DE1939412B2 - Reaktor zur behandlung viskoser ausgangsmassen - Google Patents
Reaktor zur behandlung viskoser ausgangsmassenInfo
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Description
55
•ie Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur andlung viskoser Ausgangsmassen unter Erhit-
I und Dampfbildung, wobei der Reaktor die ή eines lotrecht stehenden Behälters mit ringligem
Mantelquerschnitt und mit sich im wesenl- :n kegelstumpfförmig nach unten verjüngenden
en hat und umlaufende, radial verlaufende Rühre und von diesen axial abstehende Rührflügel
s antreibbaren Rührwerks mit lotrechter Welle ie dem Reaktor fortlaufend zugeführte und von
abgeführte Masse eintauchen, deren Flüssigkeitsspiegel konstant mindestens am Massezufluß des
Reaktors selbsttätig auf ein vorgegebenes Niveau geregelt wird, wobei die Rührarme und die daran befestigten
Rührflügel über den größten Teil ihrer Rührfläche in dem von dem kegelstumpfförmigen
Reaktorboden gebildeten Produktionsraum untergebracht sind, wobei die nahe unter dem Flüssigkeitsspiegel
beginnenden Rührflügel bis nahe an den kegelstumpfförmigen Reaktorboden ragen und über
ihre axiale Länge radiale Zwischenräume zwischen sich bilden, durch die ringförmige und mit Durchtrittsöffnungen
versehene, mit dem Reaktorboden verbundene Trennwände hindurchgehen, die konzentrisch
zur Reaktorwelle verlaufen und als Bremsorgane für die radial durch die Durchtrittsöffnungen
abströmende Masse dienen, und wobei ferner der Reaktor boden nahe seinem oberen Rand zu einem
umlaufenden, äußeren Bodenring des Produktionsrauine:.
mit mindestens einer oder mehreren Bodeuöffnungen
ausgebildet ist und die Rührarme in den Bodenring eingreifende Schaber tragen.
Nach der Hauptpatentanmeldung kommt ?s bei
der Behandlung vnn viskosen Ausgangsmassen, insbesondere Massen mit Anfangsviskositäten zwischen
300 und 5000 Poise auf gute Durchwirbelung und Umwälzung der Masse beim Umlauf der Rührflügel
an. Durch die Durchwirbelung und Umwälzung wird die Ausdampfung der erhitzten Masse gefördert, was
insbesondere bei der Herstellung von Polyamiden und Polyestern von Bedeutung ist. Schnellere Ausdampfung
und gegebenenfalls Kondensation oder Polykondensation der Harzmassen führt zu einer
Abkürzung der Behandlungszeit und zu größerem Durchsatz pro Zeiteinheit im Reaktor. Bei großen
Viskositäten nimmt aber die Umwälzbewegung der Masse ab, wenn, wie bei der in der Hauptpatentanmeldung
angegebenen Ausführungsform, die Rührflügel oder Rührarme keine Durchtrittsöffnungen haben.
Es kann dann vorkommen, daß ein mehr oder weniger großer Teil der eingesetzten Masse als quasi stationärer
umlaufender Strom vor den P.ührflügeln und zwischen den konzentrischen Trennwänden des
Reaktors konzentrisch zur Reaktorwelle umläuft, ohne daß dieser Teil der Masse eine nennenswerte
Umwälzbewegung und Durchwirbelung erfährt.
Zur Vermeidung dieser unerwünschten Wirkungsweise der Rührflügel besteht die vorliegende weitere
Ausbildung der Erfindung darin, daß die Rührflügel und/oder die Rührarme mit Durchtrittsöffnungen
für den Durchtritt des Gutes zur Erhöhung seiner Durchwirbelung oder Durchmischung versehen sind.
Vorteilhaft ist diese Bauweise des Reaktorrührwerkes insbesondere für Massen mit Viskositäten über
10 000 Poise.
Auf diese Weise kann man den Reaktor durch geeignete Wahl der Größe der vorgenannten Durchtrittsöffnungen
an die Viskosität des zu behandelnden Gutes anpassen, gegebenenfalls auch an die Drehzahl
und die Größe der durch die Trennwände gebildeten ringförmigen Kanäle. Auf diese Weise kann
dann die Verwcilzeit der Masse in diesen Kanälen und im Reaktor optimal auf den jeweiligen Behandlungsprozeß
des Gutes abgestimmt werden.
Vorzugsweise nehmen die Durchtrittsöffnungen in den Rührflügeln und/oder Rührarmen insgesamt. 10
bis 30 % der Oberfläche der Rührflügel ein.
Um die vorgenannte Anpassung und Abstimmung der Durchtrittsöffnungeh und damit der Wirbel- und
Umwälzbewegung des Gutes bei ein und demselben Reaktor für unterschiedliches Behandlungsart und
unterschiedliche Behandlung durchführen zu können, kann der Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen
der Rührflügel bzw. Rührarme durch Ein stellmittel veränderlich einstellbar sein.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Durchtritisöffnupgen in den Rührarmen und die Wahl
oder Einstellung der Größe dieser Durchtrittsöffnungen der Anwendungsbereich des Reaktors nach der
Hauptpatentanmeldung und seine Anpassung an unterschiedliche Ausgangsmassen wesentlich erweitert
sowie sein Wirkungsgrad bei der Ausdampfung von Massen unterschiedlicher Viskosität erhöht. Selbstverständlich
kann zu diesem Zweck und nach Maßgäbe der Betriebsbedingungen, wie an sich bekannt,
der Zufluß der Masse veränderlich eingestellt und ihre Austraggeschwindigkeit selbsttätig durch eine
Abfüllvorrichtung für den Massespiegel geregelt werden.
Abgesehen von den schon genannten Kondensation;·- und Polykondensationsharzen seien als weitere
Beispiele viskoser Massen, für deren Behandlung sich der erfindungsgemäße Reaktor eignet, Syrup,
Zuckermassen, nicht kondensierende und polymerisiercnde oder nicht polymerisierende Kunstharze,
viskose Lebensmittel und Lebensmittelgrundstoffe genannt, die im Reaktor einer Vortrocknung unterzogen
werden sollen, ferner Cellulosemassen, denen z. B. im Rahmen der Papierherstellung im Reaktor
Wasser entzogen werden kann, so daß anschließend z. B. auf der Papiermaschine nur noch ein geringerer
Wasserentzug notwendig ist.
Die in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Ausführungsformen eignen sich für die Anwendung
des erfindungsgemäß verbesserten Rührwerks. Die Beschreibung der Ausführungsform des Hauptpatents
kann daher sinngemäß zur Erläuterung der vorstehenden Erfindung herangezogen werden, so daß nachstehend
nur eine Ausführungsform des Reaktors beispielsweise beschrieben wird, die von F i g. 1 der
Hauptpatentanmeldung ausgeht und gemäß der Erfindung verbessert ist. Diese bevorzugte Ausführungsform für Massen hoher Viskosität ist in den Zeichnungen
dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch die Achse des Reaktors mit zugehörigen Teilen, teilweise schematisch,
F i g. 2 in größerem Maßstab und in gleicher Darstellungsweise einen Ausschnitt aus dem Rührer
und den Trennwänden des Reaktors nach F i g. 1 mit Einzelheiten dieser Teile, die in F i g. 1 weggelassen
sind,
F i g. 3 als Einzelheit eine Ansicht des in F i g. 1 gezeigten Abdeckringes und
F i g. 4 eine Draufsicht auf den Abdeckring nach F i g. 3.
Gemäß der Zeichnung besteht der Reaktor aus zwei Hauptteilen, dem Unterteil 1 mit dem Produktionsraum
und Flüssigkeilssumpf und dem Oberteil 2 mit dem Dampfraum. Beide Teile des Reaktors besitzen
einen Doppelmantel 3 für den Umlauf einer Heizflüssigkeit oder von Heizdampf, deren Einström-
und Ausslrömstutzen nicht gezeichnet sind. Die Reaktorteile sind mittels Flanschen 4 flüssigkeits-
und vakuumdicht miteinander verbunden.
Der obere Reaktorteil besitzt einen Dampfaustrittsstutzen 5, an dem die (nicht gezeichnete) Vakuumquelle
für das Absaugen der beim Ausdampfen der im Reaktor zu behandelnden Masse angeschlossen
wird.
Der den Produktionsraum bildende Reaktorboden 6 ist in seinem Hauptteil kegelstumpfförmig ausgebildet.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist der Kegelwinkel des Reaktorbodens für die Behandlung
von Massen mit Ausgangsviskositäten von 1000 bis 5000 Poise ein großer stumpfer Winkel; bei
größeren Viskositäten bis 10 000 oder 12 000 Poise und mehr ein spitzer Winkel.
Die zu behandelnde Masse wird mittels einer mit Motor 7 versehenen Pumpe 8 durch einen Eintrittsstutzen 9 einem Einfüllrohr 10 zugeführt, dessen
oberes Ende in der Mitte des Reaktorbodens mündet. Das untere Ende des Rohres 10 ist mittels einer
Vakxiumsropfbuchse 11 verschlossen und bildet das Lager für eine von einem Motor 12 aus angetriebene
Antriebswelle 13 des als Ganzes mit 14 bezeichneten Rührers, der im Produktionsraum 15 angebracht ist.
Zwischen dem unteren Ende 16 der Nabe 17 des Rührers und der Stopfbuchse 11 kann die Antriebswelle
13 im Rohr 10 als Förderschnecke 18 für die dem Reaktor kontinuierlich zuzuführende Masse ausgebildet
sein, wenn diese hohe Zähigkeit besitzt und die Förderleistung der Pumpe 8 nicht ausreicht. Die
geförderte Masse tritt durch einen in der Mittelöffnung des Bodens 6 und der hohlen Nabe 17 frei
bleibenden Ringkanal 19, ferner durch öffnungen 22 am unteren Ende der Nabe 17 in den Rührer 14 ein.
Der Rührer besteht im wesentlichen aus z. B. vier Rührarmen 20 (siehe F i g. 2 und 3), die sich von der
kegelförmigen Nabe 17 radial nach außen erstrecken und aus Rührflügeln 21, die an der Unterseite der
Rührarme befestigt sind. Die hohle Nabe 17 besitzt am oberen Ende Austrittsöffnungen 23 (siehe F i g. 2
und 3) für die ihr zugeführte Masse. Der Zustrom der Masse wird durch eine Drosselklappe oder sonstige
an sich bekannte, nicht gezeichnete Einstell- und Regelvorrichtung in der Zuflußleitung 8 α zwischen
der Pumpe 8 und dem Stutzen 9 und durch die Drehzahl des Antriebs 7 aus nach Maßgabe der Zähigkeit
der Masse eingestellt und selbsttätig geregelt, daß sich ein Flüssigkeitsspiegel 24 in geringem Abstand
vun zum Beispiel wenigen mm über der Oberseite der Rührarme 20 einstellt, wie durch eine gestrichelte
Linie in F i g. 1 angegeben ist.
Die Flügel 21 reichen von den Rührannen bis nahe an die Oberseite des Reaktorbodens 6 und verjüngen
sich entsprechend dem Kegelwinkel des Reaktorbodens von außen nach innen. Sie sind in radialen
Absländen voneinander angeordnet. In diese Abstände ragen mit dem Boden 6 fest verbundene ringförmige
Trennwände 27, die nahe dem Boden mit Durchtrittsöffnungen 28 versehen sind. Diese Trennwände
dienen zur Abbremsung der vom Rührer 14 auf die Masse ausgeübten Zentrifugalwirkung, indem sie die
Masse zwingen, durch die engen Öffnungen 28 zu strömen.
F i g. 2 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Möglichkeiten, entweder den Querschnitt der Durchtrittsöffnungen
28 durch die Trennwände 27 zu verändern und/oder um mindestens Durchtrittsöffnungen vorgegebenen
oder veränderlichen Querschnitts durch die Rührflügel 21 hindurch zu schaffen, die eine
Durchwirbelung des gerührten Gutes fördern. In beiden Fällen können die Durchtrittsquerschnitte von
der Viskosität der behandelten Masse, der Drehzahl
der Rührarme und anderen Eigenschaften des Reaktors und der zu behandelnden Masse abhängig gemacht
bzw. auf diese Eigenschaften abgestimmt werden.
Für den Durchtritt durch die Rührflügel 21 sind in diesen öffnungen 43 in geeignet abgestimmter Größe
und Anzahl, gemäß F i g. 2 z. B. vier, Durchtrittsöffnungen 43 vorgesehen. Bei denjenigen Rührflügeln,
die geringere Oberfläche haben als der in F i g. 2 herausgegriffene Rührflügel, werden natürlich im
allgemeinen entweder weniger und/oder kleinere Durchtrittsöffnungen angebracht werden.
Ergibt sich für eine Masse bestimmter Viskosität und/oder bei gegebener Drehzahl der Rührarme, daß
die Durchwirbelung mit z. B. vier öffnungen 43 zu groß oder die durch die Rührflügel erzeugte Förderwirkung
und Zentrifugalkraft zu klein ist, so können eine oder mehrere der öffnungen 43 ganz oder teilweise
abgedeckt werden. Hierzu können Abdeckplatten 44, wie in F i g. 2 eine beispielsweise strichpunktiert
gezeigt ist, dienen, die mittels Schrauben 45 an den zugehörigen Rührflügel 21 angeschraubt sind.
Statt dessen kann (wie in F i g. 2 strichpunktiert für eine Öffnung dargestellt) für stetige Veränderungen
des Durchtrittsquerschnitts an einer oder mehreren der Öffnungen 43 ein Schieber 46 je öffnung oder an
nur einer oder zwei öffnungen angebracht sein, der an derRührflügelfläche mittels einer Gleitführung 47
geführt ist und mittels Schrauben 48 gegen die Gleitführung bzw. gegen den Rührflügel in einer wahlweise
eingestellten Lage festgeklemmt werden kann, in der der Schieber die zugehörige Öffnung 43 ganz
oder teilweise verschließt oder öffnet.
Um den DurchtrittsquerschniU der Trennwände 27 nach Bedarf, z. B. nach Maßgabe der Viskosität der
Masse oder der Drehzahl der Rührarme, verändern zu können, kann je ein Abdeckring 49 (F i g. 2 bis 4)
in der Höhe der Öffnungen 28 der Trennwände 27 über diesen vorgesehen und verstellbar an dem darüber
befindlichen Teil jeder zugehörigen Trennwand angebracht sein. Gemäß F i g. 3 und 4 besitzt der
Abdeckring im Bereich der Öffnungen 28 je einen Ausschnitt 50 und ferner einen Langlochschlitz 51, der
in Umfangsrichtung des Ringes verläuft und durch den eine Stellschraube 52 hindurchgreift, mittels der
der Ring in einer Winkelstellung an der Trennwand festgelegt werden kann, in der er die öffnungen 28
ganz oder teilweise verschließt oder öffnet. Abweichend von der Hauptpatentanmeldung wird man bei
Anwendung dieser Einstellvorrichtung für den Durchtrittsquerschnitt der öffnung 28 diese in Umfangsrichtung
und auch in lotrechter Richtung zweckmäßig λ größer wählen als im Hauptpatent und in F i g. 1 gezeigt
ist
Die in F i g. 2 bis 4 dargestellten Einstellmöglichkeiten für die Durchtrittsöffnungen 43 bzw. 28 werden
vorzugsweise bei einem Versuchsreaktor angebracht, der dazu dient, die optimale Querschnittsgröße dieser '
Öffnungen für eine bestimmte Viskosität oder einen bestimmten Viskositätsbereich der zu behandelnden
Masse oder für eine bestimmte Behandlungsart oder Ausdampfungsgrad der Masse bei gegebener oder
veränderlicher Drehzahl der Rührarme zu ermitteln. Ist diese Ermittlung geschehen, so kann für diesen
Viskositätsbereich von Massen und Behandlungen ein gleichbleibender Durchtrittsquerschnitt für die Öffnungen
43 bzw. 28 für die Serienfertigung des Reaktors gewählt und beibehalten werden, z. B. derart, daß
der Reaktor entweder für kondensierende Kunstharzmassen oder für nicht kondensierende Kunstharzmassen
oder für Syrup- oder Zuckermassen oder Cellulosemassen geeignet ist. Soll hingegen ein Reaktor
gebaut werden, der für mehrere Anwendungsgebiete, z. B. einerseits kondensierende Kunstharze
hoher Anfangs- und Endviskosität vor bzw. nach der Ausdampfung und nicht kondensierende oder sonstige
Kunstharze geringer Anfangs- und Endviskosität geeignet ist, so kann für einen solchen Reaktor eine
Konstruktion gemäß F i g. 2 bzw. 3 und 4 auch für die eigentliche Produktion eingesetzt werden, z. B.
auch in verschiedenen Verfahrensslufen mit unterschiedlicher Viskosität der Masse beim Einführen in
Jen Reaktor.
Nahe seinem oberen Rand ist der Reaktorboden zu einem umlaufenden äußeren Bodenring 30 ausgebildet,
der den äußersten Teil 31 des Produktionsraumes bildet und einen im wesentlichen waagerecht
verlaufenden Bodenteil 30 α und einen lotrecht verlaufenden Wandteil 30 b besitzt, der den Produktionsraum begrenzt und mit Abwicklungen in den
Flansch 4 des unteren Reaktorteils übergeht.
In dem ringförmigen Bodenteil 30« ist mindestens eine Austragrtffnung 32 für das Produkt angebracht.
Die äußeren Enden der Rührarme 20 tragen an der Senc-ichaber 33, die den größten Teil des Raumes 31
einnehmen und an den Teilen 30 α und 30 b des Bodenringes 30 entlangstreichen. Die Schaber sorgen
dafür, daß sich an den Teilen 30 α und 30 b des Bodenringes
30 keine Absetzungen des Produktes bilden, die auch im kegelstumpfförmigen Teil des Bodens 6
und an den Trennwänden 27 durch die Zemrifugalströmung
der Masse und durch die Rührwirkung der Rührflügel 21 und Rührarme 20, ebenso wie an diesen
selbst vermieden werden.
An die Austragöffnung 32 schließt sich ein Austragrohr
34 an, in dem eine Austragschnecke 35 umläuft, die sich gleichfalls unmittelbar an die Austragöffnung
32 anschließt. Die Austragschnecke 35 und das Austragrohr 34 gehen durch einen Anschlußteil 29, der
Piüssigkcitsdächt den Doppelmantel des Reaktors gegen das Rohr an einem Stutzen 39 abschließt, und
durch einen Heizmantel 36 hindurch, der mit dem Anschlußteil 29 mittels eines Anschlußflansches 29 a
verbunden ist. Die Eintritts- und Austrittsstutzen für die Heizflüssigkeit oder -dampf des Heizmantels 36
sind in der Zeichnung weggelassen. Die Schnecke wird durch einen Motor 37 angetrieben, dessen Gehäuse
mit dem am unteren und oberen Ende geschlossenen Heizmantel verbunden ist. Das von der Austragschnecke
ausgetragene Produkt tritt durch den Heizmantel 36 und einen Austrittstutzen 38 aus und wird
von diesem in Pfeilrichtung einem Speicherraum oder ■weiterer Behandlung, z. B. in einem nachgeschalteten
Reaktor gleicher Bauart, zugeführt
Sind in den Bodenring 30 mehrere Austragsöffnungen 32 angebracht, so ist für jede dieser Austragsöffnungen
je eine Austragschnecke 35 mit den entsprechenden zugehörigen Teilen 34,29,29 α und 36
bis 39 vorgesehen.
Der Flüssigkeitsspiegel 24 wird selbsttätig auf geringe Höhe von wenigen mm über den Rührarmen
mit Hilfe einer z. B. optischen Abfüllvorrichtung eingestellt. In der gezeichneten Ausführungsform besteht
die Abfüllvorrichtung aus einer /-Strahlenquelle 40. Die darin fortlaufend erzeugte y-Strahlung durchdringt
die Behälterwandung und die darin befindliche
Masse und gelangt in ein Zählrohr 41. Dieses Zählrohr steuert in an sich bekannter Weise die Förderleistung
der Pumpe 8 an ihrem Motor 7 und vorzugsweise auch am Motor 12 die Drehzahl der Welle 13
für den Rührer 14 und die gegebenenfalls vorgesehene
Förderschnecke 18.
Durch das Ausdampfen und die Wirkung der Rührarme 20 entstehen am Flüssigkeitsspiegel 24 aufbrechende
Blasen und können oberhalb der Schaber 33 Spritzer der Masse auftreten, die sich unerwünscht
an der Innenwandung des Reaktors absetzen könnten. Urn dies zu verhindern, ist auf dem äußeren Rand des
Reaktorbodens auf die Abwinklung des Bodenringes 30 ein Spritzschutzring 42 aufgesetzt, der über
den Flüssigkeitsspiegel übersteht und den Bodenring übergreift. Ferner besitzen die Schaber 33 über die
Rührarme gegen den Spritzschutzring 42 hin vorstehende Teile 33 a, die an der Innenseite des Schutzringes
als Abstreifer angreifen und auch an dieser die Absetzung von Masse verhindern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Reaktor zur Behandlung viskoser Ausgangsmassen unter Erhitzung und Dampfbildung,
wobei der Reaktor die Form eines lotrecht stehenden Behälters mit ringförmigem Mantelquerschnitt
und mit sich im wesentlichen kegelstumpfförmig nach unten verjüngenden Boden
hat und umlaufende, radial verlaufende Rührarme und von diesen axial abstehende Rührflügel
eines autreibbaren Rührwerks mit lotrechter Welle in die dem Reaktor fortlaufend zugeführte
und von ihm abgeführte Masse eintauchen, deren Flüssigkeitsspiegel konstant mindestens am Massezufluß
des Reaktors selbsttätig auf ein vorgegebenes Niveau geregelt wird, wobei die Rührarme
und die daran befestigten Rührflügel über den größten Teil ihrer Rührfläche in dem von dem
kegelstumpfförmigen Reaktorboden gebildeten Produktionsraum untergebracht sind, wobei die
nahe unter dem Flüssigkeitsspiegel beginnenden Rührflügel bis nahe an den kegelstumpfförmigen
Reaktorboden ragen und über ihre axiale Länge radiale Zwischenräume zwischen sich bilden,
durch die ringförmige und mit Durchtrittsöffnungen versehene, mit dem Reaktorboden verbundene
Trennwände hindurchgehen, die konzentrisch zur Reaktorwelle verlaufen und als Bremsorgane
für die radial durch die Durchtrittsöffnungen abströmende Masse dienen, und wobei ferner
der Reaktorboden nahe seinem oberen Rand zu einem umlaufenden, äußeren Bodenring des Produktionsraumes
mit mindestens einer oder mehreren Bodenöflnungen ausgebildet ist und die
Rührarme in den Bodenring eingreifende Schaber tragen, nach Patentanmeldung P 18 13 956.5-44,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rührflügel (21) und/oder die Rührarme (20) mit Durchtrittsöffnungen (43) für den Durchtritt
des Gutes zur Erhöhung seiner Durchwirbelung oder Durchmischung versehen sind.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (43)
in den Rührflügeln (21) und/oder Rührarmen (20) insgesamt 10 bis 30 Vo der Oberfläche der
Rührflügel einnehmen.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt
der Durchtrittsöffnungen (43) der Rührflügel (21) bzw. Rührarme (20) durch Einstellmittel (46)
veränderlich einstellbar ist.
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GB3156170 | 1970-06-30 |
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EP0620039A1 (de) * | 1993-04-15 | 1994-10-19 | KORUMA MASCHINENBAU GmbH | Homogenisiereinrichtung oder dergleichen |
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1969
- 1969-08-02 DE DE19691939412 patent/DE1939412B2/de active Granted
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1970
- 1970-06-30 GB GB3156170A patent/GB1304257A/en not_active Expired
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHZ | Patent of addition ceased/non-payment of annual fee of parent patent |