DE1188268B - Device for corona discharge treatment of polyethylene and polypropylene films - Google Patents
Device for corona discharge treatment of polyethylene and polypropylene filmsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
B29dB29d
Deutsche Kl.: 39 a3-7/22 German class: 39 a3- 7/22
Nummer: 1188 268Number: 1188 268
Aktenzeichen: N 21035 X/39 a3File number: N 21035 X / 39 a3
Anmeldetag: 5. Januar 1962Filing date: January 5, 1962
Auslegetag: 4. März 1965Opening day: March 4, 1965
Viele Kunststoffe, insbesondere Polyäthylen wie auch Polypropylen in Folien- oder Filmform oder anderer Form, stellen beim Bedrucken oder sonstigen Aufbringen von Schriftzeichen, Mustern u. dgl. auf Grund des ihnen eigentümlichen Fehlens der Oberflächenhaftung bekanntlich ungewöhnliche Probleme. Es ist bekannt, solche Oberflächen durch Behandlung mit einer Koronaentladung so zu modifizieren, daß sie Druckfarben od. dgl. und zufriedenstellende Aufdrucke u. dgl. anzunehmen und zu behalten vermögen. Ohne eine solche Behandlung würden solche Aufdrucke bei der Handhabung des bedruckten Gutes abgerieben oder sich abschälen. Many plastics, especially polyethylene as well as polypropylene in foil or film form or other form, when printing or other application of characters, patterns, etc. problems are known to be unusual due to the peculiar lack of surface adhesion. It is known to modify such surfaces by treatment with a corona discharge in such a way that that they accept printing inks or the like and satisfactory imprints and the like retain assets. Without such treatment, such prints would be handled with of the printed item rubbed off or peeled off.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Koronaentladungsbehandlung von Polyäthylen- und Polypropylenfolien, die aus einer mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeisten, sich über die Breite der Folie erstreckenden Elektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung besteht und aus einer geerdeten, die Folie führenden Gegenelektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten dielektrischen Teil. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Anzahl messerschneidenartiger Vorsprünge in Richtung zur Gegenelektrode aufweist, die parallel oder unter einem Winkel bis zu 45° zur Laufrichtung der zu behandelnden Folie verlaufen und miteinander unter Bildung einer elektrisch kontinuierlichen Elektrode verbunden sind.The present invention relates to an apparatus for corona discharge treatment of polyethylene and polypropylene films, which are made from a high-frequency alternating current there is an electrode extending over the width of the film for generating a corona discharge and of a grounded counter-electrode that guides the film and one that is arranged between the electrodes dielectric part. According to the invention, the device is characterized in that the electrode has a number of knife-edge-like projections in the direction of the counter electrode, which are parallel or at an angle of up to 45 ° to the running direction of the film to be treated and with one another are connected to form an electrically continuous electrode.
In bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt die Koronaentladung zwischen zwei Elektroden, wovon eine von der die Folie tragenden Walze gebildet wird, während die zweite Elektrode aus einer Platte besteht, deren Krümmung jener der Walze entspricht. Die erfmdungsgemäße Ausbildung der Elektrode ist für die Gleichmäßigkeit der Koronaentladung und infolgedessen der Folienbehandlung von beträchtlicher Bedeutung, wie nachfolgend näher ausgeführt werden soll.In known devices of this type, the corona discharge takes place between two electrodes, of which one of the roller carrying the foil is formed, while the second electrode is formed from a plate exists whose curvature corresponds to that of the roller. The design of the electrode according to the invention is for the uniformity of the corona discharge and consequently the foil treatment of of considerable importance, as will be explained in more detail below.
Auf Grund der Elektronendichte läßt sich mit einer Elektrode, die eine nadelspitzen- oder messerschneidenartige
Entladefläche hat, eine Koronaentladung leichter und wirksamer als mit einer Elektrode
mit ebener Oberfläche einleiten; die nadelspitzen- oder messerschneidenartige Entladefläche muß
jedoch, um wirksam zu sein, in bezug auf das Unterlageteil negativ sein. Ferner können bei einer messerschneidenartigen
Elektrode, die heute eine der zufriedenstellendsten Elektrodenformen bildet, eine
Vibration oder Vibrationseinflüsse auftreten, wodurch die Gleichmäßigkeit der Entladung auf der
Vorrichtung zur Koronaentladungsbehandlung
von Polyäthylen- und PolypropylenfolienDue to the electron density, a corona discharge can be initiated more easily and effectively with an electrode with a needle-point or knife-edge discharge surface than with an electrode with a flat surface; however, the needle-point or knife-edge discharge surface must be negative with respect to the pad in order to be effective. Further, in a knife-edge type electrode which is one of the most satisfactory electrode shapes today, vibration or vibration effects may occur, thereby reducing the evenness of discharge on the corona discharge treatment apparatus
of polyethylene and polypropylene films
Anmelder:Applicant:
National Distillers and Chemical Corporation,National Distillers and Chemical Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,Dr.-Ing. W. Abitz, patent attorney,
München 27, Pienzenauer Str. 28Munich 27, Pienzenauer Str. 28
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Jack Carol von der Heide, Ansonia, Conn.Jack Carol von der Heide, Ansonia, Conn.
(V. St. A.)(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 12. Januar 1961 (82187)V. St. v. America january 12, 1961 (82187)
der Behandlung unterliegenden Hache ernsthaft gestört wird.severely disturbed skin subject to treatment will.
Wenn die Elektrode die Form einer ebenen Oberfläche hat, hält sie unabhängig davon, ob die Entladefläche in bezug auf das Unterlageteil positiv oder negativ ist, eine Koronaentladung mit nahezu gleicher Wirksamkeit aufrecht. Dies ist bei der Erzeugung der Koronaentladung mittels Wechselstrom von großer Bedeutung, da das Potential ebensohäufig positiv wie negativ ist. Die Elektrode mit ebener Oberfläche erzeugt auf diese Weise somit beim Betrieb mit Wechselstrom gleiche halbphasige positive und negative Koronaentladungen. Der Koronaentladung, die mittels einer eine ebene Oberfläche aufweisenden Elektrode zugeführt wird, fehlt aber insoweit die Gleichmäßigkeit wie auch Lenkbarkeit, als man zur Einleitung der Entladung ein erheblich höheres Potential als bei der messerschneidenartigen Elektrode benötigt. Insbesondere setzt die Korona ruckartig ein und sind die Koronaentladungsnadeln statistisch ungeordnet über die Elektrodenoberfläche verteilt. Im Ergebnis wird die Oberfläche der Polyäthylenfolie oder des sonstigen Behandlungsgutes nicht gleichmäßig behandelt.If the electrode has the shape of a flat surface, it will hold regardless of whether the discharge surface is positive or negative with respect to the base part, a corona discharge with almost the same Effectiveness upright. This is when the corona discharge is generated by means of alternating current of of great importance, since the potential is just as often positive as negative. The electrode with flat In this way, surface generates the same half-phase positive when operating with alternating current and negative corona discharges. The corona discharge created by means of a flat surface Electrode is fed, but lacks the uniformity as well as steerability, as a considerably higher potential than with the knife-edge type to initiate the discharge Electrode required. In particular, the corona sets in abruptly and the corona discharge needles are statistically randomly distributed over the electrode surface. As a result, the surface of the polyethylene sheet becomes or the other items to be treated are not treated equally.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Kapazität der ebenen Platte, bei Anlegung eines positiven oder negativen elektrischen Potentials dieThe inventive arrangement, the capacity of the flat plate, when a the positive or negative electrical potential
509 517/464509 517/464
Korona aufrechtzuerhalten, mit der Leichtigkeit der Koronaentladung vereinigt, die für die messerschneidenartige Elektrode charakteristisch ist. Es hat sich gezeigt, daß die Anordnung der Schneiden im gleichmäßigen Abstand mit einer vollständigen Koronagleichmäßigkeit Hand in Hand geht.Maintaining corona, united with the ease of corona discharge required for the razor-edged Electrode is characteristic. It has been shown that the arrangement of the cutting edges in uniform spacing goes hand in hand with complete corona uniformity.
Diese Kombination der Wirksamkeit der positiven und negativen Entladung und Gleichmäßigkeit und Lenkbarkeit der Koronaentladung zeigt sich besonders, wenn die Schneiden, welche die Koronaentladung erzeugen, zu einer kontinuierlichen Schneide vereinigt werden, von der sich wiederholend Teile in räumliche Koronaentladungsbeziehung zum Unterlageteil treten. Zweckmäßig werden die Koronaentladungsschneiden unter einem kleinen Winkel von bis zu 45°, vorzugsweise einem Winkel von 1 bis 20° mit der Folienlaufrichtung angeordnet; durch diese Anordnung wird die Gleichmäßigkeit der Koronaentladung auf der Folienbreite auf ein Maximum gebracht.This combination of the effectiveness of positive and negative discharge and uniformity and The directability of the corona discharge is particularly evident when the cutting edges, which the corona discharge produce, are combined into a continuous cutting edge, of which parts are repeated enter into spatial corona discharge relationship to the base part. The corona discharge cutting edges are useful at a small angle of up to 45 °, preferably an angle of 1 to 20 ° arranged with the film running direction; this arrangement improves the uniformity of the corona discharge brought to a maximum on the film width.
Man kann mit verschiedenen Elektrodenbauarten oder -formen arbeiten, aber den oben erläuterten Merkmalen der Elektroden gemäß der Erfindung wird am besten stabartiges Element von kreisförmiger, ovaler oder anderer regelmäßiger Querschnittsform gerecht, das mit einer kontinuierlichen, schnecken- oder spiralförmigen Schneide versehen ist, wie sie in typischer Weise ein Gewindestab oder -bolzen aufweist. Eine Elektrode dieser Art ergibt sowohl bei negativem als auch positivem Potential eine im wesentlichen identische und ausgezeichnete Wirksamkeit der Koronaentladung, und die Koronaentladung ist sowohl gleichmäßig als auch leicht lenkbar.You can work with different types or shapes of electrodes, but those explained above Features of the electrodes according to the invention is best rod-like element of circular, oval or other regular cross-sectional shape, with a continuous, helical or spiral cutting edge is provided, as it typically has a threaded rod or bolt. An electrode of this type essentially gives one at both negative and positive potentials identical and excellent effectiveness of the corona discharge, and the corona discharge is both smooth and easy to steer.
Die Wechselstromerzeuger, die Spannung, die Frequenz, der Elektrodenabstand und die Wahl der dielektrischen Schichten für die Vorrichtung gemäß der Erfindung entsprechen den bekannten Maßnahmen bei herkömmlichen Elektroden und sind daher hier nicht näher erläutert.The alternators, the voltage, the frequency, the electrode spacing and the choice of the dielectric layers for the device according to the invention correspond to the known measures with conventional electrodes and are therefore not explained in more detail here.
Die Erfindung ist zur weiteren Erläuterung nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigtThe invention is described below with reference to the drawings for further explanation. In the drawings shows
F i g. 1 schematisch, teils im Schnitt einen Koronaentladungskreis und die Vorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 1 schematically, partly in section, a corona discharge circuit and the device according to the invention,
F i g. 2 eine Teilseitenansicht nach Linie von 2-2 der F i g. 1 in der Pfeilrichtung,F i g. 2 is a partial side view taken along line 2-2 of FIG. 1 in the direction of the arrow,
F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht der Elektrode nach F i g. 1 und 2,F i g. 3 is a partial perspective view of the electrode according to FIG. 1 and 2,
Fig.4 eine perspektivische Teilansicht einer abgeänderten Elektrodenform,4 is a partial perspective view of a modified one Electrode shape,
F i g. 5 in perspektivischer Teilansicht eine weitere abgeänderte Elektrodenform undF i g. 5 shows a further modified electrode shape in a partial perspective view and FIG
F i g. 6 ein Schaltschema für die in dem Beispiel beschriebene bevorzugte Ausführungsform.F i g. 6 shows a circuit diagram for the preferred embodiment described in the example.
F i g. 1 erläutert den Stromkreis, der bei der Durchführung der Erfindung eingesetzt wird. Die von dem Wechselstromgenerator 10 (der vorzugsweise einen Sinuswellenstrom erzeugt) gespeiste Elektroden ist mit einer kontinuierlichen Schneide 12 versehen, von der sich wiederholend ein Teil in räumliche Koronaentladungsbeziehung zu der geerdeten als Walze ausgebildeten Gegenelektrode 13 tritt, wobei die Schneide 12 im allgemeinen parallel zur Laufrichtung der Folie 14 (wie einer Polyäthylenfolie) verläuft; die Laufrichtung der Folie, die mit dem Pfeile bezeichnet ist, fällt mit der Längsachse der Folie zusammen. Zwischen der Elektrode 11 und der Walze 13 ist eine herkömmliche dielektrische Pufferschicht 15 eingeschaltet.F i g. 1 illustrates the circuit used in practicing the invention. the fed by the alternator 10 (which preferably generates a sine wave current) Electrodes is provided with a continuous cutting edge 12, part of which is repeated in Spatial corona discharge relationship to the grounded counter electrode 13 designed as a roller occurs, the cutting edge 12 generally parallel to the direction of travel of the film 14 (such as a polyethylene film) runs; the direction of travel of the film, which is indicated by the arrow, coincides with the longitudinal axis the slide together. Between the electrode 11 and the roller 13 is a conventional dielectric Buffer layer 15 switched on.
Die Koronaentladung, die schematisch bei 16 eingezeichnet ist, wird unter Bildung eines Bandes beträchtlicher Breite ausgebreitet, das sich über die gesamte zu behandelnde Breite ausdehnt, während die Folie in Längsrichtung unter der Elektroden hinwegläuft. Die Koronaentladung 16 wie auch die Art der Ausbreitung des Endladungsbandes längs derThe corona discharge, which is shown schematically at 16, becomes more considerable with the formation of a band Width, which extends over the entire width to be treated, while the The film runs lengthways under the electrodes. The corona discharge 16 as well as the type of propagation of the discharge band along the
ίο Folie 14 zeigt weiter die Fig.2; durch den verhältnismäßig kleinen Winkel, den aufeinanderfolgende Schneidenteile 12 mit der Folienaufrichtung bilden, wird auf Grund der Gleichmäßigkeit des Abstandes der Schneidenteile 12 eine gleichmäßige Verteilung der Korona 16 über die Folienbreite erhalten.ίο slide 14 further shows the Figure 2; by the proportionate small angle that successive cutting parts 12 form with the upright position of the film, Due to the uniformity of the distance between the cutting parts 12, a uniform distribution the corona 16 obtained over the width of the film.
Die Elektrode 11 nach F i g. 3 weist einen kontinuierlichen Gang bzw. eine kontinuierliche Schneide 12 auf und hat Kreisquerschnitt. Die Elektrode 21 nach Fig.4 hat Halbkreisquerschnitt und ist mit parallelen Schneiden 22 versehen. Die Elektrode 31 nach Fig.5 hat Rechteckquerschnitt und ist mit einer kontinuierlichen Schneide 32 versehen.The electrode 11 according to FIG. 3 has a continuous thread or a continuous cutting edge 12 and has a circular cross-section. The electrode 21 according to Figure 4 has a semicircular cross-section and is with parallel cutting edges 22 are provided. The electrode 31 according to Figure 5 has a rectangular cross-section and is with a continuous cutting edge 32 is provided.
Man kann auch mit anderen Formen zufriedenstellende Ergebnisse erzielen; z. B. sind bei einem gezahnten Element ähnlicher einer Feile oder Raspel im Abstand stehende und parallele Schneiden für eine wirksame, gleichmäßige und leicht lenkbare Koronaentladung verfügbar.Other shapes can also produce satisfactory results; z. B. are at a toothed Element similar to a file or rasp for spaced and parallel cutting edges an effective, uniform and easily steerable corona discharge is available.
Ein spezieller geeigneter Gewindestab für die Elektrode 11 ist ein üblicher s/ie"-Gewindebolzen mit US-National-Gewinde 18 (NC-Reihe) der durch die Breite des Folien- oder Behandlungsgutes notwendigen Länge. Durch Zerschneiden eines solchen Stabes in Längsrichtung kann die Elektrode 21 nach F i g. 4 erhalten werden.A specially suitable threaded rod for the electrode 11 is a conventional s / ie "threaded bolt with US national thread 18 (NC series) of the length required by the width of the film or material to be treated Electrode 21 according to Fig. 4 can be obtained.
Gemäß der Erfindung wird vor allem ein einzelner Gewindestab oder ein einzelnes entsprechendes Elektrodenelement gemäß der Erfindung eingesetzt, aber man kann auch mit mehreren Elektrodenteilen der jeweils benötigten Länge arbeiten. So kann man z. B. eine Einzelelektrode nur auf einen gewissen Maximalwert, etwa 5mA/2,5cm, aufladen, ohne eine so heftige Entladung zu erhalten, daß diese nicht mehr gleichmäßig erfolgt. Wenn höhere Stromdichten benötigt oder gewünscht werden sollten, kann man zwei oder mehr Elektroden parallel anordnen oder mit einer Elektrode größerer Querschnittsfläche arbeiten. So kann man an Stelle des obengenannten Bolzens mit einem V2"-Bolzen mit US-National-Gewinde 12 (NC-Reihe) arbeiten.According to the invention, a single threaded rod or a single corresponding electrode element is primarily used used according to the invention, but you can also use several electrode parts of the work the required length. So you can z. B. a single electrode only to a certain maximum value, about 5mA / 2.5cm, charge without one like that To get violent discharge that this is no longer evenly. When higher current densities are required or should be desired, one can arrange two or more electrodes in parallel or work with an electrode with a larger cross-sectional area. So you can in place of the above bolt work with a V2 "bolt with US national thread 12 (NC series).
Eine erhöhte Koronabandbreite kann unter Umständen auch die nachteilige Auswirkung zeigen, zu einer sehr hohen Oberflächentemperatur der Polyäthylen- oder Polypropylenfolie oder des sonstigen Behandlungsgutes zu führen. Mehrfachelektroden sollen daher in einem Abstand von mindestens 2VaCm angeordnet werden, damit die Behandlungsgutoberfläche zunächst abkühlen kann, bevor sie der zweiten Entladung der zweiten Elektrode usw.An increased corona bandwidth may also have the adverse effect under certain circumstances a very high surface temperature of the polyethylene or polypropylene film or other To lead treatment goods. Multiple electrodes should therefore be spaced at least 2VaCm are arranged so that the surface of the item to be treated can cool down before the second discharge of the second electrode, etc.
ausgesetzt wird. Praktisch kann man bis zu dem Punkt, an dem ein Verbrennen der Folie eintritt, mit einer Einzelelektrode bei starker Entladung die gleiche Behandlung wie mit Mehrfachelektroden bei entsprechend schwächeren Entladungen je Elektrode erhalten.is exposed. In practice, you can go up to the point where the film burns a single electrode with a strong discharge the same treatment as with multiple electrodes correspondingly weaker discharges per electrode are obtained.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der den Elektroden eigentümlichen Starrheit; man erhält die Vorzüge einer mit einer MesserschneideAnother advantage of the invention arises from the inherent rigidity of the electrodes; man gets the benefits of one with a knife edge
erhaltenen Koronaentladung, während nachteilige Vibrationseinflüsse ausgeschaltet sind.obtained corona discharge, while adverse vibration influences are eliminated.
Das folgende, spezielle Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following specific example is provided to further illustrate the invention.
Versuchattempt
Adhäsion g/cmAdhesion g / cm
Elektrode: 5/ie"-Gewindestab mit US-National-Gewinde 18 (NC-Reihe) von 40,6 cm LängeElectrode: 5 / ie "threaded rod with US national thread 18 (NC series), 40.6 cm in length
240
186
64240
186
64
Elektrode: Messerschneide von 40,6 cm LängeElectrode: knife edge 16 inches long
141
152
138141
152
138
E-Spalt
(Spannung) E gap
(Tension)
Stabstrom Rod current
Elektrode: GewindestabElectrode: threaded rod
3,9 = 604,5
3,2 = 457,6
2,1 = 252,03.9 = 604.5
3.2 = 457.6
2.1 = 252.0
Elektrode: MesserschneideElectrode: knife edge
3,5 = 577,5
3,15= 478,8
2,3 = 299,03.5 = 577.5
3.15 = 478.8
2.3 = 299.0
auf die Hafteigenschaften erhält man jedoch bei Anwendung der Gewindestabelektrode und bei einer (ungefähr) 5% geringeren Leistung im Spalt Erhöhungen bis zu 70Vo.the adhesive properties are obtained when using the threaded rod electrode and when using a (approximately) 5% lower power in the gap, increases up to 70Vo.
Bei dem Schaltschema nach F i g. 6 bedeutet MG einen Hochfrequenzwechselstromerzeuger (2700 Hz), der von einem mit Wechselstrom von 208 V, 60 Hz und 3 Φ betriebenen, 2-PS-Induktionsmotor getrieben wird, C einen Primärstromregler, sind A1 und A., In the circuit diagram according to FIG. 6 MG means a high frequency alternator (2700 Hz), which is driven by a 2 HP induction motor operated with alternating current of 208 V, 60 Hz and 3 Φ , C a primary current regulator, A 1 and A are,
ίο Hochfrequenzamperemeter und V1 undίο high frequency ammeter and V 1 and
F2 Hochfre-F 2 high frequency
Leistung im SpaltPerformance in the gap
14,250-0,040 = 570,0 12,500-0,030 = 375,0 9,900-0,020=198,014.250-0.040 = 570.0 12.500-0.030 = 375.0 9.900-0.020 = 198.0
15,200-0,040 = 608,0 13,800-0,030 = 414,0 11,000-0,020 = 220,015.200-0.040 = 608.0 13.800-0.030 = 414.0 11.000-0.020 = 220.0
4040
4545
Bei den vorstehenden Versuchen wird bei der Gewindestab- wie auch bei der Messerschneideelektrode mit der identischen Folie gearbeitet, einer Folie von 0,04 mm Dicke und 45,7 cm Breite aus Polyäthylenharz (Schmelzindex 3, Dichte 0,921, Gleitminderungszusatz). Die Folienlaufgeschwindigkeit wie auch der Abstand zwischen Elektrodenschneide und Folienoberfläche sind identisch.In the above experiments, both the threaded rod and the knife cutting electrode are used worked with the identical foil, a foil 0.04 mm thick and 45.7 cm wide made of polyethylene resin (Melt index 3, density 0.921, anti-slip additive). The film running speed as well the distance between the electrode cutting edge and the foil surface are identical.
Bei der Prüfung auf Haftung wird ein Selbstklebeband verwendet und auf einem Zugfestigkeitsprüfer der Bauart Instron von der Folie abgezogen.When testing for adhesion, a self-adhesive tape is used and on a tensile tester Instron type peeled off the foil.
Nach dem Stand der Technik sollen bei der Koronaentladung die Hafteigenschaften proportional zur Leistung im Spalt verbessert werden. Eine Betrachtung der obigen Ergebnisse zeigt, daß man bei der Messerschneidenelektrode im Spalt eine größere Leistung als bei dem Gewindestab benötigt; in bezug quenzvoltmeter und stellt T einen Aufwärtstransformator, B die Elektrode (Gewindestab), D ein Dielektrikum (das eine Unterlage bildet), P die Gegenelektrode (geerdete Walze) und F das Behandlungsgut dar.According to the prior art, the adhesive properties of the corona discharge should be improved in proportion to the performance in the gap. A consideration of the above results shows that the knife-edge electrode needs more power in the gap than the threaded rod; in relation to quenzvoltmeter and T represents a step-up transformer, B the electrode (threaded rod), D a dielectric (which forms a base), P the counter electrode (grounded roller) and F the material to be treated.
Claims (5)
Britische Patentschrift Nr. 715 914.35 Publications considered:
British Patent No. 715,914.
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