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DE20100484U1 - Circuit for controlling a fluorescent sign operated by solar power - Google Patents

Circuit for controlling a fluorescent sign operated by solar power

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DE20100484U1
DE20100484U1 DE20100484U DE20100484U DE20100484U1 DE 20100484 U1 DE20100484 U1 DE 20100484U1 DE 20100484 U DE20100484 U DE 20100484U DE 20100484 U DE20100484 U DE 20100484U DE 20100484 U1 DE20100484 U1 DE 20100484U1
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resistor
thyristor
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light
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DE20100484U
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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S9/00—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply
    • F21S9/02—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator
    • F21S9/03—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator rechargeable by exposure to light
    • F21S9/032—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator rechargeable by exposure to light the solar unit being separate from the lighting unit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30—Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K17/305—Modifications for providing a predetermined threshold before switching in thyristor switches
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/941—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated using an optical detector
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/11—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the brightness or colour temperature of ambient light
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes mit mindestens einem Akkumulator als Speicher, einem Dämmerungsschalter, mindestens einer Leuchtdiode und einem eine Überladung des Akkumulators verhindernden Schwellwert-The invention relates to a circuit for controlling a solar-powered illuminated sign with at least one accumulator as storage, a twilight switch, at least one light-emitting diode and a threshold value preventing overcharging of the accumulator.

30 Schalter.30 switches.

Bei einer bekannten Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen LeuchtSchildes weist der Dämmerungsschalter zusätzlich eine Fotodiode für die Hell/Dunkel-Information auf.In a known circuit for controlling a solar-powered illuminated sign, the twilight switch also has a photodiode for the light/dark information.

Weiter ist bei einer Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes bekannt, zum Überladeschutz des Akkumulators eine schleichende Annäherung an die Maximalspannung unter Verwendung eines Transistorver-Furthermore, in a circuit for controlling a solar-powered illuminated sign, it is known to use a transistor circuit to gradually approach the maximum voltage to protect the battery from overcharging.

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stärkers vorzunehmen. Ein solcher Transistorverstärker hat einen hohen Eigenverbrauch, und außerdem führt diese Art des Überladeschutzes zu einer verringerten Lebensdauer des Akkumulators.Such a transistor amplifier has a high power consumption and, in addition, this type of overcharge protection leads to a reduced service life of the battery.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.The invention is based on the object of overcoming the disadvantages of the prior art.

An eine Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes, mit der zum Beispiel nachts eine Hausnummer mittels einer von dem Akkumulator gespeisten Leuchtdiode (LED) beleuchtet wird, werden folgende Anforderungen gestellt:The following requirements are placed on a circuit for controlling a solar-powered illuminated sign, which, for example, illuminates a house number at night using a light-emitting diode (LED) powered by the battery:

1 . Hohe Energiereserve von Akkumulator und Solarzelle bei gleichzeitig großer Lichtstärke. 2. Schonende Behandlung des Akkumulators.1. High energy reserves of battery and solar cell with high light intensity. 2. Gentle treatment of the battery.

3. Automatisches Ein- und Ausschalten.3. Automatic on and off.

4. Geringer Bauteilebedarf.4. Low component requirements.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.The object underlying the invention is solved by the circuit according to claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the circuit according to the invention are the subject of the subclaims.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung wird zur Erzielung der hohen Energiereserve ein zweizeiliger Bleiakkumulator mit 2 &khgr; 2 V, 2,5 Ah verwendet. Die Kapazität des Akkumulators würde ausreichen, um die LED, deren Arbeitsstrom nur 8 mA beträgt, 312 Stunden zu betreiben. Wegen des geringen Arbeitsstromes der LED muss die Solarzelle im Schnitt nur 100 mAh täglich nachladen. Die Solarzelle hat eine Fläche von ca. 243 cm2 und ist in der Lage, einen Ladestrom von 20 bis zu 200 mA zu liefern. Das bedeutet, dass bei einem Energiebedarf von 100 mAh pro Nacht eine halbe Stunde Sonneneinstrahlung genügt, um den Akkumulator wieder voll aufzuladen. Selbst bei ungünstigen Verhältnissen (bedeckter Himmel) reichen fünf Stunden aus, den Akkumulator zu laden.In a preferred embodiment of the circuit according to the invention, a two-line lead accumulator with 2 x 2 V, 2.5 Ah is used to achieve the high energy reserve. The capacity of the accumulator would be sufficient to operate the LED, whose operating current is only 8 mA, for 312 hours. Because of the low operating current of the LED, the solar cell only needs to be recharged on average 100 mAh per day. The solar cell has an area of approx. 243 cm 2 and is able to deliver a charging current of 20 to 200 mA. This means that with an energy requirement of 100 mAh per night, half an hour of sunlight is sufficient to fully recharge the accumulator. Even under unfavorable conditions (overcast skies), five hours are sufficient to charge the accumulator.

Aus der vorbeschriebenen Energiereserve geht hervor, dass man in der Steuerschaltung Maßnahmen treffen muss, um eine Überladung des Akkumulators zu vermeiden. Da je nachFrom the energy reserve described above, it is clear that measures must be taken in the control circuit to avoid overcharging the battery.

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Montageort mit einer Umgebungstemperatur von -200C bis 600C zu rechnen ist, wird in der Schaltung eine temperaturabhängige Ladespannungsbegrenzung bzw. ein solcher Schwellwertschalter vorgesehen.Since an ambient temperature of -20 0 C to 60 0 C is to be expected at the installation location, a temperature-dependent charging voltage limitation or such a threshold switch is provided in the circuit.

Der automatische Ein- und Ausschaltvorgang wird von einem zweistufigen Dämmerungsschalter getätigt. Die Hell/Dunkel-Information wird nicht, wie in herkömmlichen Schaltungen, einer Fotodiode, sondern der Solarzelle entnommen. The automatic switching on and off process is carried out by a two-stage twilight switch. The light/dark information is not taken from a photodiode, as in conventional circuits, but from the solar cell.

Mit herkömmlichen Schaltungen werden die beschriebenen Anforderungen zwar erfüllt, aber mit einem wesentlich größeren Aufwand.The requirements described can be met with conventional circuits, but with considerably greater effort.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfin-5 dungsgemäßen Schaltung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.A particularly preferred embodiment of the circuit according to the invention is shown in the single figure of the drawing.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung funktioniert der Dämmerungsschalter, der seine Hell/Dunkel-Information erfindungsgemäß von der Solarzelle erhält, folgendermaßen: In the circuit shown in the drawing, the twilight switch, which receives its light/dark information from the solar cell according to the invention, works as follows:

Am Tage gibt die Solarzelle eine Spannung ab, welche 2 bis 8 V betragen kann. Diese Spannung, welche am Verbindungspunkt der Diode D2 und des Widerstandes R5 anliegt, lässt durch den Widerstand R-] über die Basis-Emitter st recke 5 einen Strom durch den Transistor T-] zum gemeinsamen Minuspunkt (Masse) fließen. Dadurch ist T-] durchgeschaltet, d.h., es fließt ein Kollektorstrom vom Akkumulator über den Widerstand R3 zur Masse. Am Kollektor von T-] , welcher mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist, stellt sich eine Spannung von nahe 0 V ein. 0 V an der Basis von T2 bedeutet, der Transistor T2 ist gesperrt und über die LED D-) fließt kein Strom (d. h. die LED leuchtet nicht) .During the day, the solar cell gives off a voltage that can be between 2 and 8 V. This voltage, which is present at the junction of diode D2 and resistor R5, causes a current to flow through resistor R-] via the base-emitter section 5 through transistor T-] to the common negative point (ground). This turns T-] on, i.e. a collector current flows from the battery via resistor R3 to ground. A voltage of almost 0 V is established at the collector of T-], which is connected to the base of transistor T2. 0 V at the base of T2 means that transistor T2 is blocked and no current flows through LED D-) (i.e. the LED does not light up).

In der Nacht gibt die Solarzelle keine Spannung ab, über R-] kann kein Strom zur Basis von T-] fließen, folglich ist T-] hochohmig (unterbrochen) . Die Akkumulator spannung, welche über R3 einen Basisstrom durch T2 über den Widerstand R4 zur Masse fließen lässt, hat zur Folge, dass vom Akkumulator über die Strecke D-) , Kollektor-Emitter von T2At night, the solar cell does not give off any voltage, no current can flow through R-] to the base of T-], and as a result T-] is highly resistive (interrupted). The battery voltage, which allows a base current to flow through R3 through T2 via the resistor R4 to ground, results in the battery over the distance D-) , collector-emitter of T2

und R4 ein Strom zur Masse fließt: Die LED brennt. Der Widerstand R2 stellt eine phasengleiche Rückkopplung vom Kollektor von D2 zur Basis von T-] dar. Damit wird eine Verkürzung der Umschaltzeit erreicht. Der Kondensator C-j bewirkt eine Gegenkopplung, welche eine eventuelle Schwingneigung der Schaltung unterbindet.and R4 a current flows to ground: the LED lights up. The resistor R2 represents an in-phase feedback from the collector of D2 to the base of T-]. This shortens the switching time. The capacitor C-j causes a negative feedback which prevents any tendency of the circuit to oscillate.

Der Schwellwertschalter zur Ladespannungsbegrenzung, der erfindungsgemäß statt eines Transistorverstärkers einen 0 Thyristor verwendet, der einen abrupten Abschaltvorgang bei exakt einstellbarer Schaltschwelle (±0,1 V) ergibt und im ungezündeten Zustand keinen Strom verbraucht, funktioniert bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung folgendermaßen :The threshold switch for limiting the charging voltage, which according to the invention uses a 0 thyristor instead of a transistor amplifier, which results in an abrupt switch-off process with a precisely adjustable switching threshold (±0.1 V) and consumes no current when not ignited, functions as follows in the circuit shown in the drawing:

Im Ruhezustand der Schaltung fließt von der Solarzelle über D2 ein Ladestrom zum Akkumulator. Das kontinuierliche Ansteigen der Akkumulatorspannung bewirkt auch einen Spannungsanstieg am Spannungsteiler aus den Widerständen R5, Rg, und den Dioden 03, D4. Der Schleifer des Stellwider-Standes Rg ist so eingestellt, dass bsi einer Umgebungstemperatur von 200C und einer Akkumulatorspannung von 4,6V die Zündschwelle des Thyristors erreicht wird, worauf der Thyristor durchschaltet. Der Ladevorgang ist somit unterbrochen. Ist der Thyristor durchgeschaltet und damit niederohmig, setzt die Spannungsbegrenzung ein. An der Anode des Thyristors liegt eine Spannung von etwa 0,5 V an. Diese Spannung ist zum Ansteuern des Dämmerungsschalters zu klein, d. h. die Leuchtdiode erlischt nicht mit Sicherheit. Aus diesem Grunde ist in Reihe mit dem Thyristor die Diode D5 geschaltet. Diese Diode erzeugt einen zusätzlichen Spannungsabfall von, in diesem Falle, etwa 0,7 V, der sich zum Spannungsabfall am Thyristor addiert. Es ergibt sich somit bei der dargestellten Ausführungsform eine Gesamtspannung von etwa 1,2 V, die zum sicheren Ansteuern des Dämmerungsschalters ausreicht.When the circuit is at rest, a charging current flows from the solar cell to the battery via D2. The continuous increase in the battery voltage also causes a voltage increase at the voltage divider made up of resistors R5, Rg and diodes D3, D4. The wiper of the variable resistor Rg is set so that the ignition threshold of the thyristor is reached at an ambient temperature of 20 0 C and a battery voltage of 4.6 V, whereupon the thyristor switches on. The charging process is thus interrupted. If the thyristor is switched on and therefore has a low resistance, the voltage limitation starts. A voltage of around 0.5 V is present at the anode of the thyristor. This voltage is too low to control the twilight switch, ie the LED does not go out with certainty. For this reason, diode D5 is connected in series with the thyristor. This diode generates an additional voltage drop of, in this case, about 0.7 V, which is added to the voltage drop across the thyristor. In the embodiment shown, this results in a total voltage of about 1.2 V, which is sufficient to reliably control the twilight switch.

Halbleiterdioden haben einen temperaturabhängigen Durchlasswiderstand. Diese Eigenschaft wird genutzt, um mit den Dioden D3, D4 den Temperaturgang des Thyristors und derSemiconductor diodes have a temperature-dependent forward resistance. This property is used to measure the temperature response of the thyristor and the

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Diode D2 zu kompensieren und gleichzeitig eine umgebungstemperaturabhängige Ladespannungsbegrenzung zu erreichen. Der Kondensator C2 verhindert ungewollte Zündvorgänge des Thyristors durch Störspannungen. Der Thyristor bleibt durchgeschaltet bis zum Eintritt der Dunkelheit und damit fehlender Spannung an der Solarzelle.Diode D 2 is used to compensate and at the same time to achieve a charging voltage limit dependent on the ambient temperature. The capacitor C 2 prevents unwanted ignition of the thyristor due to interference voltages. The thyristor remains switched on until darkness sets in and there is no voltage at the solar cell.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben die Bauteile der in der Zeichnung dargestellten Schaltung folgende Werte:According to a particularly advantageous embodiment, the components of the circuit shown in the drawing have the following values:

Stückliste: R1 ,R5 = 56 kQ C1 = 22 nF C2 = 2,2 MF D-, = LED D2-D5 = 1 N 4007 R6 = 5 kQ T1,T2 = BC 546Parts list: R 1 ,R 5 = 56 kQ C 1 = 22 nF C 2 = 2.2 MF D-, = LED D 2 -D 5 = 1 N 4007 R 6 = 5 kQ T 1 ,T 2 = BC 546

Th = Thyristor &khgr; 0202&Mgr;&Agr;Th = thyristor &khgr;0202&Mgr;&Agr;

Die besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung hat einen Ruhestrombedarf von nur 0,18 mA.The particularly advantageous embodiment of the circuit according to the invention has a quiescent current requirement of only 0.18 mA.

R2R2 = 4,7 MQ= 4.7 MQ R3 R3 = 22 kQ= 22 kΩ R4 R4 = 150 Ohm= 150 ohms Rere = 5 kQ= 5 kΩ

Claims (8)

1. Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes mit mindestens einem Akkumulator als Speicher, einem Dämmerungsschalter, mindestens einer Leuchtdiode und einem die Überladung des Akkumulators verhindernden Schwellwertschalter, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmerungsschalter über einen Widerstand (R1) von der Solarzelle angesteuert wird, und dass der Schellwertschalter als Schaltelement einen Thyristor (Th) aufweist. 1. Circuit for controlling an illuminated sign operated with solar power with at least one accumulator as storage, a twilight switch, at least one light-emitting diode and a threshold switch preventing overcharging of the accumulator, characterized in that the twilight switch is controlled by the solar cell via a resistor (R 1 ), and that the threshold switch has a thyristor (Th) as a switching element. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmerungsschalter ein zweistufiger Dämmerungsschalter (T1, T2) ist, bei dem am Tage der Transistor (T1) durchgeschaltet und der Transistor (T2) gesperrt ist, so dass durch die mit dem Transistor (T2) in Reihe liegende Leuchtdiode (D1) kein Strom fließt, während nachts der Transistor (T1) unterbrochen ist, so dass ein Strom vom Akkumulator durch den Leitungszweig Leuchtdiode (D1), Transistor (T2) und Widerstand (R4) fließt und damit die Leuchtdiode zum Leuchten bringt. 2. Circuit according to claim 1, characterized in that the twilight switch is a two-stage twilight switch (T 1 , T 2 ), in which during the day the transistor (T 1 ) is switched on and the transistor (T 2 ) is blocked, so that no current flows through the light-emitting diode (D 1 ) connected in series with the transistor (T 2 ), while at night the transistor (T 1 ) is interrupted, so that a current flows from the accumulator through the line branch light-emitting diode (D 1 ), transistor (T 2 ) and resistor (R 4 ) and thus causes the light-emitting diode to light up. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schwellwertschalter im Ruhezustand ein Ladestrom von der Solarzelle über eine Diode (D2) zum Akkumulator fließt, dessen Spannung am parallel dazu liegenden Spannungsteiler (R5, R6, D3, D4) anliegt, wobei der Schleifer eines Stellwiderstandes (R6) auf die Zündspannung des Thyristors eingestellt ist. 3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that in the threshold switch in the idle state a charging current flows from the solar cell via a diode (D 2 ) to the accumulator, the voltage of which is applied to the voltage divider (R 5 , R 6 , D 3 , D 4 ) arranged parallel thereto, the wiper of a variable resistor (R 6 ) being set to the ignition voltage of the thyristor. 4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Widerstand (R1) und Transistor (T1) auf der einen Seite und zwischen Leuchtdiode (D1) und Transistor (T2) auf der anderen Seite ein Widerstand (R2) liegt, der eine Verkürzung der Umschaltzeit bewirkt. 4. Circuit according to claim 2, characterized in that between the resistor (R 1 ) and the transistor (T 1 ) on the one hand and between the light-emitting diode (D 1 ) and the transistor (T 2 ) on the other hand there is a resistor (R 2 ) which causes a shortening of the switching time. 5. Schaltung nach Anspruch 2 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Widerstand (R1) und Transistor (T1) auf der einen Seite und zwischen Widerstand (R3) und der Verbindung vom Kollektor von T1 und Basis von T2 auf der anderen Seite ein Kondensator (C1) liegt, der Schwingungen der Schaltung unterbindet. 5. Circuit according to claim 2 and/or 4, characterized in that between resistor (R 1 ) and transistor (T 1 ) on the one hand and between resistor (R 3 ) and the connection of the collector of T 1 and base of T 2 on the other hand there is a capacitor (C 1 ) which prevents oscillations of the circuit. 6. Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stellwiderstand (R6) und Thyristor (Th) auf der einen Seite und Masse auf der anderen Seite ein Kondensator (C2) liegt, der ungewollte Zündvorgänge des Thyristors durch Störspannungen verhindert. 6. Circuit according to claim 1 or 3, characterized in that between the variable resistor (R 6 ) and thyristor (Th) on the one side and ground on the other side there is a capacitor (C 2 ) which prevents unwanted firing of the thyristor due to interference voltages. 7. Schaltung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem parallel zur Solarzelle geschalteten Thyristor (Th) eine Diode (D5) in Reihe liegt, um bei niederohmigem Zustand des Thyristors (Th) eine ausreichende Spannung zum Ansteuern des Dämmerungsschalters zu erhalten. 7. Circuit according to one or more of the preceding claims, characterized in that a diode (D 5 ) is connected in series with the thyristor (Th) connected in parallel to the solar cell in order to obtain a sufficient voltage for controlling the twilight switch when the thyristor (Th) is in a low-resistance state. 8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wie in der einzigen Figur der Zeichnung ausgebildet ist. 8. Circuit according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is designed as in the single figure of the drawing.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20110137U1 (en) 2001-06-19 2001-09-13 Heizmann, Michael, 35753 Greifenstein lamp

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Legal Events

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Effective date: 20010531

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20040326

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years

Effective date: 20070202

R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years

Effective date: 20090206

R071 Expiry of right