DE1165200B - Schmelzspinnvorrichtung fuer Faeden od. dgl. aus organischen Polymeren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: D 01 d

Deutsche Kl.: 29 a-6/31

Nummer: 1165 200

Aktenzeichen: 18868 VII a / 29 a

Anmeldetag: 3. Juli 1954

Auslegetag: 12. März 1964

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung für Fäden od. dgl. aus organischen Polymeren, bestehend aus auf der Oberfläche einer konischen Trägerplatte eng beieinander angeordneten Heizelementen, wobei im Falle einer konvexen Träger- s platte am Rand und im Falle einer konkaven Trägerplatte in der Mitte derselben Rinnen oder Kanäle für den Abfluß der Schmelze zu einer oder mehreren Pumpen vorgesehen sind.

Das zu schmelzende organische Polymer wird einer solchen Vorrichtung in Form von Schnitzeln zugeführt, die an der beheizten Trägerplatte schmelzen. Es muß nun dafür gesorgt werden, daß keine ungeschmolzenen Polymerschnitzel in die Abflußrinne oder -kanäle gelangen, da diese oder die Pumpen sonst verstopft werden. Es ist daher bekannt, Warzen oder Höcker auf der Trägerplatte vorzusehen, durch die ein Mitreißen der Schnitzel durch die fließende Schmelze verhindert wird.

Es sind ferner Schmelzspinnvorrichtungen zum Schmelzen von Polymerschnitzeln bekannt, bei denen ein Schmelzrost verwendet wird, unter dem ein Gitter od. dgl. zum Zurückhalten etwa ungeschmolzener Polymerschnitzel angeordnet ist. Die Oberfläche der bekannten Schmelzroste ist außerdem verhältnismäßig klein, so daß die in der Zeiteinheit zu schmelzende Menge sehr beschränkt ist. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, ein Gitter aus Heizrohren vorzusehen, welches gleichzeitig zum Zurückhalten der Schnitzel und zum Schmelzen derselben dient. Dadurch wird eine größere wärmeabgebende Fläche geschaffen, die eine gewisse Steigerung der zu schmelzenden Mengen mit sich bringt.

Erfindungsgemäß wird zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Fläche einer eingangs genannten Schmelzspinnvomchtung vorgeschlagen, daß die Heizelemente spitze Hohlkörper sind, die jeder sowohl mit einem bis nahe an die Spitze desselben geführten Heizflüssigkeitszuleitungsrohr versehen sind als auch mit einer Heizflüssigkeitsabflußleitung in Verbindung stehen.

Mit einer solchen Schmelzspinnvorrichtung ist es möglich, wesentlich größere Materialmengen zu verarbeiten, ohne die Temperatur der Heizelemente zu vergrößern, was bei vielen organischen Polymeren unzulässig ist.

Als besonders zweckmäßig für den Betrieb hat es sich herausgestellt, wenn die Spitzen der auf einer konischen Trägerplatte angeordneten Heizelemente in einer Ebene liegen.

Bei bestimmten Arbeitsbedingungen hat es sich ferner als zweckmäßig erwiesen, daß die Heizele-Schmelzspinnvorrichtung für Fäden od. dgl.
aus organischen Polymeren

Anmelder:

Imperial Chemical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke und Dipl.-Ing. H. Bohr,

Patentanwälte, München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

John Wildey Phipps, St. Albans (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Juli 1953, 23. Juni 1954 (Nr. 18 465)

mente mit Ausnahme ihrer Spitzen parallele Seitenflächen haben.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt in schematischer Wiedergabe im Schnitt eine Schmelzeinheit mit konischen Heizgliedern und einer zentralen Abflußöffnung für die Schmelze zur Veranschaulichung des Grundgedankens der Erfindung;

Fig. 2 zeigt die Schmelzeinheit nach Fig. 1 ebenfalls in schematischer Wiedergabe im Grundriß;

F i g. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Heizglied und läßt den Fluß des Heizmittels erkennen;

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Schmelzeinheit, welche mit Heizgliedern gemäß Fig. 3 ausgestattet ist;

F i g. 5 zeigt schematisch zur Veranschaulichung des Grundgedankens der Erfindung einen Schnitt durch eine Schmelzeinheit mit einer konvexen Trägerplatte;

F i g. 6 zeigt ebenfalls in schematischer Wiedergabe einen Grundriß einer Hälfte der Schmelzvorrichtung nach Fig. 5;

F i g. 7 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine Schmelzeinheit mit konvexer Trägerplatte, wobei die Heizglieder gleichmäßige Abmessung und Form besitzen und die Spitzen derselben in einer Ebene liegen und wobei gleichzeitig die Leitungen für das Heizmittel dargestellt sind;

Fig. 8 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine Schmelzeinheit mit durch ein Heizmedium

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beheizten Stiften mit einer mehrfachen verzweigten Zuführleitung für das Heizmittel und einer konkaven Trägerplatte, wobei eine mittlere Auslaßöffnung für die Schmelze vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Länge der Schmelzstifte nach dem Umfang der Schmelzvorrichtung zu kleiner;

Fig. 9 zeigt schematisch eine vollkommene Schmelzspinnvorrichtung und läßt die Anordnung der Zuführvorrichtung für die Polymerschnitzel und den Spinnkopf mit der Spinnpumpe und der Spinndüse erkennen.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Schema ist eine Anzahl konisch ausgebildeter Heizglieder 1 auf einer trichterförmigen Grundplatte! angebracht, welche mit einer mittleren Auslaßöffnung für die Schmelze versehen ist. Diese Auslaßöffnung ist durch einen außen angebrachten konisch zugespitzten Teil IA abgeschirmt, der an seinem unteren Schaft eine öffnung IB besitzt, welche groß genug ist, um den ungehinderten Abfluß der Schmelze zu ermöglichen, jedoch verhindert, daß nicht geschmolzenes Polymer, das gewöhnlich in der Form von Schnitzeln vorliegt, die mittlere Hauptleitung 3 verstopft.

Die senkrecht emporragenden Glieder werden von innen durch ein Heizmittel erhitzt. Zu diesem Zweck sind sie mit getrennten Einlaßrohren für das Heizmittel versehen. In F i g. 3 ist ein einzelnes Heizglied im Schnitt dargestellt; diese Figur läßt das Einlaßrohr 4 für das Heizmittel erkennen, das mit dem Haupteinlaß 5 durch die Kammer 6 verbunden ist. Der Heizdampf strömt dabei durch das Rohr 4 und wird gegen die Innenseite der Spitze des Hohlgliedes gerichtet. Die Strömung des Dampfes erfolgt infolge des Druckunterschiedes, welcher in der Einlaßkammer 6 und in der Auslaßkammer 6 B herrscht.

Der beispielsweise Abstand und die Anordnung der Heizglieder und ihre Größe ist aus den Fig. 1, 2 und 4 bis 9 zu entnehmen. Aus Fig. 2 ist beispielsweise ersichtlich, daß der Abstand zwischen den einzelnen Heizgliedern nicht gleichmäßig ist und der Abstand zwischen den einzelnen Gliedern gegen den Mittelpunkt zu enger wird. Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist demgegenüber der Abstand zwischen den Gliedern gleichmäßig und der Durchmesser jedes Gliedes nimmt, wie.aus Fig. 5 ersichtlich, bis zu einem gleichmäßigen Querschnitt an seiner Unterseite zu, mit der es an dem Träger 9 B angebracht ist. Es ist einleuchtend, daß die Abstände zwischen den einzelnen Gliedern entweder dadurch geändert werden können, daß die Steigung der Glieder gleichmäßiger Größe geändert wird, oder daß die Größe der Stifte gleichmäßiger Steigung geändert wird oder daß die Stifte mit Flanschen oder Rändern von gleichmäßiger oder nicht gleichmäßiger Breite versehen werden. ■

In Fig. 4 ist eine Anzahl von Heizgliedern dargestellt, welche auf einem trichterförmig gestalteten Träger 23 angebracht sind. Das Heizmittel wird durch eine Einlaßöffnung 27 den Heizgliedern 24 durch eine gemeinsame Kammer 25 zugeführt. Der Rückfluß erfolgt durch eine Sammelkammer 26 und durch ein Ablaßrohr 27 A. Ein größeres Heizglied28, das gewünschtenfalls so ausgebildet ist, daß es ein geflanschtes Ende eines Schraubenförderers aufnehmen kann, überspreizt die öffnung 29 und ermöglicht den freien Ablauf der Schmelze, während es gleichzeitig die Hauptablaßöffnung 30 für die Schmelze soweit abdeckt, daß nicht geschmolzene Schnitzel zurückgehalten werden. Infolge des gleichmäßigen Druckes in den Auslaßrohren wird die ganze innere Oberfläche sämtlicher Hohlglieder insbesondere an ihren Spitzen auf einer gleichmäßigen Temperatur eines gewünschten Maximums gehalten, und zwar an den Spitzen, wo ein wirksamer Wärmeaustausch zwischen dem Heizdampf und den Schnitzeln besonders wünschenswert ist. Ein Teil des Heizdampfes kondensiert an den inneren Wandungen der Hohlglieder und läuft zusammen mit dem nicht kondensierten Dampf durch die gemeinsame Auslaßkammer 26 ab.

Eine andere Trägerplatte von konkaver Form ist in F i g. 8 dargestellt, wobei der Träger 19 mit einer zentralen Öffnung 20 für den Abfluß der Schmelze und mit einem Kanal 18 für den Abfluß des Heizmittels versehen ist. Oberhalb der Öffnung 20 befindet sich ein von innen beheiztes konusförmiges Glied 21, das so ausgebildet ist, daß die Schmelze frei abfließen kann, jedoch ungeschmolzene Polymerschnitzel nicht in die Öffnung 20 gelangen. Die Stifte 22 werden einzeln über Abzweigungen 17^4 von einer Leitung 17 aus erwärmt, und ihre Höhe nimmt nach dem Mittelpunkt der Schmelzvorrichtung hin zu. Infolgedessen nimmt der Abstand zwischen den Füßen der Stifte 22 nach dem Mittelpunkt der Schmelzvorrichtung hin ab, wodurch weiterhin verhindert wird, daß nicht geschmolzene Polymerschnitzel in die Ausflußleitung 20 gelangen.

In den F i g. 5 und 6 ist eine konvexe Trägerplatte dargestellt, bei der das geschmolzene Material am äußeren Umfang der Platte abfließt. Die Trägerplatte 9 ist konisch ausgebildet und weist eine Anzahl von Abflußkanälen 7 an ihrem Umfang für den Austritt der Schmelze auf. Diese Kanäle 7 sind in den eigentlichen Körper 8 der Schmelzvorrichtung eingeschnitten und führen zu einem gemeinsamen Abfluß 10. Es ist einleuchtend, daß an Stelle von einzelnen Abflußkanälen 7 ein einziger ringförmiger Abflußkanal vorgesehen sein kann, der sich um den ganzen Umfang der Trägerplatte 9 herum erstreckt, so daß diese hierdurch vollkommen von dem Körper 8 getrennt ist. Der zentrale Auslaß 10 kann zu einer oder mehreren Spinnpumpen führen, die dann die Spinndüsen speisen.

Eine andere Ausführungsform der Schmelzspinnvorrichtung ist in F i g. 7 dargestellt. Hierbei sind die Hohlglieder 11 von gleichmäßiger Form und Größe, und ihre Spitzen liegen in einer Ebene. Die Glieder 11 sind in einer konvexen Trägerplatte 12 eingesetzt, die hohl ist und eine Kammer 12 A aufweist, von der aus das Heizmittel verteilt wird, das durch eine Einlaßöffnung 12 B in die Kammer 12^4 eingeführt wird. Nachdem das Heizmittel aus der Kammer 12^4 durch Rohre UA in die einzelnen Glieder 11 geführt worden ist, kondensiert ein Teil desselben an den Innenwandungen der Heizglieder 11; das Kondensat läuft in eine Sammelkammer 12 C zurück, welche die Trägerplatte erwärmt. Diese ist von einem Hohlmantel 13 A in dem Gehäuse 13 umgeben, der jedoch mit der Trägerplatte selbst nicht in Berührung steht. Der Rückfluß des Heizmittels erfolgt durch einen Auslaß 16. Das schmelzende Polymer fließt an den Gliedern 11 herunter und kommt mit der heißen Oberfläche der Trägerplatte 12 in Berührung. Die dadurch gut homogenisierte Schmelze fließt durch eine Auslaßleitung 15 ab, nachdem sie den Zwischenraum 14 zwischen der erwärmten Trägerplatte 12 und dem erwärmten Gehäuse 13 passiert hat.

Eine Schmelzeinheit bzw. Schmelzrost der beschriebenen Art kann in eine übliche Schmelzspinnapparatur eingebaut werden. Die Polymerschnitzel werden der Schmelzeinheit durch die Schwerkraft aus einem Trichter zugeführt. Wenn ein größeres Schmelzausbringen erwünscht ist, muß der Druck der Schnitzel gegen die Schmelzeinheit vergrößert werden; zu diesem Zweck kann eine geeignete mechanische Fördervorrichtung vorgesehen sein. Eine Ausführungsform einer derartigen Apparatur ist beispielsweise in F i g. 9 dargestellt, bei der ein Schraubenförderer 33 die Schnitzel aus einem Trichter 32 gegen die Schmelzeinheit bzw. Schmelzrost 31 preßt. Die Förderschraube 33 wird durch einen Motor 44 mittels eines Schneckengetriebes 43 angetrieben. Die Schmelzeinheit 31 weist Stifte 42 auf, welche einzeln durch Rohre erwärmt werden, die von einer Zuführleitung 40 aus gespeist werden. Der Rückfluß des Heizmittels erfolgt durch eine Auslaßleitung 41. Erforderlichenfalls kann der Druck des Schraubenförderers konstant gehalten werden, indem die Schraube in ihrem Führungszylinder 34 gleitbar angeordnet ist, so daß sie sich anheben kann, wenn der Widerstand durch die zusammengepreßten Schnitzel steigt. Die Schraube 33 drückt dabei eine Feder 35 zusammen oder wirkt auf einen nicht dargestellten pneumatischen Kolben ein, so daß die von der Schraube auf die Schnitzel ausgeübte Belastung im wesentlichen konstant bleibt. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Durchmesser der Schmelzeinheit, die mit den hohlen Heizgliedern versehen ist, größer ist als der Durchmesser des Schraubenförderers. Die Polymerschnitzel oder -späne werden durch die Einwirkung der Wärme der Schmelzvorrichtung und durch die Einwirkung des Schraubenförderers zu einem festen Block gesintert. Dieser Block wird gegen die einzelnen Heizglieder gepreßt und beginnt dort zu schmelzen. Das geschmolzene Polymer fließt durch die Öffnung 36 zu einer Spinnpumpe 37, welche das geschmolzene Polymer durch eine Filterpackung 38 drückt und dann durch eine Spinndüse 39 auspreßt. Der Trichter 32, der Führungszylinder 34 und die Schraube 33 können ebenfalls mit Heizvorrichtungen ausgestattet sein, so daß das Polymer schon vorgewärmt ist, wenn es die Schmelzeinheit erreicht. Selbstverständlich können auch andere Mittel, wie beispielsweise hin- und herschwingende Kolben, verwendet werden, um die Schnitzel gegen die Schmelzvorrichtung zu drücken.

Eine dichtere Packung und Zwischenräume von regelmäßiger Gestalt zwischen den Heizgliedern können dadurch erreicht werden, daß an Stelle eines runden Querschnitts für die Heizvorrichtung gerade Seitenflächen, beispielsweise in Form eines sechseckigen Querschnitts, angewandt werden. Wenn eine Anzahl derartiger, beispielsweise sechseckiger Glieder in die Trägerplatte mit gleichmäßigem Abstand eingesetzt werden, werden Zwischenräume gleicher Breite zwischen den einzelnen Gliedern erzielt und ein etwa honigwabenförmiges Muster erreicht. Hierdurch wird eine homogene Behandlung des zu schmelzenden Materials erzielt.

Bei einer derartigen Ausbildung kommt das nicht geschmolzene Polymer zunächst mit den Spitzen der Heizglieder in Berührung, die vorzugsweise zu einer Spitze auslaufen und die von innen erhitzt sind. Dann gleitet das Material an den Gliedern entlang oder wird an diesen nach unten gepreßt, bis die Seitenteile, beispielsweise die sechseckigen Flächen, von den Teilchen berührt werden. Da die Glieder vorzugsweise derart in die Trägerplatte eingesetzt sind, daß die gegenüberliegenden geraden Seiten benachbarter Glieder parallel zueinander liegen, werden die Schnitzel in den von den gegenüberliegenden Seiten der Glieder gebildeten Zwischenräume zurückgehalten, bis sie auf eine Größe heruntergeschmolzen sind, daß sie durch die Zwischenräume hindurchgehen können. Je nach den Arbeitsbedingungen, d. h. der Art der

ίο Schnitzelzufuhr, der Schmelztemperatur und der Wirksamkeit des Wärmeaustausches, sind die Zwischenräume derart ausgebildet, daß sie Schnitzel oder Späne über eine gewisse Größe zurückhalten und kleinere Teilchen durchgehen lassen, die jedoch ebenfalls geschmolzen werden, bevor sie die Ablauföffnung für die Schmelze, die zu den Pumpen führt, erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Glieder eine gewisse Höhe besitzen, so daß eine genügende Tiefe der Zwischenräume zwischen den Gliedem geschaffen wird, welche das Schmelzen der Teilchen oder Späne sicherstellen, wenn diese an den Gliedern entlanggleiten. Gleichzeitig wird eine Homogenisierung der geschmolzenen Masse auf der erwärmten Trägerplatte erreicht, da in dieser der Umlauf für das Heizmittel der Schmelzglieder vorgesehen ist.

Gewünschtenfalls können die Heizglieder, welche durch Abdrehen von beispielsweise sechseckigen Stangen hergestellt werden, mit Unterschneidungen versehen sein, so daß der Randteil, mit dein die Glieder in die Trägerplatte eingesetzt sind, schmaler ist und beispielsweise kreisförmig gestaltet wird. Dieser Randteil kann gewünschtenfalls mit Gewinde versehen sein, so daß die Glieder in die Trägerplatte eingeschraubt werden können. Gegebenenfalls können die Glieder kreisförmigen Querschnitt haben und konische Spitzen aufweisen; auch können beispielsweise sechseckige Seitenflächen unterhalb der konischen Spitzen oder ein Flansch an der Unterseite angearbeitet sein.

Die Heizglieder können in Löcher der Trägerplatte eingesetzt werden, indem sie beispielsweise in der Art von Nägeln von der Unterseite der Trägerplatte aus in die Löcher eingetrieben werden, worauf sie dann eingelötet oder eingeschweißt werden. Zwecks Vereinfachung der Herstellung wird vorzugsweise sämtlichen Gliedern die gleiche Größe und Gestalt gegeben mit Ausnahme, wenn eine konkave Trägerplatte verwendet wird und die Abdeckung der Öffnung für den Ablauf der Schmelze eine Öffnung an der Stelle aufweist, wo sie an der Trägerplatte anliegt, d. h. beispielsweise wenn eine Schmelzeinheit angewandt wird, wie sie schematisch in F i g. 1 im Schnitt dargestellt ist.

Polyalkylenterephthalat wird in Form von Schnitzein durch einen Schraubenförderer der in F i g. 9 schematisch dargestellten Vorrichtung zugeführt. Die Trägerplatte weist einen Durchmesser von 25 cm auf und ist mit 250 Heizgliedern versehen, deren Mittelpunkte 15 mm voneinander entfernt sind. Der obere Teil der Heizglieder, der sich konisch zu einer Spitze verjüngt, ist 50 mm lang und der untere rohrförmige oder Schaftteil ist 75 mm lang. Die Heizglieder sind in die konvexe Trägerplatte derart eingesetzt, daß ihre Spitzen in einer Ebene liegen. Sie ragen, etwa 90 mm über den Umfang der Trägerplatte hinaus; das mittelste Heizglied ragt etwa 65 mm über den Boden der Trägerplatte. Der größte Durchmesser der Heizglieder beträgt 6,7 mm. Der Schraubenförderer übt

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einen Druck auf die Schnitzel von etwa 2,8 kg/cm² Grundfläche aus.

Für die Heizung wird eine eutektische Mischung von Diphenyl und Diphenyloxyd verwendet; die Heizflüssigkeit läuft mit einer Temperatur von 280° C um. Das Ausbringen der Schmelze beträgt 3,9 kg/Stunde.

Die Schmelzspinnvorrichtung nach der Erfindung besitzt viele Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen zum Schmelzen von fadenbildenden Polymeren, und zwar insbesondere insofern, als mit ihr eine wesentlich größere Schmelzgeschwindigkeit für eine gegebene Fläche der Schmelzvorrichtung erzielt wird, weil die eigentliche Heizfläche, mit der das Polymer in Berührung kommt, wesentlich größer ist. Gleichzeitig wird durch den robusten Aufbau der Schmelzvorrichtung erreicht, daß die Schnitzel mit beträchtlicher Kraft gegen die Schmelzvorrichtung gepreßt werden können.

Es wurde festgestellt, daß konische Hohlglieder einen besonders wirkungsvollen Wärmeaustausch vermitteln. Berechnungen haben ergeben und durch Versuche wurde festgestellt, daß unter im übrigen identischen Bedingungen eine Vergrößerung des Ausbringens um 50% bei konusförmigen Hohlstiften gegenüber einer einfachen gelochten Heizplatte erzielt wird.

Dadurch, daß jedes Heizglied einzeln mit den Heizdämpfen an seiner Innenseite bespült wird, wird in der ganzen Schmelzeinheit eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt und es findet keine Überhitzung oder ungleichmäßige Erhitzung statt. Die Möglichkeit des thermischen Abbaus des Polymers wird hierdurch auf ein Minimum verringert.

Die Ausbildung der Stifte und der Tragplatte ermöglicht einen gleichmäßigen und raschen Abfluß der Schmelze, die direkt den Spinnpumpen zugeführt werden kann, so daß die Anordnung eines Sammelraumes für die Schmelze fortfällt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schmelzspinnvorrichtung für Fäden od. dgl. aus organischen Polymeren, bestehend aus auf der Oberfläche einer konischen Trägerplatte eng beieinander angeordneten Heizelementen, wobei im Falle einer konvexen Trägerplatte am Rand und im Falle einer konkaven Trägerplatte in der Mitte derselben Rinnen oder Kanäle für den Abfluß der Schmelze zu einer oder mehreren Pumpen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1, IA, 24, 11, 21, 22, 42) spitze Hohlkörper sind, die jeder sowohl mit einem bis nahe an die Spitze desselben geführten Heizflüssigkeitszuleitungsrohr (4, 11^4, 17/4) versehen sind als auch mit einer Heizflüssigkeitsabflußleitung (6 B, 26, 12 Q in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der auf einer konischen Trägerplatte angeordneten Heizelemente (11, 42) in einer Ebene liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente mit Ausnahme ihrer Spitzen parallele Seitenflächen haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 881721, 841484,

615, 421857;
USA.-Patentschrift Nr. 2 369 506;
Unterlagen von belgischer Patentschrift

Nr. 515465.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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