DE1667222B2 - Packungsplatte und packung fuer austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden fluessigkeitsfilm und einem gas - Google Patents
Packungsplatte und packung fuer austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden fluessigkeitsfilm und einem gasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Packungsplatte und eine Packung für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden
Flüssigkeitsfilm und einem Gas, bestehend aus mehreren konvex und konkav gekrümmten Teilen,
deren Krümmungsachsen untereinander parallel sind.
Austauschprozesse zwischen Flüssigkeiten und Gasen bzw. Dämpfen haben in der Technik große
Bedeutung, beispielsweise, wenn es um die Wärmeübertragung zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, wie
in Kühltürmen, geht oder wenn ein Gas Dämpfe aus einer Flüssigkeit aufnehmen soll, wenn eine Flüssigkeit
sich in einem Teil eines Gases lösen soll oder wenn eine Flüssigkeit und ein Gas miteinander chemisch reagieren
sollen. Weitere Beispiele für Austauschprozesse sind die Fraktionierung von zwei oder mehreren Komponenten
durch Destillation und biologische Oxydationsverfah- <,o
ren, beispielsweise die Herstellung von Essig.
Ein wesentlicher Faktor für einen guten Wirkungsgrad der Austauschprozesse ist eine große Oberfläche,
auf welcher die Flüssigkeiten und die Gase miteinander in Berührung gelangen. Aus diesem Grund hat man den
<,., Packungsplatten für Austauschprozesse zwischen Flüssigkeiten
und Gasen eine Wellen- oder Zickzackform eeeeben. Gewellte Packungsplatten mit Sinuswellen
sind beispielsweise seit Jahren bekannt
Die CH-PS 4 27 748 zeigt eine Reaktionskolonne mit einer Packung, deren einzelne, vertikal angeordnete
Packungsplatten zickzackförmig ausgebildet sind. Die
einzelnen Packungsplatten sind in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden eine
Vielzahl von Durchtrittskanälen. Am Kopf der Kolonne wird Flüssigkeit eingeleitet, die in Form eines dünnen
Films an den Packungsplatten herunterläuft Am Boden der Kolonne wird Gas zugeführt, das zwischen den
einzelnen Packungsplatten von unten nach oben strömt und dabei mit dem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm in
Berührung kommt
Zickzackförmige oder sinusförmig gewellte Pakkungsplatten haben während des Betriebes die Neigung,
sich auszudehnen und zu verlängern, wodurch die Platten Ausbauchungen erhalten und die einzelnen
sinus- oder zickzackförmigen Wellungen zusammengedrückt werden. Ausgebauchte Packungsplatten führen
zu Gasdurchtrittskanälen unterschiedlichen Querschnitts und zusammengedrückte Wellungen verhindern
die Entstehung eines dünnen, gleichmäßig verteilten FlüFsigkeitsfilms. Gasdurchtrittskanäle mit unterschiedlichen
Querschnitten über die Breite der Kolonne und das Fehlen eines dünnen, gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms
haben einen schlechten Wirkungsgrad zur Folge. Darüber hinaus wurde festgestellt daß Packungen
mit den bekannten zickzackförmigen oder sinusförmigen Packungsplatten zu einem hohen Druckverlust in
dem durch die Packung hindurchströmenden Gas führen. Ein hoher Druckverlust bedingt einen hohen
Energieverbrauch der Gebläse oder Pumpen, welche die Luft durch die Packung hindurchsaugen oder das Gas
hindurchdrücken. Ein hoher Druckverlust bedingt auch eine große Höhe der mit den Packungsplatten
ausgestatteten Türme, wenn mit natürlichem Sog gearbeitet wird.
Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, Packungsplatten zu schaffen, die beständig
gegen eine Verformung sind, einen gleichmäßig dünnen Flüssigkeitsfilm ermöglichen und die Voraussetzungen
für einen geringen Druckverlust schaffen.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß wenigstens einige der gekrümmten Teile direkt unter
Bildung einer Kante oder indirekt über ein Zwischenstück unter Bildung einer Rippe miteinander verbunden
sind.
Die Packungsplatten gemäß der Erfindung verfugen über eine mechanische Festigkeit, bei welcher eine
Verformung der Platten bei normalen Betriebsbedingungen nicht zu befürchten ist. Die Formgestaltung der
Packungsplatten ergibt eine so große mechanische Festigkeit, daß die erfindungsgemäßen Packungsplatten
aus dünnem Plattenmaterial hergestellt werden können, das den herkömmlichen Packungsplatten nicht die
erforderliche Eigensteifigkeit gibt. Die große mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Packungsplatten
verhindert ein Zusammenklappen der Wellungen und gewährleistet damit die Entstehung eines dünnen,
gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes.
Der kantige Übergang von einem gekrümmten Teil zum anderen führt zu einner Turbulenz in dem über die
Kanten strömenden Gasstrom, wodurch die Berührung zwischen dem Flüssigkeitsfilm und dem Gasstrom
verstärkt und die Gasströmung erschwert, abgebremst und abgelenkt wird. Die durch die scharfen Kanten der
Packungsplatten hervorgerufene Abbremsung des Gasstroms führt zu einem wesentlich geringeren Druckab-
fall, als dies bei gleichen Bedingungen für eine Wärmeübertragung bei sinusförmigen Packungsplatten
der Fail ist Der geringe Druckverlust bei einer Packung
mit den erfindungsgemäßen Packungsplatten wirkt sich
günstig auf den Energieverbrauch für Gebläse und Pumpen aus, weiche das Gas zwischen den Packungsplatten
hindurchführen.
Das zwischen den Packungsplatten hindurchtretende und mit dem herabfließenden Flüssigkeitsfihn in
Berührung kommende Gas kann entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zur Fließrichtung der
Flüssigkeit strömen.
Die gekrümmten Teile der Packungsplatte brauchen nicht unbedingt einer kontinuierlich gekrümmten Kurve
zu folgen, sie können auch aus mehreren ebenflächigen Einzelteilen bestehen, die nach ihrem Zusammenbau die
gekrümmten Teile der Packungsplatte ergeben. Das zwischen den gekrümmten Teilen angeordnete Zwischenstück
ist zweckmäßigerweise ein ebenes Teil. Das Zwischenstück kann jedoch auch einen gewissen Grad
an Krümmung aufweisen.
Wenn die konkav gekrümmten Teile und die konvex gekrümmten Teile abwechselnd hintereinander angeordnet
sind, haben die vorzugsweise aus einer dünnen Materialbahn geformten oder gepreßten Packungsplatten
auf beiden Seiten die gleiche Oberflächenform, da sämtliche gekrümmten Teile auf der einen Seite konkav
und auf der anderen Seite konvex und umgekehrt erscheinen. Da die Packungsplatte auf beiden Seitrn die
gleiche Überflächenform hat, kann sie auf beiden Seiten gleichermaßen zum Austauschprozeß beitragen. Es
entsteht daher eine sehr platzsparende Packungsplatte, die es ermöglicht, eine Vielzahl von Packungsplatten in
eine Kolonne mit einem vorgegebenen Querschnitt unterzubringen.
Packungsplatten mit besonders hoher Stabilität lassen sich erzielen, wenn sie aus zwei aneinanderliegenden
Platten zusammengesetzt sind, die Rückseite an Rückseite angeordnet sind, so daß eine einzige
zusammengesetzte Packungsplatte entsteht
Eine wesentliche Erhöhung der Eigensteifigkeit einer
Packungsplatte läßt sich dadurch erzielen, daß sie in eine Anzahl von Streifen unterteilt ist, die Richtung
jedes Streifens zu den Krümmungsachsen orthogonal verläuft und daß die Krümmungen in einem Streifen sich
mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens außer Phase befinden. Bei dieser Ausgestaltungsform
sind die ι ebeneinanderliegenden konvex bzw. konkav gekrümmten Teile ein und derselben
Packungsplatte in der einen oder anderen Strömungsrichtung der Strömungsmedien gegeneinander versetzt.
Die besten Ergebnisse hinsichtlich der Eigensteifigkeit und der gleichmäßigen Formgestaltung auf beiden
Seiten der Packungsplatte können dadurch erreicht werden, wenn die Krümmungen eines Streifens sich um
180° außer Phase mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens befinden.
Wenn die Oberfläche der Platte mit Vertiefungen versehen ist, läßt sich eine gleichmäßige Verteilung des
an der Packungsplatte herabfließenden Flüssigkeitsfilmes erzielen. Die Abmessungen der Vertiefungen sind
im Vergleich zur Größe der gekrümmten und ebenflächigen Teile der Packungsplatte klein. Die
Vertiefungen bestehen vorzugsweise aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender kleiner Eindrückungen oder
Dellen an der Plattenoberfläche.
Die Vertiefungen oder Dellen auf den Flächen der gekrümmten Teile und Zwischenstücke dienen zum
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Ausbreiten des Flüssigkeitsfilmes, während die Vertiefungen
oder Dellen an den Kanten oder Rippen das Bestreben der Flüssigkeit längs der Kanten und Rippen
zu fließen, auf einem Minimum halten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Kanten
oder Rippen nicht genau horizontal verlaufen.
Wenn mehrere Packungsplatten gemäß der Erfindung mit parallelen Ebenen im Abstand voneinander
angeordnet sind, wobei die Achsen der gekrümmten Teile horizontal verlaufen, entsteht eine stabile Pakkung,
die auf kleinem Raum Austauschprozesse mit hohem Wirkungsgrad möglich macht
im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch zwei benachbarte Packungsplatten,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung einer Abwandlungsform
einer Packungsplatte,
F i g. 3 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Kolonne mit Packungsplatten,
F i g. 4 einen schematischen Vertikalschnitt durch die Kolonne gemäß F i g. 3 senkrecht zu deren Zeichnungsebene, und
F i g. 5 bis 7 schematische Querschnitte durch abgewandelte Packungsplatten.
In F i g. 1 sind zwei identische Packungsplatten A und B schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Platten A
und ßsind in gegenseitigem Abstand angeordnet, so daß
zwischen den beiden Platten ein Kanal für das aufströmende Gas entsteht. Auf den Oberflächen der
Platten fließt ein Flüssigkeitsfilm nach unten, der nacheinander über konvex und konkav gekrümmte
Teile der Platte fließt. Die gekrümmten Teile der Platte sind durch Zwischenstücke 1 miteinander verbunden.
Die Zwischenstücke 1 bilden Rippen mit Kanten 2. Wenn der Flüssigkeitsfilm von einem konvex gekrümmten
Teil zu einem konkav gekrümmten Teil oder umgekehrt fließt, fließt der Flüssigkeitsfilm in jedem
Fall über das Zwischenstück 1. Wenn die Rieselfläche B1 der Platte B von der Platte A aus betrachtet wird,
dann ist die Fläche Bl die konvex gekrümmte Fläche und die Fläche B 3 die konkav gekrümmte Fläche. Die
Flächen der Platten A und B bestimmen durch ihre Umrißlinien die Gestalt des Kanals für das aufsteigende
Gas oder den aufsteigenden Dampf. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform befinden sich die Zwischenstücke
der Platten A und B in der Mitte zwischen den Scheitelpunkten der konvex gekrümmten Flächen
(ß2) und der konkav gekrümmten Flächen (B3). Die
Zwischenstücke 1 können auch jede andere beliebige Zwischenstellung einnehmen, beispielsweise, wenn die
Flächen Bl und B 3 verschieden lang sind. Die Zwischenstücke 1 im Kanal zwischen den Platten A und
B bewirken einen Stau und eine Umlenkung der Strömung, so daß der Druckabfall in dem durch den
Kanal nach oben strömenden Dampf oder Gas klein wird.
Wenn die in F i g. 1 dargestellten Packungsplatten aus s.arren oder im wesentlichen starren Platten oder
Bahnen, beispielsweise aus Metallblech, Asbest, Zement,
Graphit oder Kunststoff bestehen, kann über die volle Breite der Platte der gleiche Querschnitt beibehalten
werden, so daß jedes Zwischenstück 1 ebenfalls gleichmäßig über die volle Breite der Platte verläuft. Es
ist jedoch zweckmäßig, die Platte in eine Anzahl von senkrecht verlaufenden Streifen zu unterteilen, um die
Eigensteifigkeit und Starrheit zu vergrößern.
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In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei
welchem ein Material verwendet wurde, das an sich nicht starr ist, aber aufgrund der besonderen Formgestaltung
der Platte dennoch die gewünschte Starrheit liefert. Bei dieser Ausführungsform weist die Platte
nebeneinander angeordnete Streifen Cund D auf, deren nebeneinanderliegende Krümmungen phasenversetzt
sind. Ein konvex gekrümmter Teil £des Streifens Cliegt
neben einem konkav gekrümmten Teil F des Streifens D. Die Streifen Cund Dsind durch Verbindungsteile G
miteinander verbunden und bestehen aus einem Stück. Die Verbindungsteile G verlaufen im rechten Winkel
zur Hauptebene der Platte und dienen als Versteifungsstege. Die Verbindungsteile G können jedoch auch
einen kleinen Winkel zur Hauptebene der Platte bilden, Dies ist dann der Fall, wenn die Platten in Formen
gepreßt werden und die geringe Neigung der Verbindungsstege C· das Entfernen der geformten Platten von
den Formteilen erleichtern soll. Jeder Streifen Cund D weist ein Zwischenstück 1 auf, der in vorstehend
beschriebener Weise angeordnet ist.
Die Flächen der Packungsplatten der verschiedenen Ausführungsformen können eine Vielzahl von Vertiefungen
und Dellen haben, welche die Verteilung der Flüssigkeit unterstützen. Die Vertiefungen oder Dellen
in den Oberflächen der Platten führen besonders dann zu einer guten Verteilung des herabrieselnden Flüssigkeitsfilmes,
wenn die Platten aus einem Material mit schlechten Benetzungseigenschaften, beispielsweise aus
synthetischem Kunststoff bestehen. Die Vertiefungen oder Dellen sorgen ferner für eine Turbulenz im
Flüssigkeitsfilm, so daß bei Stoffaustauschvorgängen vergrößerte Stoffaustauschkoeffizienten erzielt werden.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 reichen die Zwischenstücke 1 nicht über eine gedachte Ebene
hinaus, die tangential durch die Scheitelpunkte der gekrümmten Teile B 2 und Bi verläuft. Bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die einander gegenüberliegenden Platten A und ßso angeordnet, daß
die gegenüberliegenden Krümmungen einander entsprechen und ein Kanal mit einer im wesentlichen
gleichmäßigen Querschnittsfläche für die aufsteigenden Gase und Dämpfe entsteht. Die gegenüberliegenden
Platten A und B können jedoch auch in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt werden, wobei die
Platten so weit versetzt werden können, daß ein vorspringendes Flächenteil der einen Platte einem
vorspringenden Flächenteil der anderen Platte direkt gegenüber liegt Auf diese Weise kann der niedrige
Druckabfall des im Kanal aufsteigenden Strömungsrne- diums verändert werden.
In den F i g. 3 und 4 ist eine Kolonne dargestellt, in
welcher Packungsplatten gemäß der Erfindung an geordnet sind. Die Packungsplatten sind der Einfachheit
halber als gewellte Platten dargestellt, die verwendeten
Packungsplatten haben jedoch tatsächlich die Gestalt der in den Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 dargestellten
Packungsplatten.
Die in den Fig.3 und 4 dargestellte Kolonne besitzt
ein Gehäuse 9 mit einem Einlaßrohr 10 für die Flüssigkeit, einem Auslaßstutzen 11 für die Flüssigkeit,
einem Gaseinlaß 12 und einem Gasauslaß 13. Die Kolonne enthält zwei übereinander angeordnete Pakkungen I und H, von denen jede aus einer Vielzahl von
Packungsplatten 15 besteht. Das Einlaßrohr 10 hat Sprühöffnungen, aus denen die Flüssigkeit auf die obere
Packung I aufgesprüht wird. Die aus dem Einlaßrohr 10 austretenden Sprühstrahlen können durch Stangen 3 in
vorteilhafter Weise unterbrochen oder auf ihrem Strömungsweg gehemmt werden. Die Stangen 3 tragen
die Packungsplatten 15 und haben einen Durchmesser der für ein Nebeneinanderanordnen der Stangen 3 aul
der gleichen Höhe zu groß ist, und ein Anordnen der aufeinanderfolgenden Stangen abwechselnd auf einer
höheren und tieferen Ebene erfordert. Die Platten 15 der Packung I sind gegen die Senkrechte geneigt und
parallel nebeneinander angeordnet. Der Neigungswinkel der Platten 15 der Packung I gegen die Senkrechte
kann etwa 30° betragen. Die Unterkanten der Packungsplatten 15 der oberen Packung I ruhen auf der
unteren Packung II. Die unteren Abschnitte der Platten 15 der oberen Packung I haben Kerben und Nuten, in
welche die oberen Abschnitte der Platten 15 der unteren Packung II und deren obere Stützdrähte 3' eingreifen.
Die Unterkanten der Platten 15 der oberen Packung I sind im allgemeinen zickzackförmig oder sägezahnartig
ausgebildet und passen mit den Oberkanten der Platten 15 der Packung II zusammen, so daß die Flüssigkeit von
den Platten der oberen Packung 1 zu den Platten der unteren Packung II fließt.
Die Platten der unteren Packung Il haben die gleiche
Form wie die Platten der oberen Packung I und sind vertikal in parallelem Abstand angeordnet Beide Seiten
einer jeden Platte dienen als Rieselflächen.
Die Stangen 3, welche die Platten der oberen Packung I tragen, und die Drähte 3', weiche die Platten der
unteren Packung Il tragen, sind auf Stützlagern 14 angeordnet oder auf irgendeine andere geeignete Weise
befestigt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Packungsplatten wurden durch Vergleichsversuche deutlich, bei
denen Luft mit einem an den Platten herabrieselnden Wasser befeuchtet wurde. Es wurden Packungen mit
sinusförmig gewellten Platten und Packungen mit erfindungsgemäßen Platten gemäß F i g. 1 miteinander
verglichen. Die Packungen hatten in beiden Fällen die gleiche Höhe und einen Plattenabstand von 4,45 cm. Der
Druckabfall der Luft pro 30,5 cm Packungshöhe betrug bei der Packung mit sinusförmig gewellten Platten das
2,8fache des Druckabfalls bei der Packung mit Platten gemäß Fig. 1. Bei vielen Austauschprozessen zwischen
Flüssigkeit und Dampf oder Gas, beispielsweise bei Wasserkühltürmen, ist der Druckabfall über die Höhe
der Packung von überaus großer Bedeutung für die erforderliche Höhe einer Packung in einem mit
natürlichem Sog arbeitenden Turm oder für den Energieverbrauch der Gebläse, welche die Luft durch
die Packung hindurchsaugen.
Eine sinusförmig gewellte Packungsplatte aus einer Polyvinylchloridfolie mit einer Dicke von etwa 1,01 mm
und eine in Fig.2 dargestellte Packungsplatte mit senkrecht nebeneinander verlaufenden Streifen aus
einer Polyvinylchloridfolie mit einer Dicke von 0,254 mm wurden einer gleichen vertikalen Zugbelastung ausgesetzt Die Dehnung der in F i g. 2 dargestellten Platte mit einer Dicke von 0,254 mm war geringer
als die Dehnung der sinusförmig gewellten Platte mit einer Dicke von 1,01 mm.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Packungsplatte für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm und >
einem Gas, bestehend aus mehreren konvex und konkav gekrümmten Teilen, deren Krümmungsachsen
untereinander parallel sind, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einige der gekrümmten Teile (A, B) direkt unter Bildung einer ,0
Kante oder indirekt über ein Zwischenstück (1) unter Bildung einer Rippe miteinander verbunden sind.
2. Packungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gekrümmten Teile
und die konvex gekrümmten Teile abwechselnd hintereinander angeordnet sind.
3. Paskungsplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei
aneinanderliegenden Platten zusammengesetzt ist.
4. Packungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Anzahl
von Streifen (C, D) unterteilt ist, die Richtung jedes Streifens (C, D) zu den Krümmungsachsen orthogonal
verläuft und daß die Krümmungen in einem Streifen sich mit den Krümmungen des nächsten
benachbarten Streifens außer Phase befinden.
5. Packungsplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungen eines Streifens
sich um 180° außer Phase mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens befinden.
6. Packungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der
Platte mit Vertiefungen versehen ist.
7. Packung für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm und einem Gas,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Packungsplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit
parallelen Ebenen im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Achsen der gekrümmten
Teile horizontal verlaufen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1967P0042685 DE1667222B2 (de) | 1967-07-26 | 1967-07-26 | Packungsplatte und packung fuer austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden fluessigkeitsfilm und einem gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1967P0042685 DE1667222B2 (de) | 1967-07-26 | 1967-07-26 | Packungsplatte und packung fuer austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden fluessigkeitsfilm und einem gas |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1667222A1 DE1667222A1 (de) | 1971-06-09 |
DE1667222B2 true DE1667222B2 (de) | 1977-06-08 |
DE1667222C3 DE1667222C3 (de) | 1978-12-21 |
Family
ID=7378819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1967P0042685 Granted DE1667222B2 (de) | 1967-07-26 | 1967-07-26 | Packungsplatte und packung fuer austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden fluessigkeitsfilm und einem gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1667222B2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10162801B4 (de) * | 2001-12-19 | 2004-10-28 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Mikrofallfilmreaktor |
-
1967
- 1967-07-26 DE DE1967P0042685 patent/DE1667222B2/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1667222A1 (de) | 1971-06-09 |
DE1667222C3 (de) | 1978-12-21 |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |