DE1239968B - Selbsttragende Sprengstoffmasse mit viskos-elastischem Bindemittel, sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

C06b

Deutsche Kl.: 78 c -18

H 52051 VI b/78 c

13. März 1964

3. Mai 1967

7. Dezember 1967

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttragende, insbesondere in Folienform herstellbare Sprengstoffmasse aus kristallinen hochexplosiven Sprengstoffteilchen und einem synthetischen viskos-elastischen Bindemittel.

Die erfindungsgemäße Sprengstoffmasse ist vor allem für die Herstellung von Sprengstoffblättern brauchbar, welche z. B. zum Härten von Metalloberflächen und zum Formen, Gestalten oder Zerstören von Metallgegenständen verwendbar sind.

Selbsttragende Sprengstoffmassen sind bereits bekannt. So wird gemäß der deutschen Auslegeschrift 1110 065 eine Sprengstoffmischung vorgeschlagen, die vorzugsweise aus Pentaerythrittetranitrat und/ oder Cyclotrimethylentrinitramin als kristalline hochexplosive Komponente und einer Mischung aus einem Elastomeren, wie Butylkautschuk oder Polyisobutylen , und einem thermoplastischen Polyterpenharz als Bindemittel besteht. Letzteres soll vorzugsweise in Mengen zwischen 7,5 und 22,5% anwesend sein. Sprengstoffmischungen dieser Zusammensetzung sollen zäh und geschmeidig sein und nur ganz leichte Rückfederungserscheinungen zeigen. Diese Massen können nach Entfernung des für die Herstellung der Mischung verwendeten Lösungsmittels zu Folien ausgewalztwerden.

Außerdem wurden flexible Sprengstoffmassen vorgeschlagen, die 40 bis 90% Brisanzsprengstoff, 10 bis 30% Gummi und 0 bis 30% sauerstoffliefernder Substanzen enthalten und durch Vulkanisation der unter Verwendung von Latex oder einer benzolischen Lösung von Kautschuk hergestellten Mischung erhalten werden. Diese Massen —erden bei Gummigehalten zwischen 10 und 20% zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften einer Druckbehandlung bei 150 bis 200 kg/cm² unterworfen.

Die Schwierigkeit bei der Herstellung von brauchbaren selbsttragenden Sprengmassen besteht nun darin, daß die Konzentration des eigentlichen Sprengstoffs zur Gewährleistung einer einwandfreien Sprengwirkung möglichst hoch sein soll, was insbesondere bei Verwendung von Nitraminen wesentlich ist, die in Konzentrationen unter 85% keine verläßliche Zündung mehr geben und daß andererseits ausreichend Bindemittel in der Masse vorhanden sein muß, damit die gewünschte geschmeidig-zähe Konsistenz und eine gewisse Haftfähigkeit der Masse erzielt werden kann.

Es wurde nun iestgestellt, daß man solche Sprengstoffmassen verbessern kann, wenn man einen kristallinen hochexplosiven Sprengstoff verwendet, dessen Teilchengrößenverteilung gemäß der zur Erzielung Selbsttragende Sprengstoffmasse mit viskoselastischem Bindemittel, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Patentiert für:

Der Staatssekretär für Verteidigung in der Regierung Ihrer Majestät der Königin der Vereinigten Königreiche von Großbritannien und Nordirland, London

Vertreter: ^

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Walter Thomas Jones,

Petts Wood, Kent;

John Wilby, London (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. März 1963 (10.115) - ·

hoher Packungsdichten bei gekörnten Materialien üblichen Art und Weise zwei Häufungswerte bei unterschiedlichen Teilchengrößen aufweist.

Eine besonders dichte Teilchenpackung wird erreicht, wenn das Größenverhältnis der beiden häufigsten Teilchengrößen bei etwa 1:2 bis 3 liegt. Bei Verwendung eines kristallinen Sprengstoffs mit einer solchen Teilchengrößenverteilung wird praktisch Bindemittel, das sonst zur Ausfüllung der Hohlräume zwischen den Sprengstoffteilchen gebraucht würde, eingespart, bzw. es wird auch bei Verwendung relativ geringer Bindemittelanteile erreicht, daß die Spreng-Stoffteilchen ordnungsgemäß in die Bindemittelmatrix eingelagert sind und untereinander durch Biridemittelschichten getrennt werden, und man gelangt so zu Sprengstoffmassen mit besonders guten mechanischen Eigenschaften und hoher Sprengkraft.

Außerdem wurde gefunden, daß das mechanische Verhalten und Haftvermögen der Sprengstoff massen besonders günstig ist, wenn man ein viskos-elastisches

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Bindemittel verwendet, in dem sehr feine Teilchen eines polymeren hochfluorierten Halogen-Kohlenstoffs verteilt sind.

Die erfindungsgemäße selbsttragende Sprengstoffmasse der genannten Art ist daher im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Gehalt von 85 bis 90 Gewichtsprozent an Sprengstoff, dessen Korngröße im wesentlichen unter 100 μ liegt und dessen Korngrößenverteilung in der zur Erzielung hoher Füllstoffdichten üblichen Weise zwei Häufungswerte aufweist, deren Größenverhältnis zueinander bei etwa 1:2 bis 3 liegt und der durch ein synthetisches viskos-elastisches Bindemittel zusammengehalten wird, in dem zwischen 3 und 25 Gewichtsprozent eines hochfluorierten polymeren Halogen-Kohlenstoffs in Form extrem feiner Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 μ verteilt sind.

Die so gekennzeichneten erfindungsgemäßen Sprengstoffmassen ergeben Sprengstoffblätter, die eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, um eine ihnen verliehene Gestalt ohne zusätzliche Stütze beizubehalten, und ausreichend biegsam sind, so daß sie um scharfe Ecken gebogen werden können, ohne zu reißen oder zu brechen. Weiterhin benötigen solche Sprengstoffblätter keinen Überzug zur Verleihung von Festigkeit oder Beseitigen von Oberflächenklebrigkeit.

Der zut Herstellung der Sprengstoffmasse verwendete kristalline brisante Sprengstoff besteht z. B. aus R. D. X. (cyclisches Trimethylentrinitramin), H. M. X. (cyclisches Tetramethylentetranitramin), P. E. T. N. (Pentaerythrittetranitrat) oder Tetryl (2,4,6-Trinitrophenylmethylnitramin), in feinzerteilter Form (d. h. mindestens 95 % der Teilchen besitzen Durchmesser von weniger als 100 μ). Sind weniger als 85 Gewichtsprozent an Sprengstoff vorhanden, so besteht, insbesondere bei dünnen Blättern, die erhöhte Möglichkeit, daß das Blatt eine Detonation nicht fortpflanzt. Liegt mehr als 90 % Sprengstoff vor, so ist das Blatt spröde und besitzt keine ausreichende mechanische Festigkeit. Der Mengenanteil an Sprengstoff liegt vorzugsweise zwischen 87 und 8-9 Gewichtsprozent.

Zur Herstellung einer Sprengmittelzubereitung mit diesen hohen Anteilen an Sprengstoffpulver und mit geeigneten Theologischen Eigenschaften muß das Sprengmittel als feines Pulver mit der oben angegebenen Teilchengrößenverteilung mit zwei Häufungswerten vorliegen.

Das in der Sprengmittelzubereitung verwendete visos-elastische Bindemittel ist ein Material, dessen Verhalten bei mechanischen Beanspruchungen sich aus der Überlagerung von Elementen ergibt, die dem Hookeschen Elastizitätsgesetz folgen, und von Elementen, die dem Newtonschen Viskositätsgesetz gehorchen. Viskos-elastische Stoffe, die als Hauptbestandteil bevorzugt verwendet werden (d. h. die mehr als 50 Gewichtsprozent des viskos-elastischen Bindemittels ausmachen), sind aliphatische Kohlenwasserstoffpolymere, wie Polyisobutylen oder Polypropylen, die eine im wesentlichen lineare Polymerkette mit Seitengruppen aus niederen Alkylresten haben. Polyisobutylen ist ein gut geeignetes Bindemittel, wenn sein Molgewicht mindestens in der Größenordnung von 5000 liegt (gemessen nach Staudinger); ein zu niedriges Molgewicht ergibt eine klebrige Sprengmittelzubereitung ohne mechanische Festigkeit. Besitzt das Bindemittel ein relativ hohes Molgewicht, so kann es zu viskos sein zur einfachen Vermengung mit dem Sprengmittel, sogar wenn es als wäßriger Brei vorliegt, wobei in diesem Fall die Viskosität durch Vermischen mit einer geeigneten Menge eines Polymers mit niedrigem M°lgewicht oder eines Weichmachers verringert werden kann. Beispielsweise ist festgestellt worden, daß Polyisobutylen mit einem Molgewicht von ungefähr 15 000 (Staudinger) einen Zusatz von ungefähr 20 % eines Weichmachers benötigt, bevor es mit dem

ίο Sprengmittel leicht vermengt werden kann.

Geeignete Weichmacher sind aliphatische Ester mit mindestens 15 Kohlenstoffatomen, und Ester von zweiwertigen Säuren, wie Sebacinsäure und Phthalsäure, sind insbesondere geeignet. Beispiele geeigne-

is ter Weichmacher sind Äthyloleat, Dibutylphthalat und Di-(2-äthylhexyl)-sebacinat.

Die Anwesenheit von extrem feinen Teilchen (d. h. Teilchen von einem Durchmesser von weniger als 1 μ) eines polymeren, hochfluorierten Kohlenwasser-

ao. Stoffs in dem Bindemittel der Sprengstoffmasse verleiht den daraus hergestellten Sprengstoffblättern die Fähigkeit, in Berührung mit einer Oberfläche zu bleiben, ohne eine unerwünscht hohe Oberflächenklebrigkeit zu besitzen, und begünstigt im allgemeinen ihre mechanischen und Biegeeigenschaften. Insbesondere ist die Zerreißfestigkeit erhöht und die Möglichkeit des Einreißens während des Biegens vermindert. Der Ausdruck »hochfluoriert« schließt, so wie er in dieser Beschreibung und den Ansprüchen gebraucht wird, auch vollständig fluorierte Kohlenwasserstoffe mit ein.

Geeignete hochfluorierte Polymere sind polymere aliphatische Fluor-Kohlenwasserstoffe, die keinen Wasserstoff mehr enthalten, aber noch ein anderes Halogen, wie beispielsweise Chlor, enthalten können, und die in einem Suspensionsverfahren hergestellt wurden, so daß sie in extrem kleinen Teilchen innerhalb der Sprengstoffmischung dispergiert werden können. Derartige Verbindungen sind Polytetrafluoräthylen, Polyhexafluorpropylen und Polytrifluorchloräthylen.

Das bevorzugte Fluorpolymer ist Polytetrafluoräthylen (P.T.F.E.), das im Handel (z.B. als CD3 der I. C. T. Ltd.) als ein Pulver aus Aggregatteilchen (ungefähr 500 bis 600 μ im Durchmesser) erhältlich ist, die aus einzelnen Teilchen von etwa 0,1 μ Durchmesser zusammengesetzt sind und bei der endgültigen Sprengmittelzubereitung wieder aufgespalten werden können. ■

Liegt das Fluorpolymer nur in einer kleinen Menge (mindestens 3%) des viskos-elastischen Bindemittels vor, so wird eine gewisse Verbesserung der Eigenschaften der Sprengmittelzubereitung festgestellt: Mengen zwischen 5 und 20 %, vorzugsweise zwischen 7 und 15 Gewichtsprozent müssen jedoch zugegeben werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Es gibt keine Gesamtverbesserung der Eigenschaften der Sprengstoffmasse, wenn die Menge an Fluorpolymer über 20 Gewichtsprozent des Bindemittels gesteigert wird, und da das Vermischen und Abwälzen der Zubereitung bei der Herstellung fortlaufend schwieriger wird, wenn die Menge über 20 ⁰Zo hinaus zunimmt, sollt der Anteil 25% nicht übersteigen.

Weiterhin macht das Fluorpolymer die Zubereitung steif, so daß dies, insbesondere für Zugaben von mehr als l"0⁰/o, beachtet werden sollte, wenn die Viskosität des Bindemittels festgelegt wird. Eine geeignete Ge-

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samtviskosität für das Bindemittel· mit dem Fluor- Sprengmittelzubereitungen gemäß der Erfindung

polymerzusatz liegt zwischen 40 000 und 200 000 sind im wesentlichen wie folgt zusammengesetzt:

Poise, bestimmt nach der Auspreßmethode unter An- Brisanter Sprengstoff 85 bis 90 %

wendung der Mooney's-Gleichung bei einer Scher- viskos-elastisches Bindemittel .. 9,5 bis 12 Vo

geschwindigkeit von 5 Sek. -i bei 25° C. ^ 5 _{Fluorpolymer 0},5 bis 3 ·/.

Die kristallinen brisanten Sprengstoffe werden im

allgemeinen bei der Herstellung nicht in Form von Eine typische allgemeine Sprengmittelzubereitung

feinen Teilchen erhalten, wie sie für die Sprengmittel- ist z. B:

zubereitung notwendig sind, und jegliche Bearbei- Brisanter Sprengstoff 87 bis 89«/.

tung, wie Zerkleinern des reinen hochbrisanten io _{Polyisobutylen+}Weichmacher .. 10,5 bis 11 ·/„

Sprengstoffes zu feinen Teilchen, sollte vorzugsweise PTFE 1 bis 15%

vermieden werden. Gemäß der Erfindung kann je- '

doch eine Sprengstoffmischung der oben beschriebe- Der brisante Sprengstoff kann R. D. X., H. M. X.,

nen Zusammensetzung leicht hergestellt werden, in- P. E. T. N. oder Tetryl sein.

dem man die Bestandteile in dem gewünschten 15 Eine besondere Masse A, deren Zusammensetzung Mengenverhältnis mischt und dann die Mischung innerhalb der Grenzen für die grundsätzliche Miwiederholt zwischen Differentialwalzen mit einem schung liegt, besteht aus den folgenden Anteilen: Abstand von weniger als 0,25 mm, vorzugsweise von RDX 88 0% 0;05 bis 0,076 mm hindurchgehen läßt. Polyisobutylen (OppanoVB 15) ".'.'.'.'.'.'. 8^4 %

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Her- *> _Di_(2-äthylhexyl)-sebacinat 2,4 «/0

stellung der Sprengstoff masse daher m der Weise PTFE 12%

durchgeführt, daß man eine Zusammensetzung aus ■" ' ." '

85 bis 90 Gewichtsprozent eines kristallinen, brisan- Eine andere Zubereitung B setzt sich unter Ver-

ten Sprengmittels mit der zu 100 % ergänzenden wendung eines weniger viskosen Polyisobutylene wie

Menge eines viskos-elastischen Bindemittels, das zwir 25 folgt zusammen:

sehen 3 und 25 Gewichtsprozent eines in einem Sus- R χ> χ gg 0°/o

pensionsverfahren hergestellten hochfluorierten poly- Polyisobutylen (OppanoV B 8) 96 %

meren Halogen-Kohlenstoffs in Form extrem feiner Di-(2-äthylhexyl)-sebacinat 1,2Vo

Teilchen enthält, mischt und diese Mischung wieder- PTFE 1 2 %

holt durch Differentialwalzen mit einem Walzen- 30 ' ' ' ' · '

abstand von weniger als 0,25 mm laufen läßt, bis der Alle obigen Prozentangaben sind Gewichtsprobrisante Sprengstoff zu feinen Teilchen mit einer zente.

Teilchengrößenverteilung mit zwei Häufungswerten Als Beispiel wird die Herstellung einer Sprengzerkleinert und der polymere Halogen-Kohlenstoff in mittelzubereitung der typischen Zubereitung A und dem Bindemittel dispergiert ist. 35 die Herstellung von Sprengmittelblättern daraus be-

Es ist im allgemeinen unpraktisch, insbesondere schrieben.

bei großtechnischen Verfahren, den Sprengstoff mit 70 Gewichtsteile Polyisobutylen werden gerührt dem Bindemittel zu vermengen, nachdem das Fluor- und in einem Mischer auf eine Temperatur zwischen polymer zugesetzt worden ist; der Sprengstoff wird ungefähr 90 und 100° C erhitzt. 20 Gewichtsteile deshalb mit dem weichgemachten Bindemittel ver- 40 Di-(2-äthylhexyl)-sebacinat werden zugesetzt und die mengt, bevor das Fluorpolymer zugegeben wird. In Mischung gerührt, bis eine gleichförmige Masse erder Praxis wird ein wäßriger Brei des brisanten halten wird. Ein Brei aus 39,9 kg R. D. X. und Sprengstoffs mit dem Bindemittel gemischt, dann 226,8 kg Wasser wird auf eine Temperatur von unwird getrocknet, bevor der Zusatz an Fluorpolymer gefähr 95° C erhitzt und mit 200 Umdr./Min. in erfolgt. 45 einem Mischer durchgeführt. Das plastifizierte PoIy-

Die Differentialwalzen sollten in der Praxis ge- isobutylen (4,89 kg) wird zugegeben und das Rühren riffelt sein,· da es sonst schwierig ist, die feuchte 1 Stunde lang fortgesetzt, wonach die Teilchen aus Masse durch den engen Spalt zu leiten. Die Zahl der R. D. X. gleichförmig überzogen sind. Die Suspension Durchgänge, die notwendig sind, um die Spreng- wird dann durch Batistfilter filtriert, um das Übermittelteilchen auf die gewünschte Größe zu zerklei- 50 schüssige Wasser zu entfernen; das filtrierte Material nern, wird durch Kleinermachen des Spaltes zwischen mit noch ungefähr 20 % Wasser wird gründlich mit den Walzen und durch Vergrößern der Differenz 0,54 kg P. T. F. E. in einem Werner-Pfleidererzwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen, Mischer kalt 1 Stunde gemischt. Die Sprengmittelwas eine Scherbeanspruchung der Teilchen bewirkt, zubereitung wird dann wiederholt zwischen geriffelten vermindert. Zwischen 10 und 30 Durchgänge sollten 55 Differentialwalzen hindurchgeleitet, die mit verschieausreichen, wenn ein Spalt von ungefähr 0,05 bis denen Umlaufgeschwindigkeiten laufen, so daß be-0,076 mm angewendet wird bei einer Umlauf- achtliche Scherkräfte auf'die Zubereitung einwirken, geschwindigkeit der Walzen in der Größenordnung wenn sie durch den Spalt zwischen den Walzen hinvon 0,91 m/Sek. Das Differentialwalzen bricht auch durchtritt.

die Agglomerate der Fluorpolymerteilchen ausein- 60 Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist ein Trom-

ander und dispergiert die Teilchen in der Zuberei- mel-Walzen-Gerät relativ kleiner Abmessungen mit

tung. geriffelten Walzen, das auf einen minimalen Abstand

Die Sprengmittelzubereitung wird dann getrocknet von 0,076 mm zwischen den geriffelten Walzen ein- und kann durch ein endgültiges Abwälzen zwischen gestellt ist und eine erste Walze mit 30,5 cm Durch-Walzen zu Sprengmittelblättern geformt werden, die 5§ messer enthält, die mit etwa 15 Umdr./Min. umläuft, einen der gewünschten Blattdicke entsprechenden während die zweite Walze mit 38,1 cm Durchmesser Abstand voneinander haben; die Blattdicke kann in mit einer Drehzahl von ungefähr 60 Umdr./Min. ander Praxis bis herunter zu ungefähr 0,2 cm betragen. getrieben wird. Die Umfangsgeschwindigkeiten der

beiden Walzen betragen ungefähr 15,24 bzw. 76,1 m/Min.; die Geschwindigkeitsdifferenz ist also etwa gleich 60,96 m/Min. Unter diesen Bedingungen wird die Zubereitung mehrmals mittels der umlaufenden Trommel während ungefähr 5 Minuten zwischen den Walzen hindurchgeleitet, was theoretisch ungefähr 25 Walzdurchgängen äquivalent ist.

Die Sprengmittelzubereitung wird dann endgültig in einem geeigneten Trockner getrocknet. Es kann ein Werner-Pfleiderer-Mischer verwendet werden, beispielsweise für eine Behandlung von ungefähr 4 Stunden bei 95° C, oder die Zubereitung kann in Form von dünnen Blättern gelassen und einfach in einem Ofen getrocknet werden.

Da die Bindemittelzubereitung durch die Zugabe von P. T. F. E. viskoser wird, so ist es leichter, das R. D. X. in der schon beschriebenen Weise einzuarbeiten, bevor P. T. F. E. zugemischt wird. Beim Herstellen kleiner Mengen (ungefähr 2 kg) ist aber auch ein Vermengen des R. D. X. mit der gesamten viskos-elastischen Bindemittelzubereitung möglich, die bereits das P. T. F. E. enthält. Das Differentialwalzengerät kann dann ein Gerät der schon beschriebenen Art in Labormaßstab sein, durch das die Sprengmittelzubereitung zehnmal durchgeleitet wird, wobei der minimale Abstand der Walzen 0,076 mm beträgt.

Die Sprengmittelblätter werden hergestellt, indem man das getrocknete Sprengmittel durch einen Walzenstuhl mit zwei glatten Stahlwalzen des gleichen Durchmessers durchleitet, die mit identischen Umfangsgeschwindigkeiten rotieren, wobei die Abstandsoder Spaltweite auf die gewünschte Blattdicke bis herab zu ungefähr 0,2 cm eingestellt wird.

Claims (4)

35 Patentansprüche:

1. Selbsttragende, insbesondere in Folienform herstellbare Sprengstoffmasse aus kristallinen hochexplosiven Sprengstoffteilchen und einem synthetischen viskos-elastischen Bindemittel, g e kennzeichnet durch einen Gehalt von 85 bis 90 Gewichtsprozent an Sprengstoff, dessen Korngröße im wesentlichen unter 100 μ liegt und dessen Korngrößenverteilung in der zur Erzielung hoher Füllstoffdichten üblichen Weise zwei Häufungswerte aufweist, deren Größenverhältnis zueinander bei etwa 1:2 bis ,3 liegt, und der durch ein synthetisches viskos-elastisches Bindemittel zusammengehalten wird, in dem zwischen 3 und 25 Gewichtsprozent eines hochfluorierten polymeren Halogen-Kohlenstoffs in Form extrem feiner Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 μ verteilt sind.

2. Selbsttragende Sprengstoffmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische viskos-elastische Bindemittel ein mit einem Ester mit wenigstens 15 Kohlenstoffatomen weichgemachtes Polyisobutylen ist.

3. Selbsttragende Sprengstoff masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hochexplosive Sprengstoff ein explosives Nitramin ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Sprengstoffmasse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man 85 bis 90 Gewichtsprozent eines kristallinen hochexplosiven Sprengstoffs mit der zu 100% ergänzenden Menge ernes viskos-elastischen Bindemittels, das zwischen 3 und 25 Gewichtsprozent eines in einem Suspensionsverfahren hergestellten hochfluorierten polymeren Halogen-Kohlenstoffs in Form von extrem feinen Teilchen enthält, mischt und diese Mischung wiederholt durch Differentialwalzen mit einem Walzenabstand von weniger als 0,25 mm hindurchleitet, bis der Sprengstoff zu feinen Teilchen' mit einer Teilchengrößenverteilung mit zwei Häufungswerten zermahlen und der polymere Halogen-Kohlenstoff in dem Bindemittel dispergiert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1176 536,
1172589,1110 065.

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