Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Feststellung von Schäden an Rädern schienengebundener Fahrzeuge aufgrund der durch einen Radschaden erzeugten Geräusche.The invention relates to methods and devices forDetection of damage to wheels on railsVehicles due to wheel damageSounds.
Während zu Zeiten der Dampflokomotive an jeder größeren Station jedes Rad von einem Bahnbediensteten mit einem Hammer angeschlagen wurde und aufgrund des Klanges des angeschlagenen Rades kontrolliert wurde, ob das Rad weiterhin fahrtauglich war, wurde diese Praxis nach Einführung der Verschweißung von Schienenstößen aufgegeben, da man Kontrollen in längeren Zeitabschnitt bei Wartungsarbeiten in Ausbesserungswerken für ausreichend hielt, um die Betriebssicherheit von Fahrwerken sicherzustellen. In der Tat ist über Jahre hinaus diese Praxis mit Erfolg ausgeübt worden. Mit sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten hat sich diese Praxis jedoch als unzureichend erwiesen. Denn Defekte an Rädern und Fahrgestellen treten bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten öfter auf.At times of the steam locomotive at every major oneStation each wheel from a train operator with oneHammer was struck and due to the sound of thechecked wheel was checked whether the wheelwas still roadworthy, this practice becameIntroduction of welding of rail jointsgive, since one gives controls in longer period of timeMaintenance work in repair shops for sufficientstopped to ensure the operational safety of landing gearto deliver. Indeed, this praxis have been exercised with success. With very high drivinghowever, this practice has become too fastproven enough. Because defects on wheels and Fahrgeplaces occur at very high driving speedsmore often.
Bisher bekannte oder vorgeschlagene Überwachungssysteme entsprechen den Anforderungen an einen modernen Fahrbetrieb nicht. Sie wurden wegen hoher Störanfälligkeit, hoher Fehlschaltungen und hoher Kosten verworfen. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wird der Betrieb zunehmend rauher, die Beschleunigungen beim überfahren von Weichen extrem hoch, was zur Folge hat, daß eingesetzte Sensoren nicht mehr sicher funktionieren.Monitoring systems known or proposed to dateme meet the requirements of a modernNot driving. They became susceptible to interferencediscarded, high malfunctions and high costs.Operation increases at high speedsmend rougher, the accelerations when driving overTurnouts extremely high, which has the consequence that usedSensors no longer work safely.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, mit einfachen marktüblichen Mitteln eine hochwirksame Anlage zur Überwachung des Fahrverhaltens von schienengebundenen Fahrzeugen zu schaffen, die durch Überprüfung von Gefahren meldenden Signalen eine hohe Sicherheit gegen Fehlalarm und Fehlzugbremsungen schafft.The invention avoids the disadvantages of the prior artTechnology. It is the object of the invention with simplea commercially effective investment inMonitoring the driving behavior of railboundTo create vehicles by reviewing Gesignals that report a high level of securityCreates false alarms and incorrect braking.
Die Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus:
Schäden an Laufrädern von Schienenfahrzeugen, wie:
The invention is based on the following knowledge:
Damage to the wheels of rail vehicles, such as:
bewirken ein Fahrgeräusch, das sich signifikant von dem Fahrgeräusch bei intakten Rädern unterscheidet.cause a driving noise that differs significantly from thatDistinguishes driving noise with intact wheels.
Bei einer Beschädigung der Radlauffläche, des seitlichen Führungskranzes; oder Verschiebung der Radreifen, tritt beim Auftreffen der schadhaften Stellen auf den Schienenstrang ein "Geräusch" auf, das sich deutlich von den anderen Fahrgeräuschen abhebt. Dieses "hämmernde" Geräusch tritt mit einer Sequenz entsprechend dem Radumfang und der Fahrgeschwindigkeit auf, so daß es aus dem Gesamtspektrum der Fahrgeräusche herausgefiltert und als Alarmsignal an den Lokführer gemeldet resp. eine Bremsung des Zuges automatisch eingeleitet werden kann.If the wheel tread is damaged, the sideChen wreath; or shifting the tire,occurs when the damaged areas hitRail track made a "noise" that is evidentstands out from the other driving noises. This "hammeringde "Noise occurs with a sequence corresponding to theWheel circumference and driving speed so that it filmed out of the total spectrum of driving noisestert and reported to the train driver as an alarm signalresp. braking of the train is initiated automaticallycan be.
Die Erfindung besteht darin, daß man die Fahrgeräusche in elektrische Signale wandelt, daß man eine Frequenz- und/oder Amplitudenselektion in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder von der Frequenz der Umdrehung eines Rades und/oder dem bei jeweils einer Radumdrehung zurückgelegten Weg vornimmt, daß man daraus feststellt, ob eine Sequenz des Auftretens von Impulsen vorliegt, die bei jeweils gleicher Winkelstellung des Rades auftreten und/oder die bei gleicher Fahrgeschwindigkeit gleich bleibt, und daß man bei sich mehrmals wiederholender Feststellung des Auftretens eines Impulses ein Alarmsystem oder eine Notbremsung auslöst.The invention consists in that the driving noisesconverts into electrical signals that a frequency and /or amplitude selection depending on theDriving speed and / or frequency of orderrotation of a wheel and / or that of one wheel at a timerevolution covered way that one makes out of itdetermines whether a sequence of occurrence of pulsesen is present, each with the same angular positionof the wheel occur and / or the same Fahrgespeed remains the same, and that you have more with yourselfrepetitive determination of the occurrence of aImpulse triggers an alarm system or an emergency stop.
Dieses Verfahren führt zu einer sicheren Erkennung von Radschäden, die sich durch Geräuschbildung zu erkennen geben, und das sind nahezu alle Schäden, insbesondere aber solche, die eine Unfallursache werden können.This procedure leads to a reliable detection ofWheel damage that can be recognized by noisegive, and that's almost all damage, especiallybut those that can become the cause of an accident.
Zur Durchführung dieses Verfahrens dient erfindungsgemäß eine Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, daß der Ausgang eines akustischen Sensors, das einem Rad oder einem mit Rädern versehenen Drehgestell zugeordnet ist, an eine Schaltung angeschlossen ist, die eine Frequenz- und/oder Amplitudenselektion in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder von der Frequenz der Umdrehung eines Rades und/oder dem bei jeweils einer Radumdrehung zurückgelegten Weg vornimmt, daß der Aus gang dieser Schaltung an den Eingang einer weiteren Schaltung zur Feststellung der Sequenz des Auftretens von Impulsen, die bei jeweils gleicher Winkelstellung des Rades auftreten und bei gleicher Fahrgeschwindigkeit gleich bleiben, angeschlossen ist, wobei an den Ausgang dieser Schaltung eine weitere Schaltung angeschlossen ist, welche bei sich mehrmals wiederholender Feststellung des Auftretens eines Impulses, der die Sequenz des Auftretens von Impulsen anzeigt, ein Alarmsystem oder eine Notbremsung aus löst.According to the invention, this method is used to carry out this methodaccording to a device which is characterized in thatthe output of an acoustic sensor that a wheelor assigned to a bogie with wheelsis connected to a circuit that a Frefrequency and / or amplitude selection depending onthe driving speed and / or the frequency of theRotation of a wheel and / or one at a timeWheel revolution covered path that makes the off gang this circuit to the input of anotherCircuit for determining the sequence of occurrenceof pulses, each with the same angular positionof the wheel occur and at the same driving speedspeed remain the same, being connected to theThe output of this circuit is another circuitis closed, which is repeated several timesDetermination of the occurrence of an impulse that the Seindicates the occurrence of pulses, an alarmsystem or an emergency stop.
Diese Anlage läßt sich mit marktüblichen Gerätschaften aufbauen, und zwar ohne hohen Aufwand. Sie erkennt Raddefekte außerordentlich schnell und kann entsprechend Alarm auslösen.This system can be used with standard equipmentbuild up, without much effort. She recognizes wheeldefects extremely quickly and can accordinglyTrigger alarm.
Dazu dienen handelsübliche akustische Sensoren und/oder Beschleunigungsgeber, wobei mindestens einem jeder Achse oder jedem Drehgestell zugeordnetem Sensor ein elektronischen Netzwerk mit selektiver Durchlaßcharakteristik sowie ein mit einer Vergleichsschaltung und Alarmanlage und/oder Notbremsanlage ausgestattetes Auswertgerät nachgeschaltet ist.Commercial acoustic sensors and / or are used for thisAccelerometer, with at least one each Achse or a sensor assigned to each bogietronic network with selective transmission characteristicsstik as well as one with a comparison circuit and alarmsystem and / or emergency braking system equipped evaluationdevice is connected downstream.
Bei dieser Anlage ist es zweckmäßig, wenn das Netzwerk mit selektiver Durchlaßcharakteristik ein Frequenzfilter und/oder eine Additionsschaltung ist, in der dem Ausgangssignal eines akustischen Sensors das Ausgangssignal eines einer anderen Achse oder einem anderen Drehgestell zugeordneten ,akustischen Sensors überlagert ist. Beide Alternativen selektieren sicher auftretende Radgeräusche von anderen Geräuschen und detektieren da durch Rad- und oder Radlagerdefekte.With this system it is useful if the networka frequency filter with selective transmission characteristicster and / or an addition circuit in which theOutput signal of an acoustic sensor the outputsignal of another axis or anotherAcoustic sensor assigned to bogie superimposedis. Both alternatives select safely occurring onesWheel noise from other noises and detect there due to wheel and or wheel bearing defects.
Die Erkennung von Geräusche aus lösenden Radschäden kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf verschiedene Weise erfolgen, je nachdem, ob Geräusche erkannt werden sollen, die, wie es bei noch kleineren Schäden vorkommt, vom allgemeinen Geräuschpegel verdeckt werden, oder ob Geräusche ermittelt werden sollen, die den allgemeinen Geräuschpegel überschreiten.The detection of noise from loosening wheel damage canaccording to the inventive method to variousDepending on whether noises are detectedare supposed to, as is the case with even smaller damagecomes from the general noise level,or whether noises should be determined that the allexceed the mean noise level.
Im erstgenannten Fall, wenn Geräusche erkannt werden sollen, die, wie es bei noch kleineren Schäden vorkommt, vom allgemeinen Geräuschpegel verdeckt werden, geht man so vor, daß man feststellt, ob ein akustischer Impuls immer wieder und an derselben Stelle des Radumfanges auftritt.In the former case, when noises are recognizedare supposed to, as is the case with even smaller damagecomes from the general noise level,one proceeds in such a way that one determines whether an acousticImpulse again and again and in the same place of the radumcatch occurs.
Eine Möglichkeit, dieses festzustellen, besteht darin, daß die Frequenzselektion mit einer elektronischen Vergleichsschaltung und einem Speicher für die Speicherung mehrerer Messungen durchgeführt wird, in der die Geräuschspektren mehrerer Radumdrehungen miteinander verglichen werden und festgestellt wird, ob es Stellen gibt, an denen bei jeder Radumdrehung ein Impuls und/oder gar der gleiche Impuls auftritt.One way to determine this is tothat the frequency selection with an electronic Verequalization circuit and a memory for storageseveral measurements is carried out in which the Gever noise spectra of several wheel revolutionsbe compared and it is determined whether there are jobswhere there is a pulse and /or the same impulse occurs.
Bei diesem Verfahren kann man so vorgehen, daß man durch vom Rad in einer bestimmten Radstellung während der kontinuierlichen Radumdrehung ausgelöste Impulse, wie man sie z. B. durch einen Vorsprung an einer bestimmten Stelle des Rades auslösen kann, jeweils eine Folge von zeitlichen Intervallen beginnen läßt, daß man die Amplituden der vom akustischen Sensor abgegebenen elektrischen Signale in Amplitudenintervalle einordnet und daß man durch Vergleich nacheinander bei mehreren Radumdrehungen aufgenommener Signalfolgen ermittelt, ob in ständiger Wiederholung in einzelnen bestimmten Zeit- und Amplitudenintervallen vom akustischen Sensor erzeugte Signale immer wieder auftreten.In this procedure you can proceed in such a way thatby from the wheel in a certain wheel position duringthe impulses triggered by the continuous wheel rotation,how to B. by a projection on a becertain point of the wheel can trigger one at a timeSequence of time intervals lets begin that the amplitudes of those emitted by the acoustic sensorclassifies electrical signals in amplitude intervalsand that by comparing successively with severalWheel revolutions of recorded signal sequences determine whetherin constant repetition in individual specific time andAmplitude intervals from the acoustic sensorwitnessed signals occur again and again.
Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Schaltung, in der durch vom Rad in einer bestimmten Radstellung während der kontinuierlichen Radumdrehung ausgelöste Impulse jeweils eine Folge von zeitlichen Intervallen beginnen lassen, in der die Amplituden der vom akustischen Sensor abgegebenen elektrischen Signale in Amplitudenintervalle eingeordnet werden und in der durch Vergleich nacheinander bei mehreren Radumdrehungen aufgenommene Signalfolgen ermittelt wird, ob in ständiger Wiederholung in einzelnen bestimmten Zeit- und Amplitudenintervallen vom akustischen Sensor erzeugte Signale immer wieder auftreten.A scarf is used to perform this proceduretung in which by the wheel in a certain wheelposition during the continuous wheel rotationloosened impulses each a sequence of temporal Inlet intervals begin, in which the amplitudes of theelectrical signals emitted by the acoustic sensorbe classified in amplitude intervals and in theby comparing successively with several wheel revolutionsgene recorded signal sequences is determined whether inconstant repetition in individual certain time andAmplitude intervals from the acoustic sensorwitnessed signals occur again and again.
Auf diese Weise kann man Geräuschimpulse identifizieren, welche zwar in ständiger Wiederholung auftreten, aber noch im allgemeinen Lärmpegel versteckt sind, d. h. aus dem allgemeinen Lärmpegel nicht herauszuhören sind.In this way one can identify noise impulseswhich occur in constant repetition,but are still hidden in general noise levels, d. H.cannot be heard from the general noise level.
Ist ein Defekt am Rad so groß, daß durch ihn Geräusche erzeugt werden, welche aus dem allgemeinen Lärmpegel herauszuhören sind, so ermittelt man diese z. B. dadurch, daß man die Fahrgeräusche in elektrische Signale wandelt und/oder an den Radlagern, den Drehgestellen oder den Radachsen gemessene Beschleunigungen in elek trische Signale wandelt, daß man ein mittleres Niveau der Amplitude dieser elektrischen Signale ermittelt oder vorgibt, daß man dieses Amplitudenniveau überschreitende Signale als Spitzensignale ermittelt, daß man die Wiederholungsfrequenz des Auftretens dieser Spitzensignale ermittelt und dann feststellt, ob diese Frequenz gleich der Radumdrehungsfrequenz ist und/oder daß man ermittelt, ob die auftretenden Spitzensignale bei immer wieder bei dem gleichen Winkel der Raddrehung auftreten und daß man bei sich mehrmals wiederholender Feststellung der Frequenz- und/oder Winkelübereinstimmung ein Alarmsystem oder eine Notbremsung auslöst.Is a defect on the wheel so big that it makes noiseare generated, which from the general noise levelcan be heard, so one determines this z. B. thereby making the driving noise into electrical signalsconverts and / or on the wheel bearings, the bogiesor accelerations measured in elec tric signals converts that one is a medium levelthe amplitude of these electrical signals determinedor pretends that one over this amplitude levelstriding signals as peak signals determines thatone the repetition rate of occurrence of thisDetects peak signals and then determines whether theseFrequency is equal to the wheel rotation frequency and / orthat one determines whether the occurring peak signalsat the same angle of the wheel rotation again and againoccur and that one repeats itself several timesFinding the frequency and / or angle matchalarm system or an emergency stop.
Dieses Verfahren läßt sich sehr einfach dadurch ausführen, daß die elektrischen Ausgangssignale von an den Radlagern, den Drehgestellen oder den Radachsen angeordneten akustischen Sensoren oder Beschleunigungsgebern in den Eingang einer Schaltung geleitet sind, die ein mittleres Niveau der Amplitude dieser elektrischen Signale ermittelt, daß eine Schaltung vorgesehen ist, an deren Ausgang dieses Amplitudenniveau überschreitende Signale als Spitzensignale erscheinen, daß eine weitere Schaltung vorgesehen ist, die die Wiederholungsfrequenz des Auftretens dieser Spitzensignale ermittelt und die dann feststellt, ob diese Frequenz gleich der Radumdrehungsfrequenz ist und/oder die ermittelt, ob die auftretenden Spitzensignale bei immer wieder dem gleichen Winkel der Raddrehung auftreten, und daß dieser Schaltung eine Schaltung nachgeschaltet ist, die bei sich mehrmals wiederholender Feststellung der Frequenz- und/oder Winkelübereinstimmung ein Alarmsystem oder eine Notbremsung auslöst.This procedure can be carried out very simplyren that the electrical output signals from to theWheel bearings, the bogies or the wheel axlesarranged acoustic sensors or acceleration devicesbern are fed into the input of a circuit whicha medium level of the amplitude of this electricalSignals determined that a circuit is providedat the output of which exceed this amplitude levelde signals appear as peak signals that a whitetere circuit is provided which the repetitionfrequency of occurrence of these peak signals determinedand then determines if that frequency is equal to thatIs the wheel revolution frequency and / or which determines whetherthe peak signals appearing at the again and againsame angle of wheel rotation occur and that theThis circuit is followed by a circuit thatif the Frean alarm systemor triggers an emergency stop.
Dabei kann es vorteilhaft sein, daß man zur Feststellung der Radfrequenz z. B. das Vorbeilaufen eines am Rad befindlichen Vorsprunges an einem am Chassis des Wagens oder am Drehgestell angebrachten induktiven Geber nutzt, um bei jeder Radumdrehung einmal einen elektrischen Impuls zu erzeugen, und dann untersucht, ob im Intervall zwischen zwei solchen Impulsen ein oder mehrere akustisch ausgelöste Impulse in immer wieder der gleichen Anzahl auftreten.It can be advantageous that the Feststeldevelopment of the wheel frequency z. B. walking past the wheelprojection on one of the chassis of the caror inductive sensors attached to the bogieuses one electric for each wheel revolutiongenerating momentum and then examines whether inInterval between two such impulses one or morerere acoustically triggered impulses in thesame number occur.
Dabei führt man zur Ermittlung des Normalpegels eine beliebige zeitliche Integration der elektrischen Signale durch.In doing so, one carries out a determination of the normal levelany time integration of the electrical signale through.
Die Sicherheit der Raddefekterkennung läßt sich dadurch erhöhen, daß man wiederholt ermittelt, ob die Spitzensignale in immer wieder gleicher Impulsfolge pro Radumdrehung auftreten.The security of the wheel defect detection can thereby beincrease that one repeatedly determines whether the peakssignals in the same pulse sequence per radumrotation occur.
Solche Messungen sind auf gerader Strecke ebenso wie in der Kurve ausführbar. Solche Messungen werden aber durch das Überfahren von Weichen erheblich gestört. Daher ist es von Wichtigkeit, daß man durch Messung ermittelt, ob die befahrene Schienenoberfläche zusammenhängend ist und bei fehlendem Zusammenhang die Feststellung des Auftretens von geräuscherzeugenden Defekten kurzzeitig für ein bestimmtes Zeitintervall aussetzt. Dazu dient eine Meßvorrichtung, die ermittelt, ob die befahrene Schienenoberfläche zusammenhängend ist, z. B. ein induktiver Geber, der bei ununterbrochener Schiene am Ausgang ein kontinuierliches Signal liefert, und eine nachgeschaltete Unterbrecherschaltung zur Unterbrechung der Messungen für ein bestimmtes Zeitintervall, die in Tätigkeit tritt, wenn das am Ausgang des induktiven Gebers gelieferte Signal sich oder seinen Wert ändert.Such measurements are as straight as inthe curve executable. Such measurements are, howeverconsiderably disturbed by crossing points. ThereIt is important that by measuring itaverages whether the rail surface being traveled togetheris hanging and if there is no connection the festivalposition of the occurrence of noise-producing defectsbriefly for a certain time intervalputs. A measuring device is used to determinewhether the trafficked rail surface is contiguousis, e.g. B. an inductive transducer, the at uninterruptedner rail at the output a continuous signalfert, and a downstream circuit breaker to interrupt measurements for a particular oneTime interval that comes into action when that is offsignal of the inductive transmitter itself orchanges its value.
Eine weitere vielleicht noch einfacher ausführbare Möglichkeit der Ausführung dieses Verfahrens besteht darin, daß die Frequenzselektion mit einem elektronischen Frequenzfilter eines bestimmten Durchlaßbereiches durchgeführt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Durchlaßbereich des Filters (Bandbreite) in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und Radumfang veränderlich ist. Dazu ist der Durchlaßbereich des Frequenzfilters des Netzwerkes mit selektiver Durchlaßcharakteristik entsprechend der Fahrgeschwindigkeit variierbar, was sich in einer computerisierten Anlage mit den Mitteln eines marktüblichen Computers und entsprechender Software leicht realisieren läßt.Another, perhaps more easily executable, optionThere is a possibility of executing this methodrin that frequency selection with an electronicFrequency filter of a certain pass bandis carried out. It is useful if thePassband of the filter (bandwidth) dependingspeed and wheel circumferenceis such. This is the pass band of the frequencyFilters of the network with a selective pass-through characterteristics vary according to the driving speedbar, which is in a computerized system with theMeans of a commercially available computer and correspondsoftware can be easily implemented.
Um Fehlalarm oder gar Fehlnotbremsungen auszuschließen ist es zweckmäßig, wenn man die Messung in bestimmten Zeitintervallen ausführt und in bestimmten Zeitintervallen wiederholt und erst bei mehrfach wiederholter Defektanzeige Alarm oder eine Notbremsung auslöst.To rule out false alarms or even emergency brakingit is useful if the measurement in certainExecutes time intervals and in certain time intervalsvallen repeated and only when repeated several timesDefect display triggers alarm or emergency braking.
Eine Ortung des defekten Rades kann man dadurch vornehmen, daß man jedem Rad oder jeder Radachse oder jedem Drehkranz einen akustischen Sensor und/oder einen Beschleunigungsgeber zuordnet, alle auf einen bestimmten Normalpegel abgleicht und dann die Amplituden der von diesen erzeugten Spitzensignale miteinander vergleicht und den Sensor mit dem höchsten Spitzenwert er mittelt.This allows you to locate the defective wheeltake that any wheel or wheel axle or everthe slewing ring an acoustic sensor and / or oneAccelerator assigned, all to a specificth normal level and then the amplitudes of thever generated from these peak signalsequals and the sensor with the highest peak value averages.
Zur Erhöhung der Raddefekterkennung ist es wertvoll, daß man die Fahrgeräusche oder aus den Fahrgeräuschen ermittelte Charakteristika von zwei oder mehreren vor- oder hintereinander laufenden Rädern miteinander vergleicht.To increase wheel defect detection, it is valuablethat the driving noises or from the driving noisesdetermined characteristics of two or morever wheels running in front or behind each otherequal.
Eine weitere Möglichkeit der Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß man bei Fahrten auf einer bestimmten Strecke das Geräuschprofil aufzeichnet und bei einer nachfolgenden Fahrt mit dem bei dieser aufgezeichneten Geräuschprofil vergleicht.Another way of carrying out the procedurerens is that when driving on a beagreed route and recorded the noise profilea subsequent trip with the one on this onedrawn noise profile.
Apparativ ist es vorteilhaft, wenn die Schaltung zur Frequenzselektion aus einer elektronischen Vergleichsschaltung und einem Speicher für die Speicherung mehrerer Messungen besteht, in dem die Geräuschspektren mehrerer Radumdrehungen miteinander verglichen werden und festgestellt wird, ob es Stellen gibt, an denen bei jeder Radumdrehung ein Impuls oder gar der gleiche Impuls auftritt.In terms of apparatus, it is advantageous if the circuit forFrequency selection from an electronic comparisoncircuit and a memory for storing morererer measurements, in which the noise spectraseveral wheel revolutions can be comparedand it is determined whether there are places whereevery impulse a pulse or even the same Impulse occurs.
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |