DE1464620A1

DE1464620A1 - Biegsames Material zur Absperrung ionisierender Strahlungen

Info

Publication number: DE1464620A1
Application number: DE19621464620
Authority: DE
Inventors: Weinberger Jan Viteslav
Original assignee: Gentex Corp
Current assignee: Gentex Corp
Priority date: 1962-06-30
Filing date: 1962-06-30
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB954594A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine biegsame Abschirmung gegen ionisierende Strahlungen, und zwar insbesondere auf ein verbessertes biegsames Mittel zur Bildung eines Schutzes gegen die Emanationen radioaktiver Substanzen, Röntgenstrahlen u.dergl, TJa ionisierende Strahlungen mehr und mehr sowohl in der Industrie als auch in der Medizin an Bedeutung gewinnen und da solche Emanationen schwere Beeinträchtigungen für menschliche Wesen bilden können, falls diese übermäßig davon betroffen werden, wird es in zunehmendem Maße wichtig, Materialien zu entwickeln, die gegen die ionisierenden

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Strahlungen abschirmend wirken und biegsam sind, so daß sie Teilen des Körpers in ihrer Form angepaßt und "beispielsweise für Handschuhe, Schutzhelme, Schürzen, Gamaschen, Bekleidungsstücke u.dergl. verwendet werden können_e

Solche ionisierenden Strahlungen schwanken in Abhängigkeit vom Strahlungsenergiepegelj sie enthalten Alphapartikel, Protonen, Neutronen, Positronen, Betastrahlen und Gammastrahlen.

Blei ist zwar bekanntlich wegen seines hohen Molekülargewichtes ein ausgezeichnetes Abschirmungsmaterial. Leider ist es jedoch schwierig - insbesondere, wenn ein Schirm mit einer geeigneten Kontur versehen werden soll, um ihn einem menschlichen Körper anzupassen, wie z.B. in Fällen, wo es erwünscht ist, nur einen bestimmten Bereich des Körpers ionisierenden Strahlungen auszusetzen - einen Bleischirm in die erforderliche Porm zu bringen, und es ist praktisch undurchführbar, eine größere Anzahl von Schirmen für verschiedene Körpergrößen für Personen bereitzuhalten, für welche Abschirmungen erforderlich sind»

Es ist vor allem auch sehr erwünscht, den Körper von Personen abzuschirmen, die aus beruflichen Gründen Strahlungen ausgesetzt sind; solche Personen sind z.B. Röntgentechniker, medizinisches Personal, das an

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Röntgengeräten beschäftigt ist, Bedienungsmannschaften für Reaktoren, Techniker, die sich mit radioaktiven Isotopen befassen usw·.

Es wurde bereits ein biegsamer Schirm für ionisierende Strahlungen vorgeschlagen (USA-Patent ... Ser.Nr· 14725 vom 14·3·1960, Anm.: Jan v. Weinberger u. August G. Luisada), bei dem ein biegsames Trägermaterial mit einem Überzug eines Amalgams aus Blei und Quecksilber versehen ist. Eine solche Abschirmung'ist zwar durchaus wirksam, jedoch ist das Quecksilber teuer, und die Biegsamkeit ist verhältnismäßig begrenzt.

Bs wurde nun gefunden, daß es möglich ist, eine Abschirmung für ionisierende Strahlungen durch ein verbessertes Material zu bilden, das von vornherein selbst biegsam und formbar ist. Dieses Material kann an einem Gewebe befestigt oder zwischen Gewebelagen als Schicht eingefügt werden, um ein .biegsames Material zu bilden, das leicht zu Kleidungsstücken und sonstigen biegsamen Abschirmungen für ionisierende Strahlungen verarbeitet werden kann.

Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, eine solche verbesserte biegsame Abschirmung für ionisierende Strahlungen zu schaffen. Ferner soll durch die Erfindung ein Ilaterial zum Gebrauch bei der Herstellung von Abschirmungen für ionisierende Strahlungen geschaffen werden, welche verschiedenartige und gegebenenfalls

komplizierte Konturen und Pormen aufweisen.

Weitere Zwecke der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungι

Allgemein umfaßt die Erfindung die Herstellung eines Teiges mit äußerst hohem Gehalt an Blei in Verbindung

mit einer kleinen Menge eines Silikongummis oder eines Silikonkautschuks (silicone rubber) und einer geringeren Menge einer Paserflocke·

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert!

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Anordnung, die e*in Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

fig. 2 ist die Schnittdarstellung einer mehrschichtigen Anordnung, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung als Beispiel veranschaulicht.

Bei der Erfindung wird von Blei in Pulverform ausgegangen. Es kann mit besonderem "Vorteil ein solches Bleipulver verwendet werden, das vorwiegend durch ein 200 Maschen-Sieb hindurchgeht. Dieses Pulver kann einen Mindestgehalt an Blei von mehr als 99#9 Gewichtsprozent zusammen mit Spuren von Silber, Kupfer, Areen, Antimon, Zinn, Zink, Eisen und Wismut aufweisen.

Bleipulver ist an sich bekannt j es ist auf dem Wege der Versprühung bzw. Zerstäubung herstellbar.

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ORlGiNAL. INSPECTED

Sie meisten bereite bekannten Abschlrmungsmaterialien sind verhältnismäßig diok und plump, da es bisher nicht möglioh war, einen Bleigehalt von etwa 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trägermaterial, zu überschreiten·

Bei dem neuen Material gemäß der Brfindung besteht die Möglichkeit, einen Bleigehalt von etwa 98,5 Gewichtsprozent vorzusehen, und zwar daduroh, daß nur 1 Gewiohts-Prozent Silikonkautschuk und 0,5 Gewichtsprozent Paserflocke vorgesehen werden. Die gegenüber der kleinen Bindemittelmenge gewichtsmäßig große Bleimenge bewirkt eine Abschirmung in hohem Grade j dennoch ist das neue Material hinreichend biegsam, um auf Gewebe durch Aufkleben oder auf andere Weise befestigt zu werden und die Herstellung einer biegsamen Kleidung o.dergl. zu ermöglichen.

Die Silikone sind halborganische Polymere· Sie ergeben ein dichtes gummiartiges Material. Die meist übliche Art von Silikonkautschuk ist Polydimethjtlsiloxan. Dieses hat den durch das folgende Kettengragment veranschaulichten allgemeinen Aufbaut

OH,

OH,
I

- Si-O-Si -0- Si ι i ι
OH*

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ORlGlHAL IKSFECTED

Bie Bei einer zweiten Art von Silikonkautschuk ist

durch ein kleiner Prozentsatz der Methylgruppen &*&■ Vinylgrup·

pen ersetzt. Ein Kettenfragment hat die folgende Form»

-Si-	O	- Si	- O	1	-Si-
/		I		I
CH₃		CH Ii		CH₃
		CH,

Bei einer dritten Gruppe von Silikonkautschuk ist ein kleiner Prozentsatz von Phenylgruppen anstelle der Methylgruppen substituiert.

Nachstehend eine Pragmentdarstellung der Kette:

OH* . OH, Oll·?

\ * r ι

- Si - O - Si - O - Si -

I I I

Naturgemäß liegt das Molekulargewicht von Silikonkautschuk im Bereich von etwa 300 000 "bis 1 000 000»

Alle diese Silikonkautschukarten können bei.Ausführung der Erfindung verwendet werden. Es wurde gefunden, daß eine Vinylart die Vulcanisationseigenschaften verbessert.

Als Flocke kann jedes Fasermaterial, wie z.B. Baum wolle, Rayon oder eine synthetische, gespritzte Faser, wie Polyäthylen, Polyvinolchlorid ("Nylon") o.dergl. benutzt werden. Vorzugsweise kann eine aus Wolle

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hergestellte Faserflocke verwendet werden. Pasern aus grober Wolle trennen sich leioht voneinander. Auch hat Wolle die höchste natürliche Feuchtigkeitsaufnahme, etwa in der Größenordnung von 15 - 18Jt, im Vergleich zu der von 8jC für Baumwolle und 0,5 - 4# für Fasern der thermoplastischen Gattung. Die hygroskopische Eigenschaft von Wolle erleichtert das Vulkanisieren der Silikonkautschuke.

Bs wurde ferner gefunden, daß es nicht ohne weiteres möglich ist, gewöhnlichen Gummi (rubber) oder Kautschuk mit Blei zu amalgamieren, um eine homogene Mischung zu erhalten. Erst durch die Verwendung von Silikonkautschuk (Silikongummi) wurde es möglich, eine homogene Amalgamierung von Blei und Kautschuk (Gummi) zu erhalten)· Silikonkautschuk hat die Eigenschaft, die Bleioxydschicht auf dem Bleipulver zu' beseitigen und ermöglicht die Herstellung einer besonders homogenen Zusammensetzung·

Gemäß der Erfindung wird durch Mischen des oben be» Bchriebenen Bleipulvers in einer Menge von 98,5 Gewichtsprozent mit 1 Gewichtsprozent Silikonkautschuk der oben erwähnten Type 2 und 0,5 # Faserflocke, welche in hohem Maße Wollfasern enthalt, ein Teig hergestellt. Die Mischung wird auf ein Blatt aus VinylidinchloridcopolymeT aufgebracht. Sie wird dann durch einen Zusatz von Toluol in einer Menge von 5 Gewichtsprozent der Mischung verdünnt. Dann wird die Mischung mit einer mit Tetrafluoräthylencopolymer (Teflon) überzogenen Messerklinge

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geformt. Dies ist deswegen erforderlich, weil das Material sehr fest an Metallen haftet. Bei der Herstellung großer Mengen des Materials müssen mit Teflon ausgekleidete Misohgeräte verwendet werden.

Während des Mischvorganges wird das Vulkanieationsagens, das für Silikonkautschuk bekannt ist, nämlich Benzoylperozyd, zugesetzt. Naoh gründlicher Mischung des Materials wird duroh Ausrollen mittels einer mit Teflon überzogenen Rollwalze ein blattförmiges Stück hergestellt, in derselben Art, wie eine Teigsohioht für Baokzweoke ausgerollt wird, wobei natürlich als unterlage beim Rollprozeß die Vinylidinchloridoopolymerflache dient. Der Rollpro ζ efl wird, solange fortgesetzt, bis eine Teigsohicht mit einer Dicke von etwa 1,5 mm entstanden ist. Bei der Herstellung größerer'Mengen des Materials können die Schichten duroh Kalanderwalzen, die mit Teflon überzogen sind, ausgerollt werden. Der Walzenabetand bestimmt dann die Dicke der Misohungssohicht.

Die Vulkanisierung kann in zwei Stufen vor sich gehen. In der ersten Stufe erfolgt die Vulkanisierung, während die gerollte Schicht unter ihrem Sigengewioht AbmessungeStabilität aufweist. Diese läßt sich leicht dadurch erreichen, daß die Schicht für eine Dauer von 5 bis 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 150⁰O (260⁰F) gebracht wird, natürlich können die Schichten oder Blätter duroh Verwendung von Formen Konturen jeder gewünschten

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Gestalt erhalten und anschließend in den Formen für
fünf oder zehn Minuten vulkanisiert werden, damit das Stüok Abmessungsstabilität erhält» Das geformte Stück wird dann in einen gut gelüfteten Ofen gebracht und
mehrere Stunden bei etwa 25O⁰O (48O⁰I¹) gebacken. Hierdurch werden die Durchbruchsfragmente (breakdown
fragments) aus dem Peroxyd sowie die leichten Grummifraktionen ausgetrocknet. Durch den Backvorgang werden auch zusätzliche Querlängen (oross lengths) festgelegt.

Naturgemäß können gewünsentenfalls auch bei Raumtemperaturen vulkanisierbare Silikone verwendet werden» Diese werden durch den Zusatz von Beschleunigern, wie
z.B. Dithiokarbamate, Carbondisulfid oder Zinkmerkaptobenzothiazol erhalten.

An sich ist die Herstellung vulkanisierbarer Silikone bekannt, sie bildet also keinen Bestandteil der
Erfindung. Die Erfindung beruht vielmehr in der Erkenntnis, daß eine besonders große Menge von Blei mittels
einer verhältnismäßig kleinen Menge von Silikonkautschuk in Verbindung mit einer geringeren Menge von Paserflocken zusammengehalten bzw. gebunden werden kann»

Gemäß einem weiteren Beispiel für die Ausführungsweiae der Erfindung wird ebenso wie oben angegeben vo-r— gegangen, mit der Ausnahme, daß Xenol als lösungsmittel verwendet wird. Der größte Teil des Lösungsmittels verdampft während der Mischung des Teiges. Das so gebildete

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ORIGINAL INSPECTE

Grundmaterial wird dann mit dem Gewebe vereinigt. Es kann auf dem Gewebe unter Vermittlung eines geeigneten Materials durch Aufkleben befestigt werden. Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, 90 # Silikonkaut schul: mit 10 i» Faserflocke, wie z.B. Wolle, Baumwolle u.dergl., zu mischen und als bei Haumtemperatur vulkanisierbares Silikonkautschukmaterial zu verwenden· Solches Material ist bekannt} es enthält die erforderlichen Katalysatoren und Beschleuniger für das Vulkanisieren bei Haumtempera-

j tür. Der Silikonkautschuk kann in luftdichten Behältern transportiert und gespeichert werden, und er enthält gewöhnlich Moderatoren, um eine Vulkanisation während der Speicherung in an sich bekannter Weise zu verhindern.

ι Die Flocke wird mit diesem Silikonkautschuk gemischt,

! und die sich ergebende Mischung bildet das Klebe- oder Haftmittel, durch welches ein Textilmaterial an der vulkanisierten Grundschicht aus BleiSilikonkautschuk befestigt werden kann,

! Wie in Jig,1 dargestellt, besteht die Lage 10 aus

ι einer mit einem Überzug versehenen, blattartigen Schicht mit einem Gehalt von 98,5 Gewichtsprozent Blei, 0,5 Gewichtsprozent Paserfloclce und 1,0 Gewichtsprozent Silikonkautschuk. Sie wird, wie oben geschildert, geformt und vulkanisiert. Die lage 10, welche das Blei

enthält und die Absperrung zum Aufhalten der ionisierenden 909818/0466 - 10 -

Strahlungen bildet, ist durch eine obere Gewebelage 12 und eine untere Gewebelage 14 geschützt· Diese Gewebelagen sind duroh KLebemittelsohiohten 16 und 18 zum Anhaften an der Sperrlage 10 gebracht« Dabei kann jedes geeignete Klebemittel verwendet werden wie Kautschukoder Gummikitt-Neopren. Vorzugsweise kann eine Mischung verwendet werden, die 90 Prozent Silikonkautschuk und Prozent Faserflocke enthält· Dieser {Silikonkautschuk und die Faserflocke befestigt nicht nur das Gewebe an der 8perrlage 10, sondern gewährleistet auch bessere Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung und mechanische Spannung·

Sie Klebemittelsohichten 16 und 18 sind duroh Erhitzen vulkanisierbar, oder sie können von der oben genannten, bei Raumtemperatur vulkanisierbaren Art sein·

Sie Gewebeschichten 12 und 14 gönnen aus einem beliebigen geeigneten Gewebe bestehen· Vorteilhaft lassen sich hitzebeständige Kleidungsstoffe verwenden, wie sie in dem US-Patent 2 884 017 vom 28.4*59 (H.A.Delcellier und Jan V.Weinberger) angegeben sind.

Wird ein hitzebeständiges Gewebe verwendet, so kann das biegsame Absohirmungsmaterial gemäß der Erfindung zu Kleidungsstücken verarbeitet oder auch in eine Gestalt geformt werden, die sich den Körperkonturen anpaßt und somit eine Schutzkleidung gegen nukleare Rückstände (nuclear flash) bildet, die von Atomexplosionen herrühren. _f

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ORIGINAL INSPECTED

Wenn eine der Gewebeschichten 12 oder 14 aus dem in dem o.a. USX-Patent angegebenen hitzebeständigen Stoff hergestellt ist, müssen.die Klebeschichten 16 und 18 bei Raumtemperatur vulkanisierbar sein, da die Vulkanisationstemperatur das Material, aus dem das hitzebeständige Ge-

webe bestehtι beschädigen könnte. Wie anderwärts festgestellt, sublim'iert ein Bestandteil des hitzebeständigen Gewebes bei erhöhten Temperaturen, um zu ermöglichen, daß die hitzebeständige Eigenschaft wirksam wird. Diese darf natürlich nicht durch erhöhte Temperatur beim Vulkanisiervorgang zur Wirksamkeit gebracht werden.

In Fig.2 sind mehrere Sperrlagen 10 vorgesehen, von denen jede aus dem durch Silikonkautschuk gebundenen Bleipulver besteht. Die obere Gewebelage 12 ist ähnlich wie die Gewebelage 12 von Fig.1 ausgebildet, und die untere Gewebelage 14 ähnlich wie die lage 12 oder 14 von , Fig.1. Eine der Lagen 12 bzw. 14 oder beide können gewünscht enf alls aus dem erwähnten hitzebeständigen Stoff bestehen·

Die benachbarten Sperrlagen 10 sind durch eine Klebemittels chicht 20 befestigt, die vorzugsweise aus 90 # Silikonkautschuk und 10 ?ί Faserflocke besteht. Die Klebemittelsohichten 16 und 18 von Fig.2 sind ähnlich beschaffen wie die entsprechenden Klebemittelschichten 16 und 18 von Fig.1. Die Sperrtagen 10 können etwa zwi-.schen 1 und 1,5 mm dick sein, doch ist natürlich jede

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beliebige Dicke anwendbar. Es wurde gefunden, daß die Verwendung mehrerer dünner Lagen trotz größerer Dicke des Materials eine bessere Biegsamkeit ergibt.

Wird eine beständig gekrümmte Form gewünscht, so empfiehlt es sich, eine einzige, dickere lage zu benutzen, sie in die gewünschte Form zu bringen und sie in geformtem Zustand zu vulkanisieren. Das in den Figuren" 1 und 2 gezeigte fertige Material kann auf eine einheitliche Dicke gewalze und dann zu der gewünschten Schutzkleidung verarbeitet werden.

Die Verwendung fein unterteilter Bleipartikel, wie z.B. Blei in Pulverform, das durch Silikonkautschuk zu einem homogenen Material gebunden ist, könrte gegebenenfalls wegen der Zwischenräume zwischen den Bleipartikeln für die Aufhaltung ionisierender Strahlungen unwirksam sein. Um zu bestimmen, ob der Aufbau, der die Biegsamkeit gewährleistet, an Abschirmungsfähigkeit Einbuße erleidet oder nicht, wurde ein Muster entsprechend der Ausführungsform nach Fig.1 hergestellt, bei dem die Sperrlage 10 eine Dicke von 1,5 mm aufwies·

Die Flächendichte des Materials betrug 1,25 g/cm Es wurde ein Kodak-Röntgenfilm für Industriezwecke vom Typ KK der Bestrahlung durch 100 kV unfiltrierte Röntgenstrahlen als breite Strahlung für 10 s bei 0,64 r/s ausgesetzt, wohei der Röntgenfilm mit dem Materialmuster

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abgeschirmt wurde. Ee hat sich dabei herausgestellt, daß durch dieses neuartige Material 0,22 ⁰Jo ί 0,01 ?£ der Röntgenstrahlung hindurchging. Bs wurde die äquivalente Bleischicht festgestellt, indem das der Röntgenbestrahlung ausgesetzte Materialmuster durch verschiedene Bleidicken ersetzt wurde% dabei wurde gefunden, daß die äquivalente Bleischicht 1,06 mm * 0,02 $£ dick ist.

" Der gleiche Versuch wurde mit 250 kV !infiltrierten

Röntgenstrahlen ausgeführt. Dabei wurde eine Durchlässigkeit des Musters von 4,1 1* t 0,2 $> festgestellt. Dies entspricht einer Bleischicht von 1,11 mm Dicke ί 0,02 J^.

Die Versuchsergebnisse beweisen, daß eine äußerst hohe Röntgenstrahlen—Absorption erreichbar ist und daß die feine Unterteilung der Bleipartikel zusammen mit der kleinen Menge von Silikonkautschuk, die nur angewendet zu werden braucht, eine zufriedenstellend dichte

k Packung ermöglicht, so daß sich eine ausgezeichnete Röntgenstrahlen-Absorption ergibt, wobei zugleich die erwünschte Biegsamkeit gewährleistet wird.

Es zeigt sich also, daß die Zwecke der Erfindung erfüllt wurden. Bs wurde eine biegsame Abschirmung für ionisierende Strahlungen geschaffen, die leicht zu einer Schutzkleidung verarbeitet werden kann_e Es wurde ein Material geschaffen, das leicht in jede gewünschte Gestalt geformt werden kann, so daß es zur Abschirmung der Körper von Personen verwendbar ist, die beruflich

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der Strahlung ausgesetzt sind, und zum Schutz gekrümmter Körperteile geeignet ist, wenn es erwünscht wird, bestimmte andere Bereiche des Körpers bei einer medizinischen Iherapiebehandlung ionisierenden Strahlungen auszusetzen.

Das neue Material lässt sich, auch abriebsicher herstellen und leicht mit hitzebeständigem Gewebe kombinieren·

Sie Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier beispielsweise beschriebenen Einzelheiten. Diese lassen sich vielmehr auf manche Weise, so insbesondere durch abgewandelte Ausführungsformen und Unterkombinationen, ausgestalten, ohne daß dadurch der Bereich des Erfindungsgedankens verlassen wird·

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Claims

Patentansprüche

1·) Biegsames Material «ur Absperrung Ionisierender Strahlung·», gekennselohnet durch Al· Kombination einer größeren Menge ron Bleipulrer, einer kleineren Menge ron Silikonkautschuk und einer noch kleinere Menge von »aeerfleoken·

ί·) Tlejdblee Material nach Anepruoh 1, dadurch gekennieiohnet, AaS Al· Kombination etwa 99,5 + f*i»- rerteiltee Blei, 1,0 + ßilikonkauteohuk und 0,5 t Faeerflocke enthält,

5·) Biegeame Abschirmung, bestehend aus einem Material nach Anepruoh 1 oder 2, dadurch gekcmnaolehnet, AaJ al· «in· gröiere Meng· ron Bleipulrer enthält, Aas mit einer kleineren Menge ron Silikonkautschuk emeammenhttyt wiA an einer öewebelage anhaftet«

4·) Biegsam· Abechirmung nach einem der rorliergeh·»- Atn Ansprache, gekenneeiohnet durch eine Sperreohicht, Al· eine gr^Bere Mang· ron Bleipulrer enthält, Al· mit einer kleineren Menge ron Silikonkautschuk und 7a»erfleckea eueamsenhängt und mit Hilf· einee Klebemittele ■wisohen iwei Oevebelagen eixigesohichtet let.

3.) Biegsam· Abeehirmang nach Anepruoh 4, dadurch gckennsciohaet, AaJ Aaa Klebemittel etwa 90* Silikonkauteohuk und etwa 10* faeerflocke enthält.

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β.) Blag··«· Aaaaälrauag aaoh alaaa dar Voraargakaa* iaa laapyttalM» gakaaaaaiahaat durah aahrara Sparpaehlaatam odar «lagt»» voa daaaa jada Blaipulrar eat hält, daa alt aiaav klaiaaraa Haag· Blllkonkamteohuli und aiaar aooa klaiaaraa liaaga roa Tlookaa aaaaaaaaaflagt« aowia dwraa Ulttal stta lahaftaa dlaaar Syarraahiohtaa aaalaaadar «ad äoBara OawabaXagaa la Yarbiaduag alt mttala ava Aahaftaa dlaaar aa daa maaaaaagafttgtaa Bparreoalohtaa·

Patentanwälte Motmedc·, Dr. Kühl

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