DE2349777A1

DE2349777A1 - Gasfilter

Info

Publication number: DE2349777A1
Application number: DE19732349777
Authority: DE
Inventors: Jun Jimmie D York
Original assignee: American Air Filter Co Inc
Current assignee: American Air Filter Co Inc
Priority date: 1972-10-03
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1974-04-11
Also published as: FR2201113B1; CH568089A5; US3853519A; JPS4972772A; CA986850A; FR2201113A1; SE401459B; GB1439955A; IT989406B

Description

j DIPL.-ING. A. GRÜNECKER
DR.-ING. H. KINKELDEY
DR.-ING. W. STOCKMAIR. Ae. E.

PATENTANWALT«

BOOO MÜNCHEN 22 MoximiüanslraOa 43 Telefon 2971 00/ 29ί7·Μ / Ϊ2Π 91 Telegramm· Monapat Manchen Telex 05-28380

P 6728

3. Okt.-1973

Aherican Air Filter
Company, Inc.
215 Central Avenue
Louisville, Kentucky 40201 U. S. A.

Gasfilter

Die Erfindung betrifft einen Gasfilter mit einem gasdurchflossenen Gehäuse mit Schmutzgaseinlaß und Reingasauslaß.

Eine der am weitesten verbreiteten Methoden zur Gasreinigung, insbesondere zur Entfernung von radioaktivem Jod mit beispielsweise nuklearen Verunreinigungen besteht darin, das Gas durch eine Kammer zu leiten, die ein körniges Filtermaterial, wie Körner aus aktiviertem Kohlenstoff enthält. Die Wirksamkeit eines . derartigen FiIteryerfahrens hängt von der Gasgeschwindigkeit und • von_rder Länge des Durchflußweges ab, den das Gas durch das körnige Filtermaterial zurücklegt. Da das Gas bei seinem Durchgang durch das Filtermaterial einen Druckabfall erfährt, der mit zunehmender Weglänge im filter zunimmt, let es wünschenswert, die

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Länge des Durchströmweges so gering_:wie eben möglich, zu halten, , um die angestrebte Filterwirkung auszuüben. Außerdem ist es. wünschenswert, die Gasgeschwindigkeit auf dem Weg durch da· körnir

ge Material auf einem Minimum zu halten, so daß- die Verweil- oder Berührungszeit mit dem Filtermaterial genügend lange ist, ,-. um das Filtern erfolgreich durchzuführen. Üblicherweise werden relativ geringe Druckabfälle und hinreichend lange Kontakte oder Verweilzeiten dadurch erzielt, daß eine Vielzahl von mit. körnigem Material gefüllten Kammern oder eine Vielzahl von fltrömungsbahnen durch das körnige Filtermaterial vorgesehen werden« Es sind auch Kombinationen von mehreren Filterkammern und mehreren ßtrömungsbahnen bekannt. ' .

Typischerweise wird eine Vielzahl von Strömungsbahnen dadurch erzielt, daß fach- oder ladenartige mit körnigem Material ge- . füllte Filterelemente in Stapeln angeordnet werden. Diese Filterelemente sind im allgemeinen horizontal ausgerichtet und gleich weit voneinander entfernt, wobei die zwischen ihnen aus-", gebildeten Zwischenräume abwechselnd in Verbindung mit finem Gaseinlaß und einem Gasauslaß stehen. Demzufolge tritt daβ zu reinigende Gas'in die mit dem Einlaß verbundenen Zwischenräume . zwischen den Filterelementen ein, strömt durch die Filterelemente, die mit körniger Holzkohle gefüllt sind hindurch und tritt durch die Auslaßräume zwischen den Filterelementen aus. ün derartiger Aufbau von'Filterelementen beinhaltet jedoch .vielfältige Probleme. Erstens neigt das in den Filterelementen enthaltene ^; körnige Material zujn Absetzen bzw, «um Verdichten, was die Ausbildung großer Leerräume, oder !Taschen, zur Folge hat,⁷ durch welche das zu reinigende Gas frei ohne jede Filterwirkung hindurcbströmen kann. Zum Ausschalten dieses Setzens und,der daraus resultierenden Nachteile wurden herkömmliche Filterelemente üblicherweise so stark mit Filtermaterial angefüllt, daß slob ihre gasdurchflossenen Seitenwandungen nach außen ausbeulten. ♦ Dieeefl

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überladen des Filtere mit Kohle-Granulat führte zu einem Überschreiten des Elastizitätsmoduesder gasdurchflossenen Seitenwandungen mit dem Ergebnis, daß wenig oder gar kein Verdichtungsdruck auf das Filterbett ausgeübt wurde, so daß sich die Kohlekörner, wie zuvor, frei absetzen konnten. Zwei weitere Nachteil« der bekannten Filterelemente bestehen darin, daß häufig Filterelemente mit ungleicher Dicke gebildet werden, was dazu führt, daß wenig oder gar kein Gas durch die dickeren Bereiche der Filterelemente strömte, da das zu reinigende Gas die Neigung hat, den Weg des geringsten Widerstandes zu wählen. Außerdem wurde dadurch das körnige Filtermaterial in den engeren Filterelementbereichen vorzeitig mit Verunreinigungen gesättigt * was zu übermäßiger Belastung und frühzeitigem Filter-Versageo führt. Bemühungen, das Ausbeulen des Filterelementes . mit Hilfe von Bolzen eu vermeiden, die durch den Mittelabschnitt der Filterelemente hindurchgeführt wurden, erwiesen sich als unwirksam, da das zu reinigende Gas durch die Filterelemente rings um die Bolzen hindurch leckt·, was die Wirksamkeit des Filters * herabsetzte. ·

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig herstellbares und einfach aufgebautes Filterelement eu schaffen, welches das Reinigen von Gas ohne die Gefahr der Filter-Granulatabset.zung; und bei Gewährleistung konstanter Gasströttungswege durch dae Filterbett gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vielzahl von austauschbaren Gasfilterelementen mit jeweils einem äußeren Eahmen und daran angeordneten einander gegenüberliegenden gasdurchströmten Deckel- und Bodenflächen, wobei diejse Flächen aus einem elastischen strukturierten Flachbahnmaterial bestehen und eine ebene Oberfläche bilden, die im Schnitt mit Erhebungen und Vertiefungen versehen ist, und wobei die Flachbahnoberflächen

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einen bi-axial orientierten Rückkehrkoeffizienten besitzen, der wenigstens in einer Ausdehnung größer ist als der Rückkehrkoeffizient nicht strukturierter Flachmaterialien, durch Befestigungsmittel zum Befestigen der Filterelemente in räumlichem Abstand innerhalb des Gehäuses und durch in den austauschbaren Filterelementen enthaltenes granuliertes Kohlenstoff-Filtermaterial, welches von den elastischen Flachbahnen derart unter Druck setzbar ist, daß ein Absetzen des Granulats verhinderbar und alles das Filterelement durchströmende Gas mit Sicherheit durch eine vorbestimmte Mindestlänge durch das Filtermaterial führbar ist.

Erfindungsgemäß ist somit ein Gasfilter vorgesehen, welches ein Gehäuse enthält, in dem eine Vielzahl von austauschbaren Filterelementen vorgesehen sind. Jedes dieser Filterelemente besitzt einen äußeren, gasdurchströmten Rahmen und elastische, d.h. expansible und kontraktible stromungsdurchflossene Seitenwandungen, die einander gegenüberliegend an dem Rahmen angeordnet sind, um einen mit aktiviertem Holzkohlegranulat ausfüllbaren Raum zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Gasfilter mit einem gasdurchflossenen Gehäuse, in welchem eine Vielzahl von austauschbaren Gasfilterelementen angeordnet ist. Jedes Gasfilterelement enthält einen Rahmen, der gegenüberliegende gasdurchströmte Seitenwandungen an ihren Umfangen miteinander verbindet, welche aus strukturierten, elastischen Flachbahnmaterialien bestehen. Die Filterelemente enthalten aktiviertes Kohlenstoff-Granulat, wobei die gasdurchströmten Seitenwandungen einen Druck auf das zwischen ihnen enthaltene Filtermittel-Granulat ausüben. Infolge dieses auf das Granulat ausgeübten Druckes wird die Ausbildung von Hohlräumen oder Kanälen infolge eines Absetzens des Granulates verhindert. Das wiederum hat zur Folge, daß das zu

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reinigende.Gas bei seinem Durchtritt durch die Filterelemente jeweils über eine bestimmte Mindestweglänge durch die Aktivkohle geführt wird. ,

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gasfilters nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößert dargestellten ■Vertikalschnitt längs der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines austauschbaren Filterelementes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der elastischen Filterelementoberflächen, die aktiviertes Kohlenstoff-Granulat unter Durck enthalten und -.-'■·

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch

ein austauschbares Filterelement, der die . Erhebungen und Vertiefungen in

den strukturiert ausgebildeten-El em ent flächen zeigt.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein sechsseitiges gäsdurchströmtes Gehäuse bezeichnet, welches einen Schmutzgaseinlaß und einen Eeingasausläß besitzt. Das Gehäuse 10 enthält eine Filterelement-Anordnung 20, die aus einer Vielzahl von austauschbaren Gasfilterelementen 11 besteht. Eine vergrößerte .Darstellung eines derartigen Gasfilterelementes 11 ist in Fig. 3 dargestellt· Jedes Filterelement 11 besitzt einen hohlen ka-

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stenartigen Aufbau mit sechs Seiten und enthält aktiviertes Kohlenstoff-Granulat' 15, welches sich vom Bereich des Schmutzgaseinlasses bis in den Bereich des Heingasauslasses des Gehäuses 10 erstreckt. Die Breite der Gasfilterelemente entspricht der Breite des Gehäuses 10 und die obere Fläche 12 sowie die untere Fläche 13 der Elemente 11 sind von den Seiten 14 und Enden 16 parallel zueinander in einem relativ geringen räumlichen Abstand gehalten, so daß das Gasfilterelement 11 relativ flach ausgebildet ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Jedes der Filterelemente 11 ist in der gleichen Weise aufgebaut. Ein breites dünnes Paneel aus festem Flachmaterial, vorzugsweise aus Leichtmetall oder dergleichen ist längs des äußeren Umfanges herumge— bogen, um auf diese Weise eine stützende Kante zu bilden. Das Flachmaterial ist strukturiert oder profiliert worden, um eine ebene Oberfläche zu bilden, die im Querschnitt Erhebungen und Vertiefungen zeigt, um auf diese Weise dem Flachmaterial einen bi-axial orientierten Rückkehrkoeffizienten zu geben, der größer ist als bei einem nicht-gewebeartig strukturiert aufgebautem Flachmaterial. Die angesprochene Oberflächenausbildung des Flachmaterials wird in der internationalen Fachsprache auch als "texturized" bezeichnet. Das zur Ausbildung der oberen und unteren Flächen 12 bzw. 13 verwendete strukturierte oder profilierte Flachmaterial besitzt eine größere Festigkeit als ein Frachmaterial von gleicher Dicke ohne die erwähnte Profilierung oder Strukturierung. Außerdem gestattet der größere Rückkehrkoeffizient des strukturierten Flachmaterials die Ausübung eines Druckes auf das Kohlenstoffgranulat, welches in dem Filterelement 11 enthalten ist. Aus diesem Grunde kann das Granulat relativ fest in die Filterelemente hinein gestopft werden, ohne daß die Gefahr auftritt, daß die elastischen Grenzen des Flachmaterials überschritten würden. Mit Hilfe der strukturierten Flachbahnen, die' das Granulat oben und unten umschließen, wird ein gleichmäßiger Druck im Inneren des Filtermaterials

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aus Aktivkohle hervorgerufen. Da das strukturierte oder profilierte Flachmaterial elastisch ist, wird eine gleichmäßige Ausdehnung der Filterelementflächen erreicht, wenn das Filterelement mit körnigen Filterstoffen gefüllt wird. Fig. 4 zeigt in .gestrichelten Linien das typische Ausbeulen, was hei Filterelementen beobachtet wird, die ohne strukturierte oder profilierte Oberflächen ausgebildet sind. In ausgezogener Linienführung zeigt Fig. 4- dabei als Vergleich die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Filterelementes im mit Filtermaterial gefülltem Zustand.

Die Profilierung oder Texturisierung der Flachbahnoberflächen kann auf vielfältige Weise ausgeführt werden. Dabei besteht die bevorzugte Arbeitsweise darin, daß das Flachmaterial einfach durch den Walzspalt zweier miteinander im Eingriff stehender Mattierwalzen hindurchgeführt wird, wodurch eine strukturierte oder profilierte Oberfläche hervorgerufen wird, wie in Fig. 5 dargestellt. Wahlweise kann die Behandlung der Flachbahnoberflächen auch dadurch ausgeführt werden, daß das Flachmaterial durch den Spalt eines mit vorgegebener Geschwindigkeit betriebenen Walzgerüstes und anschließend durch einen zweiten Spalt eines zweiten Walzgerüstes hindurchgeführt wird, wobei das zweite Gerüst dicht hinter dem ersten Gerüst angeordnet ist und sich die Walzen des zweiten Gerüstes mit einer langsameren Geschwindigkeit drehen als die Walzen des ersten Gerüstes. Infolge der unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeiten der jeweiligen Walzenpaare wird innerhalb des Flachmaterials an einem ■ Ort zwischen den beiden Walzgerüsten eine lineare Kompression hervorgerufen. Eine derartige Kompression zeigt sich in Form einer Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen, die denjenigen ähnlich sind, welche mit Hilfe von Mattierwalzen hervorgerufen werden. Auch andere Verfahren zum Hervorrufen einer profilierten Flachbahnoberfläche können angewandt werden, solange sie

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gewährleisten, daß das angewandte Verfahren zu einem Flachmaterial mit einem bi-axial orientierten Eückkehrkoeffizienten führt, der in der betrachteten Richtung größer ist als der Rückkehrkoeffizient eines Flachmaterials, welches keine profilierte Oberfläche besitzt. Es ist zu beachten, daß es beim Ausfuhren des Profilierens oder Strukturierens nicht erforderlich ist, die Rückkehrgrößen sowohl in der Quer- als in der Längsrichtung des Flachmaterials gleich groß auszubilden. Es ist jedoch unbedingt erforderlich, daß der Rückkehrkoeffizient in einer gegebenen Richtung größer ist als der Rückkehrkoeffizient eines nicht behandelten bzw. nicht profilierten Flachmaterials in der gleichen Richtung.

Das profilierte oder texturisierte Flachmaterial wird dann für seine Verwendung in der Filteranordnung nach der Erfindung weiter vorbereitet, wozu eine Vielzahl von gleichmäßig voneinander entfernten Öffnungen 25 im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des profilierten Flachmaterials ausgebildet wird. Bei der Ausbildung dieser Öffnungen ist jedoch dafür Sorge zu tragen, daß diese Öffnungen in keinem Fall an Orten angebracht werden, die innerhalb einer vorbestimmten Entfernung von der Kante liegen. Bei dieser vorbestimmten Entfernung kann es sich beispielsweise um etwa die Hälfte der Mindestweglänge handeln, die das Gas bei'seinem Weg durch das Holzkohlengranulat durchströmen soll. Dazu sei bemerkt, daß diese vorbestimmte Entfernung nicht von wesentlicher Bedeutung für die Arbeitsweise der Filteranordnung ist, sondern daß es sich um eine äußerst vorteilhafte Maßnahme handelt, um in jedem Fall sicherzustellen, daß kein lediglich teilweise gefiltertes Gas durch das Filterelement gelangt.

Die Seiten 14 und Enden 16 des Filterelementes bestehen aus festem Material. Die Seiten 14 enthalten eine Befestigungseinrich-

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tung, in diesem Pall zueinander parallele Hüten 1?, in welche entsprechend ausgebildete nicht dargestellte Vorsprünge. oder Leisten eingreifen,, die innerhalb: der Gehäuseseitenwandungen derart angeordnet sind, daß die austauschbaren Gasfilterelemente 16 darin aufgenommen und gehalten werden können. Diese Vorspränge oder Leisten sind voneinander entfernt angeordnet und im allgemeinen U-förmig gestaltet, wobei die Basis des U von den Seitenwandungen derart nach vorne vorspringt, daß die Ausnehmungen oder Schlitze 1? in den Seiten 14- des Gasfilterelementes 16 gleitbar in denselben aufnehmbar sind. Yorteilhafterweise sind die Ausnehmungen oder Schlitze 1? mit flexiblen elastischen Dichtungen 18 vorsehen, die auf den oberen und unteren Gleitflächen angeordnet .sind, um auf dichtende Weise die ¥orspriinge oder .Leisten innerhalb des Gehäuses aufzunehmen.

Eine ¥ielzahl von Filterelementen wird dann in das Gehäuse eingebracht und ihre Enden werden alternierend in vertikaler Richtung mit Hilfe von flachen Teilen 19 aus einem gasdichten Flachmaterial verbunden» wie in den lig, 1 und 2 dargestellt. Bie Verbindungen dieser Enden werden abgedichtet,, um sie leekzu machen und um definierte abgedichtete ßas-Strömungs-

21 und 22 oberhalb und unterhalb der- jeweiligen Filterelemente zu. schaffen. Aus den Figuren ergibt sieh deutlich, daß es sieh bei etwa der Hälfte der derart definierten Gas-Strömungskammern' um Binlaßkammern 21 handelt» die in Sichtung auf das einströmende Schmutzgas offen sind und daß es sich bei cte-r anderen Hälfte dier Qas-Strömungskammern um Auslaßkammern 22 handelt.·, die in- Sichtung auf den. Reingasauslaß offen sind. Die derart geschaffene Anordnung der Filterelemente stellt sicher* daß einströmendes Schmutzgas durch ein Filterelement hindurch-· strömen muß_r bevor* es aus dem Gehäuse austreten kann. Da sich Sie profilierten Oberflächen der Filterelemente unter der Wir-

kung des Druckes der in ihnen enthaltenen Kohlenstoffgranulate auf eine gleichmäßige Dicke ausdehen, werden die Filterelemente nicht ausgebeult. Aus diesem Grunde können die Elemente dichter aneinander angeordnet werden, als. dieses bei herkömmlichen Filterelementen möglich war, ohne daß die Gefahr einer Reduktion der Durchstromflachen der Gas-Strömungskammern 21 und 22 zu ■befürchten ist* Außerdem können die Gas-Strömungskammern flacher gestaltet werden, da kein zusätzlicher Raum in Hinblick auf ein Ausbeulen oder dergleichen erforderlich ist. Somit führt das Filterelement nach der Erfindung zu einer Yerkleinerung der gesamten Filterabmessungen, ohne daß dadurch eine Ein-• büße an Wirksamkeit auftritt.

Zum Füllen eines Filterelementes mit Holzkohlengranulat wird die obere Fläche 12 abgenommen und wird Holzkohlengranulat in das Filterelement eingefüllt, bis dieses Element bis; etwas oberhalb der Ebene seines oberen Seiles gefüllt ist. Dann wird der obere 5?eil oder Deckel eingefügt, wodurch ein konstanter gleichmäßiger Druck auf das Halzkohlengranulat ausgeübt wird, was eine Folge des bi-axial orientierten Rückkehrkoeffizienten des Beckeis und der unteren Fläche oder des Bodens ist» Der von den profilierten: Filtereleiaentfl.äehen. ausgeübte konstante gleichmäßige Druck ■verhindert ein Absetzen des Granulats, wodurch die erfindungsgemäßen Filter elemente in· aeder Lage verwendet oder versandt werden können. Es; ist'ferner zu beachten, dal die profilierten Deckel- und Bo'denflachen 12 bzw· 13 es überflüssig machen, kompressible Schichten, oder dergleichen anzuordnen, was im Stand der Technik häufig gefunden wird, um bei herkömmlichen. Filterelementen einen gleichmäßigen Druck auf das Kohlenstoff granulat ausüben zu können. Außerdem üben die profilierten Deckel- und Bodenoberflochen einen konstanten Druck auf Holzkohlengranulat aus und verhindern eine Relativbewegung der einzelnen Granulafbestasöteile.

Auf diese Weise wird ein gegenseitiger Abrieb bei den Granulatkörnern verhindert, der zu einem Absetzen des Kohlenbettes führen könnte.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß das Gasfilter nach der Erfindung aus Gasfilterelementen aufgebaut ist, die profilierte Deckel und Böden aus Flachmaterial besitzen und die Ausbildung' von Hohlräumen oder Kanälen in dem Kohlenstoffgranulat verhindern. Außerdem verhindert der Aufbau der erfindungsgemäßen Filter ein Ausbeulen des Filterbettes und führt zu Kostenvorteilen bei der Herstellung, da dünnere Materialien für den Boden und den Deckel benutzt werden können und die Gesamtabmessungen des Gasfilters ohne Einbuße an- Wirksamkeit verringert werden können.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehende" Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentli ch sein.

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Claims

Patentansprüche

Gasfilter mit einem gasdurchströmten Gehäuse mit Schmutz- -gaseinlaß und Reingasauslaß, gekennzeichnet durch' eine Vielzahl von austauschbaren Gasfilterelementen (11) mit jeweils einem äußeren Rahmen (14, 16) und daran angeordneten, einander gegenüberliegenden gasdurchströmten Deckel- und Bodenflächen (12; 13), wobei diese Flächen aus einem elastischen strukturiertem Flachbahnmaterial bestehen und eine ebene Oberfläche bilden, die im Schnitt mit Erhe- - bungen und Vertiefungen versehen ist, und wobei die Flachbahnoberflächen einen bi-axial orientierten Eückkehrkoeffizienten besitzen, der'wenigstens in einer Ausdehnung größer ist als der Rückkehrkoeffizient nicht strukturierten Flachmaterialien, durch Befestigungsmittel (17) zum Befestigen der Filterelemente (11) in räumlichem Abstand innerhalb des Gehäuses (.10) und durch in den austauschbaren Filterelementen (10) enthaltenes granuliertes Kohlenstoff-Filtermaterial (15), welches von den elastischen Flachbahnen (12, I3) derart unter Druck setzbar ist, daß ein Absetzen des Granulats (15) verhinderbar und alles das Filterelement (11) durchströmende Gas mit Sicherheit durch eine vorbestimmte Mindestlänge durch das Filtermaterial führbar ist.
2. Gasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel- und Bodenflächen (12; 13) aus Flachstahl bestehen, der zwecks Ausbildung von Erhebungen und Vertiefungen eine lineare Kompression in Längsrichtung erfahren hat, so daß das Flachmaterial einen bi-axial orientierten Rückkehrkoeffizienten besitzt.

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3. Gasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Deckel- und Bodenflächen (12; 1J) aus .Flachstahl "bestehen, der mittels Hattierungswalzen profiliert worden ist, so daß der Flachstahl einen bi-axial orientierten Rückkehrkoeffizienten besitzt.

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