DE2507492A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von metallionen aus einer elektrolytloesung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen von metallionen aus einer elektrolytloesung

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DE2507492A1 DE19752507492 DE2507492A DE2507492A1 DE 2507492 A1 DE2507492 A1 DE 2507492A1 DE 19752507492 DE19752507492 DE 19752507492 DE 2507492 A DE2507492 A DE 2507492A DE 2507492 A1 DE2507492 A1 DE 2507492A1
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Description

DIPL.-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSEL
3353 Bad Gandersheim, 20, heb. 1975
Postfach 129
Hohenhöfen 5
Telefon: (05382) 2842
Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim
UnsereAkten-Nr. 2488/3
INDUSTRIAL PILTER & PUMP Mi1G. GO.
Patentgesuch vom 2 Q £q'q 1975
INDUSTRIAL FILTER & PUMP MFG. 00.
59OO Ogden Avenue,
Cicero, Illinois 60650
V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Metallionen aus einer Elektrolytlösung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Entfernen von Metallionen aus einer Lösung, Insbesondere betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche angewendet werden können, um. auf wirtschaftliche Weise eine Elektrolytlösung zu reinigen, die nur winzige Abteile an Metallionen enthält. Der Fachmann auf dem Gebiet der Metallpla^ierung wird die Verwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung für die abschließende Behandung von Metallbearbeitungsabwässern sofort erkennen.
Die elektrolytische Reinigung von Metallhydroxid-Lösungen, bei der die Metallionen aus der Lösung entfernt und auf einer porösen Kohleelektrode abgelagert werden, ist bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 459 646 beschrieben.
509835/0710
Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto.-Nr.22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 970
Bei der Anordnung gemäß dieser älteren Druckschrift besteht !
die Kathode aus einem porösen Block aus Kohle oder Graphit, j
der in einem Flüssigkeitspfad gehalten ist und durch den die j
Elektrolytlösung hindurchtritt, welcher gereinigt werden soll. '
Eine Anode ist in der Nähe der stromaufwärtigen oder der j
stromabwärtigen Seite der Kathode angeordnet zur Erzeugung !
eines stetigen Grleichspannungsfeldes zwischen der Anode und ;
der Kathode, um dadurch die Metallionen, welche durch die ;
Poren in der Kathode hindurchtreten, aus der Lösung heraus- !
zubekommen und auf der inneren Oberfläche der Kohleelektrode i
niederzuschlagen. Nachdem die Poren im wesentlichen durch die :
abgelagerten Ionen verschlossen sind, ist es notwendig, den ;
Vorgang zu unterbrechen und die Metallionen aus den Poren der :
Kohle^ielektroden zu entfernen, z.B. durch Umkehrung der elek- ;
trischen Polarität des Systems, durch chemische Behandlung der .
Kohleelektrode mit einer Säurelösung oder durch Ersatz der j Kohleelektrode. Die Ausfallzeit des Systems ist deshalb sehr
beachtlich, wodurch zwei derartige Systeme benötigt werden > für jedes vollständige System, mit dem dieses Verfahren durchgeführt werden soll.
Wenn dieses ältere, bekannte System zur elektrolytischen ί Metallabscheidung in der Metallplabfcierungsindustrie benutzt werden soll zur Reinigung von Pläfefcierungslösungen, bevor diese
in das örtliche Abwassersystem oder ein nahes Gewässer ab- j
strömen, so ist es darüber hinaus noch notwendig, andere zu j
beanstandende Materialien aus dem Pla%ierungsabfluß durch . andere Mittel zu entfernen. Solche zu beanstandenden Materialien,
die im allgemeinen in derartigen Lösungen zu finden sind, sind '
Phosphate und organische Moleküle und Yerbindungen. Es ist j
also eine zusätzliche Einrichtung notwendig für diese zu— j sätzliche Reinigung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Metallionen aus einer Elektrolytlösung zu schaffen, welche einfach und betriebssicher arbeiten; die Austauschintervalle der aktiven
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Teile der Vorrichtung sollen wesentlich vergrößert werden und -
das Verfahren und die Vorrichtung sollen weiterhin so ausge- !
bildet sein, daß auch nichtmetallische Partikel, insbesondere :
organische Verbindungen und Phosphate, aus der Lösung ohne j
zusätzliche Mittel entfernt werden können. j
Diese Aufgabe wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren
dadurch gelöst, daß eine poröse Masse aus Kohlepartikeln auf ,
einem mit Durchbüchen versehenen !Träger abgelagert wird, in- j
dem der Träger von einer Flüssigkeit durchflutet wird, welche ;
die Partikel mitführt,, und daß die Lösung durch die Masse und :
den Träger hindurchtritt;, während die Masse auf einem nega- \
tiven elektrischen Potential gegenüber einer Anode liegt, die '
im Abstand zu der Masse in die Lösung eingetaucht ist, wodurch ·
die Metallionen auf den Oberflächen der Partikel abgelagert ;
werden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ;
Kohlepartikel jener Lösung beigemischt werden, be^or sie durch l
die Masse hindurchtritt, um der Masse während des Metallent- j
fernungsverfahrens frische Kohlepartikel zuzuführen. Hierbei j
erreicht man eine ständige Teilerneuerung der wirksamen Masse, !
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Kohlepartikel zum Entfernen anderen nichtmetallischen Materials aus der Lösung aktiviert, insbesondere dampfaktiviert sind. So erreicht man durch ein besonderes einfaches und wirksames Aktivierungsver« fahren eine zusätzliche Möglichkeit zum Entfernen anderer unerwünschter Beimengungen der zu reinigenden Lösung, neben der Reinigung von Metallionen,
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens zum Entfernen insbesondere von Metallionen aus einer Lösung zeichnet sich aus durch einen Tank mit einer Druckkammer darin, durch ein hohles, leitendes Teil mit einer mit Durchbrüchen versehenen äußeren Oberfläche, welches innerhalb der Kammer angeordnet ist, durch eine poröse Masse aus Kohlepartikeln, welche auf dieser Oberfläche sitzt, durch ein zweites leitendes Teil, das im Abstand zu der Masse innerhalb der Kammer angeordnet ist, durch Mittel, welche die
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"beiden Teile elektrisch gegeneinander isolieren, um das zweite Teil auf einem positiven Potential gegenüber der porösen Masse zu halten, durch einen Einlaß in die Kammer, und durch einen Auslaß, welcher mit dem Hohlraum in dem hohlen leitenden Teil verbunden ist. Bei einer solchen Vorrichtung erzielt man mit geringem konstruktivem Aufwand eine sehr wirksame Vorrichtung. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß das hohle leitende Teil eine Lamelle enthält mit gegenüberliegenden, mit Durchbrüchen versehenen Stirnflächen, auf denen die Kohlepartikel zur Bildung der Masse abgelagert werden. Dabei soll das hohle leitende Teil gegenüber dem Tank elektrisch isoliert sein.
Die elektrische Anordnung für die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung einen veränderbaren Ausgang und Mittel enthält zur Verringerung der Ausgangsspannung und hiermit zur Aufrechterhaltung einer konstanten elektrischen Feldintensität zwischen dem zweiten leitenden Teil und/M£sse, wenn die Dicke der Masse in Betrieb der Vorrichtung zunimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vor- j richtung besitzen also eine poröse Kathode aus feinen Kohle— j pulverpartikeln, die in Form einer porösen Masse oder eines J porösen Kuchens auf der stromaufwärtigen Seite eines mit Durch- i brüchen versehenen Trägers erhalten werden durch den Druck der Elektrolytflüssigkeit, welche durch die Masse und durch den Träger hindurchgedrückt wird. Die Masse wird anfangs im wesent- j liehen in der gleichen Weise gebildet, in der ein Vorfilter- I kuchen auf einem mit Durchbrüchen versehenen Filterelement in \ einem Druckfilter abgelagert wird, und beim Fortsetzen des Elektrol/ytverfahrens wird zusätzliches Kohlepulver oberhalb der Masse der Lösung beigesetzt, wodurch frische Kohlepartikel der Oberfläche der Masse zugeführt werden, wenn das Verfahren weiterläuft. Durch Verwendung von aktivierter Kohle können auch Phosphate und organische Moleküle aus der Lösung abgeschieden und auf den die Zwischenräume füllenden Oberflächen
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der Kohlepulvermassen gleichzeitig mit der Ablagerung der Metallionen abgelagert werden. Periodisch oder wenn immer die Masse so dick ist, daß sie die Funktion des Systems beeinträchtigt, wird das System stillgelegt. Die Masse wird dann mechanisch von dem Träger durch beliebige Mittel entfernt, welche in der Filfertechnik bekannt sind zum Entfernen von Filtermassen von Filterbehältern oder Tuben. Eine andere Kohlemasse wird dann auf dem Träger abgelagert; die Vorrichtung wird dann in den Arbeitsgang zurückgebracht. Derzeit macht es der niedrige Preis für Kohlepulver unwirtschaftlich, brauchbare Anteile aus der benützten Masse zurückzugewinnen, ausgenommen, wenn das aus der Lösung entfernte Metall besonders wertvoll ist. In einem solchen Fall kann die Rückgewinnung leicht durchgeführt werden durch Erhitzen der benutzten Kohle in einem Rückgewinnungsofen zum Herausbrennen der Kohle, wobei das Metall als Rückstand übrig bleibt.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und vorteilhafte Wir- ] kungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es ;
zeigen: !
Fig. 1 einen schematischen, senkrechten Teilschnitt ; durch eine Vorrichtung zur Entfernung von Metallionen gemäß ' der vorliegenden Erfindung, und ;
Pig, 2 einen teilweisen Schnitt durch eine Kathoden- [ lamelle, auf der eine Kohlepulvermasse abgelagert ist. ;
In der Zeichnung ist ein Druck-Tank 10 mit einem ab- · nehmbaren Deckel 11 versehen, in dem eine Einlaß-Tür 12 sitzt,
sowie mit einer großen Bodenöffnung, welche durch einen ab- . nehmbaren Boden-Deckel 14 verschlossen ist. Eine Auslaß-Rohrverzweigung 15 erstreckt sich nahe am Boden diametral über den
Tank und bildet am einen Ende einen Abfluß-Auslaß 16 außerhalb : des Tanks, Die Rohrverzweigung 15 ist mit dem Tank 10 verschweißt oder verlötet, um sie in ihrer Lage innerhalb des ■ Tanks zu halten, j
Auf der Rohrverzweigung 15 sind innerhalb des Tanks !
eine Mehrzahl hohler Druck-Lamellen 18 befestigt, welche !
perforierte Stirnflächen besitzen sowie innere Hohlräume, I
welche mit der Auslaß-Rohrverzweigung 15 über rohrförmige ·
Verbindungsstücke 20 am Boden in Verbindung stehen. Die j
Lamellen 18 haben einen Metallrahmen 18a, ein grobes Metall- j
gitter 18b und Drahtschirme 18c, die mit dem Rahmen vernietet j
sind. Eine Gewebehülle 23 überdeckt den Rahmen und die Schirme , und ist in geeigneter Weise an den Verbindungsstücken am Kopf
und am Boden verankert. Über den Köpfen der Lamellen 18 ver- .'
läuft eine Metallschiene 19, welche durch Schraubenbolzen oder ,
andere gedgnete Mittel mit den Lamellen 18 verbunden ist. Die '
Schiene 19 erstreckt sich durch einen elektrischen Isolator |
und durch einen Druckverschluß 21 zur Außenseite des Tanks hin, i wo sie mit einem Vibrator 22 vom Rüttlertyp (impactor) ver- ;
I . . i
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bunden ist. Wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird, liegt der metallische Lamellenrahmen auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Schiene 19. Die Verbindungsstücke 20 sind als geeignete elektrische Isolatoren ausgebildet, z.B. als Plastikrohre, wodurch die Lamellen 18 gegenüber dem Tank 10 isoliert sind.
Eine Mehrzahl von Drahtgeflecht-Planargittern 24 ist zwischen der Schiene 19 und der Auslaß-Rohrverzweigung 15 mit Abstand parallel zu den Stirnseiten der Lamellen angeordnet, wie dies in der Figur gezeigt ist. Die Gitter 24 sitzen innerhalb von Metallrahmen 26, die im wesentlichen die gleiche Form besitzen wie die Randabschnitte der Lamellenrahmen. Die Gitterrahmen sind durch isolierende Verbindungsstücke 28 an der Schiene 19 und durch metallische Verbindungsstücke 30 an der Rohrverzweigung 15 befestigt. Dementsprechend liegen die Gitter auf dem gleichen elektrischen Potential wie der Tank und die Auslaß-Rohrverzweigung, d.h. bei normaler Installation auf Erdpotential,
Eine Gleichspannungsquelle wie der dargestellte Gleichspannungsgenerator 32 oder wie jede andere geeignete Quelle liefert eine Gleichspannung zur Erzeugung eines elektrischen Gleichspannungsfeldes zwischen den Gittern 24 und den Lamellen 18, Die Verbindungsstücke zum Generator sind so gepolt, daß die Gitter 24 auf einem positiven elektrischen Potential gegenüber den Lamellen 18 liegen. Vorzugsweise ist die feinmaschig gewirkte Hülle 23 selbst elektrisch leitend, indem sie z.B. aus kohlegefüllten Fäden gewebt ist.
Im Betrieb wird Kohlepulver mit einer Flüssigkeit gemischt und unter Druck dem Tank 10 über den Einlaß 12 zugeführt. Die eingelagerten Kohlepartikel, die größer sind als die Maschen in den Lamellen 18, werden auf deren Oberflächen in Form von porösen Kohlemassen 31 abgelagert und die geklärte Flüssigkeit tritt aus dem Filter aus über die Abflußauslaß-Rohrverzweigung 15, Während des anfänglichen Aufbaus der Kohlemassen auf den Stirnflächen der Lamellen 18 kann die
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— σ —
flüssigkeit von dem Auslaß 16 zu dem Einlaß zurückgeleitet werden, während Kohlepulver in die Rückführleitung eingebracht wird. Nachdem die Massen derart bis zu einer ausreichenden Mindestdicke von etwa 3/4ZoIl aufgebaut sind, wird der Generator 32 erregt, wodurch die Gitter 24 zu Anoden und die Kohlemassen 31 zu Kathoden werden. Das System wird dann der Strömung ausgesetzt, wobei die Flüssigkeit, aus welcher die Metallionen entfernt werden sollen, durch den Einlaß 12 in den Tank eintritt und durch die Rohrverzweigung 15 wieder austritt. Die Metallionen werden nun auf den exponierten Oberflächen der Kohlepartikel in der gleichen Weise abgelagert, wie sie bereits aus elektrolytischen Ionenentfernungsanlagen bekannt ist, Darüberhinaus werden durch Verwendung von dampfaktiviertem Kohlepulver organische Verbindungen und Phosphate, welche in der Flüssigkeit enthalten sind, von den Kohlepartikeln in den Massen während des Metallabscheidungsverfahrens aufgenommen.
Um große Arbeitszyklen zu erlauben., wird das Kohlepulver der zu reinigenden Flüssigkeit zugesetzt, bevor diese in den Tank 10 eintritt, wodurch frische Kohlepartikel auf den äußeren Oberflächen der Massen abgelagert werden. Weil die Abstände zwischen den Anodenschirmen und den Kohlemassen dabei während des Bearbeitungszyklus abnehmen, werden entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung Steuermittel vorgesehen zur Veränderung der negativen Spannung an den Lamellen, wenn der Reinigungszyklus weiterläuft. Zum Zweck der Veranschaulichung sind diese Steuermittel als Potentiometer 53 dargestellt, welches einen Abgriff 34 besitzt, der ' von einem Zeitschalter-Motor 35 angetrieben wird. Während des ! Metallentfernungsvorganges wird der Abgriff nach oben bewegt, ' um dabei, wie dargestellt, die Spannung zwischen den Kohle— I massen und den Anodengitternaraduell zu verringern, wenn der Arbeitsprozeß weiterläuft.
So ist also ein neues und verbessertes elektrolytisches Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung geschaffen worden
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zur fortlaufenden Ausbildung von Kohleelektroden während des Verfahrens der Metallionenentfernung. Die Erfindung ist anhand einer Anordnung mit im wesentlichen ebenen Oberflächen beschrieben, auf denen die Kohlemassen aufgebaut werden, aber für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß auch durchbrochene Rohre verwendet werden können, welche von hohlzylindrischen Anoden umgeben sind, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wobei die Kohleelektroden Hohlzylinder sein wurden, die innerhalb der zylindrischen Anoden sitzen.
Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel
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Claims (10)

  1. DIPL.-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL
    -It-
    3353 Bad Gandersheim, 0 Π Foh 107ζ
    Postfach 129
    Hohenhöfen 5
    Telefon:(05382) 2842
    Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim
    UnsereAkten-Nr. 2488/3
    INDUSTRIAL FILTER & PUMP MFG. CO.
    Patentgesuch vom -.n r· ? .,,-,-.=
    Pat entans prüche
    1, Verfahren zum Entfernen von Metallionen aus einer Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse Masse (31) aus Kohlepartikeln auf einem mit Durchbrüchen versehenen Träger (18) abgelagert wird, indem der Träger von einer Flüssigkeit durchflutet wird, welche die Partikel mitführt, und daß die Lösung durch die Masse (31) und den Träger (18) hindurchtritt, während die Masse (31) auf einem negativen elektrischen Potential gegenüber einer Anode (24) liegt, die im Abstand zu der Masse (31) in die Lösung eingetaucht ist, wodurch die Metallionen auf den Oberflächen der Partikel abgelagert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlepartikel jener Lösung beigemischt werden, bevor sie durch die Masse (31) hindurchtritt, um der Masse während des Metallentfernungsverfahrens frische Kohlepartikel zuzuführen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlepartikel zum Entfernen anderen nichtmetallischen Materials aus der Lösung aktiviert sind.
    Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715
    509835/0710
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlepartikel dampfaktiviert sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (31) ersetzt wird durch Unterbrechen des Lösungsflusses durch die Masse, durch Entfernen der Masse von dem Träger (18) und durch anschließendes Aufbringen einer Masse aus frischen Kohlepartikeln auf dem Träger (18).
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus Kohlepulver bestehen.
  7. 7. Vorrichtung zum Entfernen von Metallionen aus einer Lösung, gekennzeichnet durch ein Tank (1O) mit einer Druckkammer darin, durch ein hohles, leitendes Teil (18) mit einer mit Durchbrüchen versehenen äußeren Oberfläche, welche innerhalb der Kammer angeordnet ist, durch eine poröse Masse (31) aus Kohlepartikeln, welche auf dieser Oberfläche (18c) sitzt, durch ein zweites leitendes Teil (24), das im Abstand zu der Masse (31) innerhalb der Kammer angeordnet ist, durch Mittel, welche die beiden Teile (18,31*24) elektrisch gegeneinander isolieren, um das zweite Teil (24) auf einem positiven Potential gegenüber der porösen Masse (31) zu halten, durch einen Einlaß (12) in der Kammer, und durch einen Auslaß (16), welcher mit dem Hohlraum in dem hohlen leitenden Teil (18) verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle leitende Teil einer Lamelle (18) enthält mit gegenüberliegenden, mit Durchbrüchen versehenen Stirnflächen, auf denen die Kohlepartikel zur Bildung der Masse (31) abgelagert werden,
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle leitende Teil (18) gegenüber dem Tank (11) elektrisch isoliert ist.
    509835/0710
  10. 10. Yorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung einen veränderbaren Ausgang (33) und Mittel (34,35) enthält, zur Verringerung der Ausgangsspannung und hiermit zur Aufrechterhaltun^ einer konstanten elektrischen Feldintensität zwischen dem zweiten leitenden Teil (24) und der Masse (31), wenn die Dicke der Masse im Betrieb der Vorrichtung zunimmt.
    Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Röee Dipl.-Ing. Peter Kosel
    509835/0710
DE2507492A 1974-02-25 1975-02-21 Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Entfernen von Metallionen aus einer Lösung Expired DE2507492C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US445544A US3896013A (en) 1974-02-25 1974-02-25 Process for removing metallic ions from an electrolytic solution

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2507492A1 true DE2507492A1 (de) 1975-08-28
DE2507492B2 DE2507492B2 (de) 1978-06-15
DE2507492C3 DE2507492C3 (de) 1979-02-15

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ID=23769332

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2507492A Expired DE2507492C3 (de) 1974-02-25 1975-02-21 Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Entfernen von Metallionen aus einer Lösung

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JP (1) JPS5138171B2 (de)
CA (1) CA1063063A (de)
DE (1) DE2507492C3 (de)
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