DE2127801A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem Chromstahl - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem ChromstahlInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
Dipl.-Ing. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK . Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF
4 Düsseldorf, Sdiumannstraße 97 Ί1Ο<7ΟΛ4
Joseph Lucas (Industries) Limited 2. Juni 1971
Great King Street
Birmingham / England
Birmingham / England
Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem Chromstahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem Chromstahl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem Chromstahl anzugeben, das insbesondere zum Nitrieren von Stirnrädern für Zahnradpumpen
geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Werkstücke,
gegebenenfalls nach einer Vergütungsbehandlung und nachfolgendem Formschleifen, bei einer Temperatur von 56Ο bis 58O0C
in einer Salzschmelze behandelt werden, die Cyanide und Cyanate des Kaliums und des Natriums enthält, wobei das Verhältnis des
Kaliums zum Natrium zwischen 2 : 1 und 1 : 1 liegt und die aktiven Bestandteile des Salzgemisches bis zu 20 Gew# Cyanid und
mindestens 10 Gew# Cyanat enthalten.
In weiterer Ausbildung der Erfindung werden Werkstücke aus einem legierten Stahl verwendet, der folgende Zusammensetzung in
hat:
25 175 ~ 2 -
U/Be
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Kohlenstoff 0,^6 bis 0,42
Silicium 0,85 bis 1,15
Mangan 0,4 höchstens
Chrom 4,75 bis 5,5
Vanadin 0,9 bis 1,1
Molybdän 1,25 bis 1,75
Das Verfahren wird nun anhand eines Beispiels beschrieben.
Es wird eine Salzschmelze hergestellt, die folgende Bestandteile ^ aufweist:
Natriumcyanid
Natriumcyanat
Kaliumcyanid
Kaliumcyanat
Natriumcarbonat
Kaliumcarbonat
Das Verhältnis des Kaliums zum Natrium liegt zwischen 1 : 1 und 2:1, und die aktiven Bestandteile des Bades enthalten bis zu
20 Gew$> Cyanid und mindestens 10 Gew$ Cyanat. Die Salzschmelze
wird auf einer Temperatur zwischen 56O0C und 58O0C gehalten.
Vorzugsweise enthält das Salzgemisch an aktiven Bestandteilen 14 bis 17 Gew.% Cyanid und 21 bis 25 Gew# Cyanat.
Zweckmäßigerweise wird die Salzschmelze in einem Behälter aus einer hochnickelhaltigen Legierung bereitet.
Die Erfindung eignet sich besonders für die Wärmebehandlung von
Stirnrädern für Zahnradpumpen. Ein Stirnrad wird aus einem 5/£-
Chromstahl in voll weichgeglühtem Zustand hergestellt. Der Stahl
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hat folgende Zusammensetzung in $
Kohlenstoff 0,36 bis 0,42
Silicium 0,85 bis 1,15
Mangan 0,4 höchstens
Schwefel 0,03 höchstens
Phosphor 0,03 höchstens
Chrom 4,75 bis 5,5
Vanadin 0,9 bis 1,1
Molybdän 1,25 bis 1,75
Das Stirnrad wird so bearbeitet, daß eine Schleifzugabe vorhanden ist, und dann auf folgende Weise gehärtet und angelassen.'
Das Zahnrad wird entweder in einem Vakuum von 10 ^ bis 10 Torr
oder in einer Inertgasatmosphäre auf eine Temperatur von 1040
bis 1060°C erhitzt. Vorzugsweise wird das Zahnrad jedoch in einer endothermen Atmosphäre mit einem Taupunkt von -1 bis +20C auf die obengenannte Temperatur erhitzt. In diesem letztgenannten Falle
ist es notwendig, das gesamte Zahnrad vor dem Beginn der Vergütungsbehandlung zu verkupfern.
Das Zahnrad wird entweder in einem Vakuum von 10 ^ bis 10 Torr
oder in einer Inertgasatmosphäre auf eine Temperatur von 1040
bis 1060°C erhitzt. Vorzugsweise wird das Zahnrad jedoch in einer endothermen Atmosphäre mit einem Taupunkt von -1 bis +20C auf die obengenannte Temperatur erhitzt. In diesem letztgenannten Falle
ist es notwendig, das gesamte Zahnrad vor dem Beginn der Vergütungsbehandlung zu verkupfern.
Das bevorzugte Verfahren zur Verkupferung besteht aus einer
Dampfentfettung, Reinigung, Ätzung, dem Auftragen einer 0,0175 mm dicken Kupferschicht in einem alkalischen Bad und der nachfolgenden Verkupferung auf die gewünschte Dicke in einem sauren Kupferbad.
Dampfentfettung, Reinigung, Ätzung, dem Auftragen einer 0,0175 mm dicken Kupferschicht in einem alkalischen Bad und der nachfolgenden Verkupferung auf die gewünschte Dicke in einem sauren Kupferbad.
Wenn das Zahnrad die erforderliche Temperatur (von 1040 bis 1060°C)
erreicht hat, wird es entweder in öl oder in einem Inertgasstrom
abgekühlt. Im wesentlichen sofort danach und vorzugsweise solange das Zahnrad noch warm ist, wird es eine Stunde bei einer Temperatur von 575 bis 5850C in Luft erwärmt. Diese letztgenannte Erwärmung wird zweckmäßigerweise in einem vertikalen Ofen mit erzwungener
abgekühlt. Im wesentlichen sofort danach und vorzugsweise solange das Zahnrad noch warm ist, wird es eine Stunde bei einer Temperatur von 575 bis 5850C in Luft erwärmt. Diese letztgenannte Erwärmung wird zweckmäßigerweise in einem vertikalen Ofen mit erzwungener
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Luftumwälzung vorgenommen. Das Zahnrad wird dann mindestens eine
Stunde auf eine Temperatur von -bO bis -80 0C abgeschreckt und
anschließend eine Stunde bei einer Temperatur von 575 bis 5850C
angelassen. Die letztgenannte Anlaßbehandlung wird zweekmäßigerweise ebenfalls in einem vertikalen Ofen mit erzwungener Luftumwälzung
vorgenommen.
Das gehärtete und angelassene Zahnrad wird fertig geschliffen und anschließend durch Entfettung in Trichloräthylendampf und nachfolgendem
Abstrahlen mit einem"Wasser/Luft-Ge:nisch, in dem weißes
Bauxilit-Mlkropulver der Korngröße 400 suspendiert ist, gereinigt.
Das Zahnrad wird dann durch Einbringen in die eingangs beschrie- ψ bene Salzschmelze für mindestens 30 Stunden nitriert. Die Zusam- '
mensetzung des Salzgemisches wird laufend überwacht, so daß das Kalium/Natrium-Verhältnis sowie die Cjranid- und Cyanatanteile
innerhalb der oben vorgeschriebenen Grenzen bleiben.Die Überwachung
wird durch periodische Untersuchung entnommener Proben des Gemisches und Zugabe von Salzen zur Einstellung des Gemisches
auf Werte in den vorgeschriebenen Grenzen ausgeführt. Eine besondere Zufuhr von Oxydationsmittel zu dem Gemisch wird nicht vorgenommen;
die stattfindenden Reaktionen sind das Ergebnis natürlicher
Oxydation.
Eine aus der Salzschmelze entnommene Probe wird in Wasser gelöst und das vorhandene Carbonat mit Calciunnitratlösung ausgefällt.
P Nach dem Filtrieren wird ein aliquoter Teil der Lösung mit einer Standard-SilbernitratlÖsung auf zwei Endpunkte nitriert. Der erste
. Endpunkt mit Metakresolpurpur als Indikator ergibt den Cyani-J-gehalt,
der zweite Endpunkt rriit /lalj.urnchromat ergibt den Cyanatgehalt.
Eine v/eitere Probe wird durch Reaktion mit konzentrierter Salzsäure
in die Chloride des r'aliums und !""atriums umgewandelt. Die
Chloride werden in des ti Tie vt em Viasse r gelöst, und es wird ein
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BAD ORIGfNAL
aliruoter Teil abgenommen, der mit Kaliumchloridlösung versetzt
wird, so daß die Endlösung 100 ppm Kalium enthält. Der Natriumgshalt
der Lösung wird durch Zerstäubung in eine Acetylen/Luft-Plamme
bestimmt. Der Natriumchloridgehalt des Chloridgemisches kann dann berechnet und auf diese tfeise die Menge des Kaliumchlorids
bestimmt werden. Aus dem Ergebnis wird die Konzentration des Natriums und Kaliums in der ursprünglichen Probe berechnet.
Bei oiaeffl Salzbad bekannter Abmessungen können die Mengen Natrium-
olev ^aliumsals, die zur Einstellung des Gemisches auf Vierte
innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen zugesetzt v/erden müssen, bestimmt werden. Vor dem Zusatz frischer Salze wird eine gleiche
Metric Salz aus dem Bad entfernt. Zweckmäßigerweise v/erden SaIzzusätze
in Intervallen von '-j Stunden vorgenommen, wobei Menge
und Art der zuzusetzenden Sal 1^e jeweils anhand einer Probe ber,tl::i;r,t
werden, die eine Stunde zuvor entnommen wird. Die Figuren 1 bis υ zeigen graphisch in erster Annäherung Mengen der verschiedenen
Salze, die einem Salzbad mit den Abmessungen hOO mm
Durchmesser und 57 "im Höhe zugesetzt werden müssen, um eine optimale Einstellung der Ciyanid- und Cyanat-Gehalte zu erzielen.
In den Diagrammen sind über einer Anzahl konstanter Cyanatwerte
unterschiedliche Cyanidwerte aufgetragen, wobei beide Vierte aus entnommenen Badproben bestimmt sind. Die in den Fig. 1 bis 3
angegebenen Salzmengen sind zuzusetzen, falls der Natriumgehalt des Baaes erhöht werden muß, und die in den Fig. 4 bis ö angegebenen
Salzmengen sind zuzusetzen, falls der Kaliurngehalt erhöht v/erden muß. Falls beispielsweise die Probe einen Cyanatgehalt
von 22';j und einen Cyanldrehalt von ΐΚ,Κ',ί ergibt und der Natriur,;-
£rehalt des Bades zu niedrig ist, sind folgende Salzmengen zuzufügen:
- υ
2098V2/0572
BAD ORIGINAL*
BAD ORIGINAL*
Natriumcyanat 2,72 kg (Fig. 1) Natriumcyanid 1,14 kg (Fig. 2)
Natriumcarbonat 0 (Fig. j?)
Nach dem Zusatz der Salze wird eine weitere Probe entnommen, urn
festzustellen, ob und inwieweit die Konzentration der Badbestandteile von den Optimalwerten abweicht. Abweichungen vorn Optimum
können ,durch Ungenauigkeiten bei der Probeentnahme, Arbeitsintensität
des Bades, Bestandteile der behandelten Teile usw. bedingt sein.
Der Carbonatgehalt des Bades wird aus einer Probe durch Fällung
mit Calciumnitratlösung und Abfiltrieren des Carbonate bestimmt.
Nach gründlichem Waschen mit heißem V/asser wird der Niederschlag vorn Filter gespült und mit verdünnter Salz- oder Schwefelsäure
unter Verwendung von Methylorange als Indikator titriert. Wenn das Salzbad einige Zeit in Gebrauch ist, kann es notwendig werden,
seine Temperatur auf 510 bis 530 C abzusenken und den carbonatreichen
Schlamm zu entfernen, um den erforderlichen Cyanatgehalt einzuhalten.
Nach Herausnahme des Zahnrades aus dem Bad wird das Zahnrad an der
Luft abkühlen gelassen. Salzrückstände werden mit kochendem Wasser
und durch anschließendes Abreiben in warmem Wasser, dem ein oberflächenaktives Reinigungsmittel zugesetzt ist, entfernt. Die von
der Nitrierbehandlung herrührende weiße Oberflächenschicht wird chemisch entfernt, und alle Rückstände hierbei verwendeter Chemikalien
v/erden ebenfalls entfernt. Das Zahnrad wird dann einer weiteren Abstrahlbehandlung mit dem bereits beschriebenen Wasserlauf
t-Bauxilit-Gemisch unterworfen. Falls in irgendeiner Stufe der Behandlung das Zahnrad eine nicht unwesentliche Zeii gelagert
werden muß, wird es mit einem Entwässerungsöl auf Lanolinbasis eingefettet.
Werkstücke aus einem legierten Stahl der beschrleoenen Art haben
209842/0572
BAPORJGiNAL
nach einer Wärmebehandlung gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren folgende Eigenschaften:
ützbare Gesamteinhartetiefe: Mindestens 0,20 mm
Izod-Kerbschlagzähigkeit: Mindestens 8 ft.Ib. (1,1 kprn)
Vickers-Härte: Kern (10 kp) mindestens ^50
Härteschichc (2,5 kp) mindestens 900
Es wurde gefunden, daß nach vorbeschriebenem Verfahren behandelte Zahnräder in Zahnradpumpen für die Förderung von Kraftstoffen
zufriedenstellend arbeiten, obwohl in diesen Pumpen Drücke bis su 10:3 kp/cm" und Temperaturen bis zu 1500C auftreten. Unter
diesen Bedingungen übt der Kraftstoff praktisch keine Schmierwirkung mehr aus. Der Verschleiß der Zahnräder hält sich trotzdem
innerhalb annehmbarer Grenzen.
Patentansprüche:
209842/0S72 BAD ORIGINAL
Claims (4)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem
Chromstahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke, gegebenenfalls
nach einer Vergütungsbehandlung und nachfolgendem Fertigschleifen, bei einer Temperatur von 56O bis 58O0C in
einer Salzschmelze behandelt werden, die Cyanide und Cyanate des Kaliums und des Natriums enthält, wobei das Verhältnis
des Kaliums zum Natrium zwischen 2 ; 1 und 1 : 1 liegt und die aktiven Bestandteile des Salzgemisches bis zu 20 Gew;£
Cyanid und mindestens 10 Gew$ Cyanat enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werk-
L· stücke aus einem legierten Stahl verwendet werden, der folgende
Zusammensetzung in Gew^ hat:
Kohlenstoff 0,^6 bis 0,42
Silicium 0,85 bis 1,15 Mangan 0,4 höchstens Chrom 4,75 bis 5,5
Vanadin 0,9 bis 1,1 Molybdän 1,25 bis 1,75
3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die aktiven Bestandteile des Salzgemisches 14 bis 17 Gew$ Cyanid und 21 bis 25-Gew^ Cyanat enthalten.
k 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück etwa j50 Stunden in dem Gemisch behandelt
wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor der Behandlung in der Salzschmelze gehärtet
und angelassen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das ■
Werkstück zum Härten auf eine Temperatur von 1040 bis 1060°C erwärmt wird.
25 173 - 2 -
U/Be
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen in einem Vakuum von IO ^ bis 10 J Torr vorgenommen
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Erwärmen in einer Inertgasatmosphäre vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen in einer endothermen Atmosphäre vorgenommen und das
Werkstück vor dem Erwärmen verkupfert wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 9>
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück anschließend in öl abgekühlt wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 9* dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück anschließend in einem Inertgasstrom abgekühlt wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück erneut in Luft auf eine Temperatur von 575 bis 5850C erwärmt wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach dem erneuten Erwärmen auf eine Temperatur zwischen -60 und -8O0C abgekühlt wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis IJ, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück einer zusätzlichen Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 575 und 5850C unterworfen wird.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach dem Härten und Anlassen fertiggeschliffen wird.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 15* dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach dem Härten und Anlassen gereinigt und entfettet wird.
- 3 209S42/0S72
λο
17· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Salzschmelze auch Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat enthält.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 17* dadurch gekennzeichnet,
daß die Salzschmelze in einem Behälter aus Nickellegierung enthalten ist.
19. Verfahren nach, den Ansprüchen 1 bis 4, YJ und l8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Salzschmelze durch periodische Entnahme und Untersuchung von Proben überwacht und durch den Zusatz
von Natrium- und Kaliumsalzen in Mengen, die sich nach dem
Bk Ausfall der Untersuchungsergebnisse richten, in ihrer Zusammensetzung
auf Vierten gehalten wird, die innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Proben
in Intervallen von
4 Stunden entnommen und untersucht werden.
-21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Salzmengen eine Stunde nach der Entnahme
der Probe zugesetzt werden, aufgrund deren Untersuchungsergebnis die Salzmenge berechnet worden ist.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Salzschmelze vor dem Zusatz von Salzen eine
P Salzmenge entfernt wird, die der Gesamtmenge der zugesetzten
Salze entspricht.
23. Verfahren nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Untersuchung einer der Proben die Carbonate durch Ausfällen und Filtern entfernt und ein Teil des Restes auf
zwei Endpunkte titriert wird, die den Cyanid- bzw. Cyanatgehalt angeben.
24. Verfahren nach den Ansprüchen 19 bis 23, dadurch gekennzeich-
209842/0572
λ*
net, daß bei der Prüfung einer der Proben die Cyanide und
Cyanate des Kaliums und Natriums in die jeweiligen Chloride des Kaliums und Natriums umgewandelt und die Menge des vorhandenen
Natriumchlorids bestimmt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Lösung des Chloridgemisches in eine Acetylen/Luft-Flamme
verstäubt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lösung vor der Zerstäubung Kaliumchlorid zugesetzt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Untersuchung einer der Proben die Carbonate des
Kaliums und Natriums durch Ausfällung und Filtrieren und nachfolgende Titration der filtrierten Carbonate bestimmt
werden.
28. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß carbonatreicher Schlamm aus dem Gemisch
entfernt wird.
29· Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Entfernung des carbonatreichen Schlammes die Temperatur
des Salzgemisches auf 5IO bis 53O°C abgesenkt wird.
30. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach der Herausnahme aus dem Salagemisch an der Luft abgekühlt wird.
51. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 und J)Q, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück mit Wasser und einem oberflächenaktiven Reinigungsmittel nach der Herausnahme aus dem Salzgemisch
gereinigt wird.
52. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4.sowie JO und 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch den Nitrierprozeß gebil-
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dete weiße Oberflächenschicht nach der Reinigung in dem Reinigungsmittel
chemisch entfernt wird.
33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß alle
Spuren von Chemikalien, die zur Entfernung der weißen Schicht verwendet worden sind, ebenfalls entfernt werden.
34. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis l6 sowie 30 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, daß das Werkstück zwischen den aufeinanderfolgenden. Stufen der Behandlung mit einem Entwässerungsöl
eingefettet wird.
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Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB836271 | 1971-03-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2127801A1 true DE2127801A1 (de) | 1972-10-12 |
Family
ID=9851081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19712127801 Pending DE2127801A1 (de) | 1971-03-31 | 1971-06-04 | Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus legiertem Chromstahl |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3753799A (de) |
DE (1) | DE2127801A1 (de) |
FR (1) | FR2131161A5 (de) |
GB (1) | GB1340917A (de) |
Cited By (1)
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CN102735638A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-10-17 | 南南铝业股份有限公司 | 铝合金熔炼剂中钾、钠含量的分析检测方法 |
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-
1971
- 1971-03-31 GB GB836271A patent/GB1340917A/en not_active Expired
- 1971-06-01 US US00148747A patent/US3753799A/en not_active Expired - Lifetime
- 1971-06-04 DE DE19712127801 patent/DE2127801A1/de active Pending
- 1971-06-11 FR FR7121229A patent/FR2131161A5/fr not_active Expired
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Publication number | Publication date |
---|---|
FR2131161A5 (de) | 1972-11-10 |
GB1340917A (en) | 1973-12-19 |
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