenBauteilabschnitts 12 durchgeführt. Das Laserstrahlschneidenzum Entfernen des beschädigtenBauteilabschnitts, das Laserpulverauftragschweißen sowie das Laserabtragenmithilfe von Laserstrahlschneiden und Laserstrahl-Feinabtragen werdenbeim Ausführungsbeispielder 1 auf ein und derselben Vorrichtung durchgeführt, ohnedie Aufspannung des zu reparierenden Bauteils auf der Vorrichtung ändern zumüssen.
    [0016] Essei darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Laserpulverauftragschweißen alsLaserpulverauftragschweißenin Kokille durchgeführtwird, das Auftragen von Material wesentlich genauer ausgeführt werdenkann. In diesem Fall liegt nach dem Laserpulverauftragschweißen einerneuerter Bauteilabschnitt 12 vor, dessen Außenkonturmit der Außenkontur 15 desBauteilabschnitts 12 der 1 verglichenwerden kann. Nach einem Laserpulverauftragschweißen in Kokille kann demnachunmittelbar das Laserabtragen mithilfe von Laserstrahl-Feinabtragen,insbesondere von Laserpolieren, durchgeführt werden. In diesem Fallkann demnach nach dem Laserpulverauftragschweißen auf ein Laserstrahlschneidenverzichtet werden und unmit telbar die Oberflächenbearbeitung durch Laserstrahl-Feinabtragenerfolgen.
    [0017] ImSinne der hier vorliegenden Erfindung wird, wie bereits erwähnt, dasLaserpulverauftragschweißensowie das Laserabtragen mithilfe von Laserstrahlschneiden und/oderLaserstrahl-Feinabtragen in einem kombinierten Arbeitsgang auf einund derselben Vorrichtung durchgeführt. Hierzu wird der durchLaserpulverauftragschweißenerneuerte Bauteilteilabschnitt 12 vermessen, wobei dervermessene Bauteilabschnitt 12 mit einer vorgegebenen Konturverglichen wird und abhängighiervon das Laserabtragen durch Laserstrahlschneiden und/oder Laserstrahl-Feinabtragengeregelt durchgeführtwird.
    [0018] Mithilfedes hier vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahrens können beschädigte Bauteilabschnittein einer Aufspannung auf einer Vorrichtung durch Laserauftragschweißen undsich anschließendesLaserabtragen repariert und in ihrer Kontur rekonstruiert werden.Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrenslassen sich auch bei Hohlschaufeln oder sonstigen Hohlbauteileninnere Strukturen, insbesondere innere Oberflächen, rekonstruieren und bearbeiten.Die Konturen der erneuerten Bauteilabschnitte bzw. Bauteilbereichesind im Mikrometer-Bereich genau rekonstruierbar.
    [0019] Dasoben beschriebene, erfindungsgemäße Verfahrenkann auf der in 2 stark schematisiert dargestellten,erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Reparatur von Bauteilen durchgeführt werden. Die in 2 dargestellteVorrichtung 17 umfasst ein Maschinengestell 18 sowieeine Einrichtung 19 zum Aufspannen des zu reparierendenBauteils in der Vorrichtung 17. Die Einrichtung 19 zumAufspannen des zu reparierenden Bauteils ist auf einer Bewegungseinrichtung 20 gelagert,wobei mithilfe der Bewegungseinrichtung 20 das in der Einrichtung 19 aufgespannte,zu reparierende Bauteil beliebig im Raum positioniert werden kann.Hierzu umfasst die Bewegungseinrichtung 20 mehrere Bewegungseinheiten 21, 22 und 23,die eine translatorische sowie rotatorische Bewegung der Einrichtung r zumAufspannen des zu reparierenden Bauteils und damit des zu reparierendenBauteils ermöglichen.
    [0020] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungzur Reparatur von Bauteilen umfasst des weiteren eine Einrichtung 24 zumLaserpulverauftragschweißenzur Erneuerung eines vom aufgespannten, zu reparierenden Bauteilsentfernten, beschädigtenBauteilabschnitts. Die Einrichtung 24 zum Laserpulverauftragschweißen istdabei vorzugsweise als Einrichtung zum Laserpulverauftragschweißen in Kokilleausgebildet.
    [0021] Weiterhinist in die erfindungsgemäße Vorrichtung 17 eineEinrichtung 25 zum Laserstrahlschneiden und/oder eine Einrichtung 26 zumLaserstrahl-Feinabtragenintegriert. Die Einrichtung 25 zum Laserstrahlschneidendient insbesondere dem Entfernen eines beschädigten Bauteilabschnitts vom zureparierenden Bauteil und/oder dem Abtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenem Material.Die Einrichtung 26 zum Laserstrahl-Feinabtragen, insbesondere zum Laserpolieren,dient der Oberflächenbearbeitungdes oder jeden erneuerten Bauteilabschnitts.
    [0022] Umdas Laserabtragen durch Laserstrahlschneiden und/oder Laserstrahl-Feinabtragen konturgenaudurchführenzu können,ist in die erfindungsgemäße Vorrichtung 17 weiterhineine nicht-dargestellte Messeinrichtung integriert, um nach demAuftragen von Material durch Laserpulverauftragschweißen denoder jeden erneuerten Bauteilabschnitt zu vermessen. Die hierbeiermittelten Messwerte werden an eine nicht-dargestellte Steuereinrichtungbzw. Regeleinrichtung übermittelt,die den vermessenen, erneuerten Bauteilabschnitt mit einer vorgegebenenKontur vergleicht und abhängig hiervondas Laserabtragen durch Laserstrahlschneiden und/oder Laserstrahl-Feinabtragendurchführt. Aufder erfindungsgemäßen Vorrichtungkann demnach ein einmal eingespanntes bzw. aufgespanntes, zu reparierendesBauteil ohne Änderungder Aufspannung konturgenau repariert werden.
    10 Gasturbinenschaufel 11 Pfeil 12 Bauteilabschnitt 13 Kontur 14 Kontur 15 Kontur 16 Kontur 17 Vorrichtung 18 Maschinengestell 19 Bewegungseinrichtung 20 Bewegungseinheit 21 Bewegungseinheit 22 Bewegungseinheit 23 Einrichtung 24 Einrichtung 25 Einrichtung
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Verfahren zur Reparatur von Bauteilen, insbesonderevon Gasturbinenbauteilen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a)Bereitstellen eines zu reparierenden Bauteils mit mindestens einembeschädigtenBauteilabschnitt, b) Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnitts, c)Auftragen von Material durch Laserpulverauftragschweißen im Bereichdes oder jeden entfernten Bauteilabschnitts zur Erneuerung des entsprechendenBauteilabschnitts, d) Laserabtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenemMaterial zur Anpassung des oder jeden erneuerten Bauteilabschnittsan eine vorgegebene Bauteilkontur.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Laserpulverauftragschweißen und das Laserabtragen ohne Änderungder Aufspannung des zu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtungdurchgeführtwerden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Laserabtragen mit Hilfe von Laserstrahlschneiden und/oderLaserstrahl-Feinabtragen durchgeführt wird.
    [4] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, dadurchgekennzeichnet, dass im Anschluss an das Laserstrahlschneiden eineOberflächenbearbeitungdes oder jeden erneuerten Bauteilabschnitts durch Laserstrahl-Feinabtragendurchgeführtwird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Laserstrahl-Feinabtragen ohne Änderung der Aufspannung deszu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtung durchgeführt wird wiedas Laserpulverauftragschweißenund das Laserstrahlschneiden.
    [6] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Laserpulverauftragschweißen alsLaserpulverauftragschweißenin Kokille durchgeführtwird, unmittelbar an das Laserpulverauftragschweißen das Laserabtragenmit Hilfe von Laserstrahl-Feinabtragen durchgeführt wird.
    [7] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnittsmit Hilfe von Laserabtragen, insbesondere von Laserstrahlschneiden,durchgeführtwird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass das Entfernen des oder jeden beschädigten Bauteilabschnitts durchLaserabtragen ohne Änderungder Aufspannung des zu reparierenden Bauteils auf derselben Vorrichtungdurchgeführtwird wie das Laserpulverauftragschweißen und das sich an das Laserpulverauftragschweißen anschließende Laserabtragen.
    [9] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen von Materialdurch Laserpulverauftragschweißenzumindest der oder jeder erneuerte Bauteilabschnitt vermessen wird,wobei der oder jeder vermessene Bauteilabschnitt mit einer vorgegebeneKontur verglichen wird, und wobei abhängig hiervon das Laserabtragendurchgeführtwird.
    [10] Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehrerender Ansprüche1 bis 9 zur Reparatur von Gasturbinenbauteilen, insbesondere zurReparatur von Schaufelspitzen beschädigter Schaufeln, insbesonderebeschädigterHohlschaufeln.
    [11] Vorrichtung zur Reparatur von Bauteilen, insbesonderevon Gasturbinenbauteilen, mit einer Einrichtung (19) zumAufspannung des zu reparierenden Bauteils, und mit einer Einrichtung(23) zum Laserpulverauftragschweißen zur Erneuerung mindestenseines zuvor entfernten, beschädigtenBauteilabschnitts, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtungeine Einrichtung zum Laserabtragen von durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenem Materialintegriert ist, um den oder jeden erneuerten Bauteilabschnitt aneine vorgegebene Bauteilkontur anzupassen.
    [12] Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass in dieselbe eine Einrichtung (24) zum Laserstrahlschneidenintegriert ist, um den oder jeden beschädigten Bauteilabschnitt vomzu reparierenden Bauteil zu entfernen und/oder um durch Laserpulverauftragschweißen aufgetragenesMaterial abzutragen.
    [13] Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,dass in dieselbe eine Einrichtung (25) zum Laserstrahl-Feinabtragenintegriert ist, um eine Oberflächenbearbeitungdes oder jeden erneuerten Bauteilabschnitts zu ermöglichen.
    [14] Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (23) zumLaserpulverauftragschweißenals Einrichtung zum Laserpulverauftragschweißen in Kokille ausgebildetist.
    [15] Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass in dieselbe weiterhin eine Messeinrichtungintegriert ist, um nach dem Auftragen von Material durch Laserpulverauftragschweißen denoder jeden erneuerten Bauteilabschnitt zu vermessen, und dass weiterhinin dieselbe eine Steuer- oder Regeleinrichtung integriert ist, umden oder jeden vermessenen Bauteilabschnitt mit einer vorgegebeneKontur zu vergleichen und anhängighiervon das Laserabtragen durchzuführen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004002551B4|2007-06-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-18| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-12-06| 8363| Opposition against the patent|
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    2014-08-14| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B23K0026340000 Ipc: B23K0026342000 |
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    2014-09-25| R107| Publication of grant of european patent rescinded|Effective date: 20140925 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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