DE2553165C3 - Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik k - Google Patents

Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik k

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DE2553165C3
DE2553165C3 DE2553165A DE2553165A DE2553165C3 DE 2553165 C3 DE2553165 C3 DE 2553165C3 DE 2553165 A DE2553165 A DE 2553165A DE 2553165 A DE2553165 A DE 2553165A DE 2553165 C3 DE2553165 C3 DE 2553165C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik zum Herstellen von Gasgemischen mit definierten Mischungsverhältnissen aus in Druckbehiiltern oder Komponentcnleituiigen vorliegenden Gaskompunenten mit einstellbaren Druckreglern und Reguliei ventilen für tue Einstellung der Mischungsverhältnisse und einer gemeinsamen Mischgasleitiing.
In Gasmischvorrichtungen muß sichergestellt sein, daß das eingestellte Gasgemisch unter allen Betriebsbedingungen einschließlich des Ein- und Abschaltvorganges erhallen bleibt, denn bei der Heatmung, /,. B. zur Narkose, spielen geringe Konzentrationsänderungen bereits eine entscheidende Rolle.
Bekannte Mischvorrichtungen benutzen ein Verfuhren, das tiarin besieht, zwei oder mehrere Druckgase nacheinander über je einen Druckregler in einen gemeinsamen Mischbehälter /u leiten, wobei die Drücke der zu mischenden Gase im gleichen Verhältnis zueinander stehen, wie die gewünschten Volumenanteile der Gaskomponenten im herzustellenden Gasgemisch. Soll /. B. ein Ciasgemisch aus zwei Komponenten mit A - 70 Vol.'·; und W=OOVoI/.'* bestehen, dann wird der Mischbehälter zunächst mit der Komponente B auf einen Druck von P = 30 bar gebracht und anschließend die Komponente A so lange hinzugeführt, bis im Vorratsbehälter der Druck auf ■"' 100 bar angestiegen ist.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß Mischungenauigkeiten u. a. durch die Temperaturänderung der Gase beim schnellen Füllen des Mischbehälters auftreten, oder daß der Mischvorgang nicht koutinuierlich vor sich geht. Schwierig ist die genaue Beimischung von Komponenten mit kleinen Volumenanteilen und die Erzielung einer gleichmäßigen Durchmischung.
In anderen Mischvorrichtungen werden zwei oder
Ii mehrere Gase über je ein Drosselventil und einen Strömungsmesser über eine Druckdifferenz in eine gemeinsame Abgangsleitung geleitet. Dabei ist mit den Strömungsmessern das Mischungsverhältnis der zu mischenden Gase eingestellt. Das angewandte
-·> Verfahren hat den Nachteil, daß die Strömungsmesser und die Drosselventile in ihrer Einstellung fortlaufend überprüft werden müssen. Weiterhin muß sichergestellt sein, daß in den Strömungsmessern stets ein genau bestimmter Druck eingehalten ist, da sonst der
-"> angezeigte Wert der Strömungsmesser nicht stimmt. Ein bekanntes Gasmischverfahren benutzt Meßbehälter, die an ein oder mehrere gemeinsame Reduzierventile angeschlossen sind. Die Meßbehälter sind mit den zu mischenden Gasen gefüllt. Siestehen unter
in gleichem Druck. Die Volumina der Meßbehälter verhalten sich wie das herzustellende Gasgemisch. Wird z. B. ein Meßbehälter mit Gas A und einem Volumen von 100 I und ein Meßbehälter mit Gas B mit 20 1 Inhalt - beide unter einem gleichen Druck, beispiels-
ii weise 100 bar, stehend - an ein gemeinsames Reduzierventil angeschlossen, so entweicht aus diesem ein Gasgemsich, bestehend aus fünf Volumenanteilen Gas A und einem Volumenanteil Gas B. Das Mischungsverhältnis der gemischten Gaskomponenten
ι» bleibt zwar immer konstant, jedoch laßt sich eine Änderung des einmal eingestellten Mischungsverhältnisses nur durch den umständlichen Anschluß von weiteren oder vergrößerten Meßbehältern, z. B. Stahlflaschen, an die gemeinsame Leitung vor dem Reduzier-
i, ventil erreichen. Der Mischungsbereich ist durch die Größe und Anzahl der verfügbaren Meßbehälter desselben Druckes begrenzt (DE-PS 45HI25).
In einer weiteren bekannten Vorrichtung zum Mischen von Gaskomponenten werden zwei oder mch-
"iiι rere zu mischende Druckgase über Druckregler. Durchflußmengenmesser, einstellbare Regulierventile für die Einstellung des Mischungsverhältnisses der Gaskomponenten in eine gemeinsame Mischkammer geleitet. Für die Aufrechtcrhaltung gleicher Drücke
.. in den Komponentcnleituiigen sind den Regiilicrventilen Drucksteuerventile nachgeschaltet, »lic über Steuerleitungen von; statischen Druck in ilen Komponentenleitungen zwischen ilen Druckreglern und den Rcgulierventilen gesteuert werden. Zwischen den
im ι Druckstcuerventilen in den Komponentenleitungen null tier Mischkammer befindet sich jeweils ein Riickschaltvcntil. VOn der Mischkammer futirt eine Misch leitung mit /wischcngcschaltetem Steuerventil /u einem Gasgemischspeicher. Das Steuerventil winl von
■ . einem dem Gasgemischspeicher angeschlossenen Druckwächter i'.esteuert. /wischen den auf Abgabe druck eingestellten Dna kreglem hinter den Druckbehältern \uu\ den Diirchflußmengcnmessern sind
!Druckwächter angeordnet, die bei Druckabfall oder -ausfall einer der Gaskomponenten die Mischvorrichtung abschalten. An dieser Mischvorrichtung ist nachteilig, daß mit den vom Druck in den Komponentenleitungen vor den Regulierventilen gesteuerten Prucksteuerventilen in den Komponentenleitungen ungleiche Drücke entstehen können. Mit verschiedenen Drücken vor den Regulierventilen ist es aufgrund des Leistungskennlinienverlaufes der Drucksteuerventile und der Regulierventile nicht möglich, das gewünschte Gasgemisch konstant zu halten. Dieses ist jedoch z. B. bei der Verwendung vor Beatmungs- und Narkosegeräten, bei denen die Druckbereiche in jedem Atemzyklus praktisch von Null bis zu einem Maximum durchlaufen werden, unbedingt notwendig (DE-GM 7000645).
Bekannt ist ferner ein Verfahren zum Mischen von Druckgasen, insbesondere für Atmungs- und medizinische Geräte, nach dem die zu mischenden Gase mit stets im gleichen Druckverhältnis zueinander stehenden Drücken, die oberhalb der kritischen Drücke dieser Gase liegen, durch Drossein strömen, deren Widerstandssumme konstant ist. Dabei wird die Durchflußmenge durch Änderung der Drücke vor den Drosseln bestimmt, wobei jedoch das Verhältnis der Gasdrücke stets das gleiche bleibt. Das Mischungsverhältnis wird durch eine Verstellung der Drosseln bestimmt, wobei jedoch die Drosseln derart verstellbar sind, daß ihre Widerstandssumme konstant ist. Eine Garantie des Mischungsverhältnisses ist nicht möglich, zumal nicht bei stark wechselnder Entnahme (DE-AS 1932141).
Bei einer bekannten Gasgemisch-Regelungsanlage strömen die Gase über Druckminderer in Komponentenleitungen und von dort über einstellbare Dosierungsdüsen in die Gemischleitung. Ein Ausgleichsregler steuert die Druckminderer derart, daß in den Komponentenleitungen der gleiche Druck herrscht. Gesteuerte Sicherheitsabsperrventile sperren den Durchfluß in den Komponentenleitungen, wenn der Druck eines Gases vor den Druckminderern unter ein bestimmtes Maß fällt. Die Ansteuerung der Sicherheitsabsperrventile erfolgt niemals aus dein Gasgemisch heraus, also von der wechselnden Entnahmeinenge her. Durch die getrennte Anordnung der Sicherheitsabsperrventile hinter den Druckminderern kann nach dem Abschalten der Sicherheitsabsperrvcntile immer noch eine gewisse Gasmenge der Komponenten in die Leitungen und den Hohlraum zwischen den Druckminderern und den Sicherheitsabsperrventilen einfließen. Durch die sich dabei verschieden ändernden Druckverhältnisse sind diese Totraummengen verschieden groß. Nach dem Wiederöffnen der Sicherheitsabsperrventile fließen damit zuerst nicht der gewünschtem Mischung entsprechende Gasgemischmengen in die gemeinsame Leitung ein. Beim Ein- und Abschalten stimmen die Mischungsverhältnisse also nicht (DE-PS 824265).
Ein bekannter mit Hilfe von Membrnnreglern arbeitender Gemischregler besitzt hinter einer von Hand oder durch einen selbsttätigen Regler gesteuerten Drosselstelle im Zuge des einen Mittels eine Abzweigung, die zu Membranreglern im Strömungsweg der alitieren Mittel führt. Dadurch wird eine Anclerung des Mittels im ersten .Strömungswege als Ansteuerung auf die iVWmbranregler der anderen Strömungswegc gegeben und wirkt auf sie, gegebenenfalls unter Veränderung durtft /wischengeschaltctc Drosselstellen, im gleichen Sinne ein. Im Abgange jeden Strömungsweges ist ein Einstellmittel zur Einstellung des Anteil« des jeweiligen Mittels angeordnet. Der Gemischregler ist nicht imstande, die für eine exakte Mischung notwendige Druckdifferenz vor den Einstellmitteln sicherzustellen. Eine Gasgemischqualität, wie sie für die Atemschutz-, Tauch- und Medizintechnik gefordert werden muß, ist mit dieser Anordnung, die nur an einem Punkt steuert, nicht zu erreichen ' (DE-PS 480086).
In einem bekannten Gerät zur Bildung eines Gasgemisches aus mindestens zwei Mischungskomponenten werden die Mischungskomponenten über je einen Druckregler bei im wesentlichen übereinstimmendem
> Druck einstellbaren Dosieröffnungen zugeführt, durch die sie in eine Mischkammer gelangen. Ein Verbrauchsdruckregler (er kann zugleich der Druckregler einer Mischungskomponente sein), der von Hand eingestellt wird und zusätzlich auf den Druck des Gasge-
i misches in der Mischkammer anspricht, steuert die Druckregler so, daß der Druck des : Gasgemisches in der Mischkammer auf einem gewännen Wert stabilisiert wird. Hierzu wird der Abgangsdruck eines Druckreglers als Spanndruck für den oder die übrigen
' Druckregler benutzt. Zwischen den einzelnen Rege-Iungssch.-itten, nämlich Ansteuerung des Verbrauchsdruckreglers mit dem Mischkammerdruck, Betätigung eines Druckreglers durch den Verbrauchsdruckregler und Abgabe einer Mischungskomponente, Ansteue-
> rung des oder der übrigen Druckregler durch diese Mischungskomponente und Abgabe der übrigen Mischungskomponenten, kommt es zu Verzögerungen und damit unterschiedlichem Gasdurchlaß der Mischungskomponenten. Abgesehen von den dabei auf-
■ tretenden großen Mengentoleranzen in den einzelnen Mischungskomponenten, bedingt durch die für Atemgase nicht ausreichend exakte Ausbildung der Bauelemente, ist das Gerät nicht imstande, in jeder Betriebsphase das eingestellte Gasgemisch zu litfern.
ι Durch die langen Leitungsführungen und die Trägheit der Membranen ist es unmöglich, z. B. von Atemzug zu Atemzug das geforderte Gemisch sicherzustellen. Es sind die außerdem dazu notwendigen Einrichtungen zur Konstanthaltung der Druckdifferenz vor den
. Dosieröffnungen nicht vorhanden. Dies ist aber unbedingt Voraussetzung für eine genaue Dosierung (DE-GM 1829553).
Eine bekannte Einrichtung zur Regelung eines Gemisches aus zwei Gasen ermöglicht, sowohl das Mischungsverhältnis als auch die gesamte Gemischmenge unabhängig voneinander zu regeln. Die Gase werden über Druckregler unter gleichem Druck in Komponentenleitungen eingespeist. Vor der Vereinigung zu einer gemeinsamen Gemischleitung sind in jeder Komponentenleitung eine Staublende und eine steuerbare Drosselklappe angeordnet. Der Differenzdruck zwischen den beiden Gasarten, der sich an den Staublenden durch den Durchfluß ergibt, steuert über einen Membransteuerregler zwei Hilfsdruckregler, die eine Verstellung der Drosselklappen bewirken. Einv über einen Waagebalken einstellbare unterschiedliche Vorbelastung der Hilfsdruckregler bestimmt du·. Mischungsverhältnis. Durch eine zusätzliche gleichsinnige Verstellmöglichkeit der Hilfsdruckregler wird die Gesamtmenge des Gemisches geregelt. Eine selbsttätige und sofortige Anpassung der Gemischmenge an wechselnde Entnahmen ist bei dieser bekannten Einrichtung nicht möglich. Die fell-
lende Druckkonstanz hinter den Staublenden maeht die Einhaltung des geforderten Gasgemisches bei wechselnden Entnahmemengen unmöglich (DE-PS 834016).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasgemischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-. Medizin- und Labortechnik anzugeben, die, von der Entnahmeseite gesteuert, auch bei wechselnden Gegendrücken und Entnahmemengen in jeder Betriebsphase sicher das eingestellte Gasgemisch liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der gemeinsamen Mischgasleitung durch einen Vordruckregler ein konstanter Druck gehalten wird und die Druckregler eine gemeinsame Steuerleitung, angesteuert vom Druck in der Mischgasleitung hinter dem Vordruckregler und vor den Druckreglern, besitzen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere liaiin. uaü mit dem koiiManicii Hiiiieidruck der Druckregler und dem konstanten Vordruck des Vordruckreglers die Regulierventile immer mit einer gleichen Druckdifferenz bei gleichem Druckwert beaufschlagt werden und damit ein in seiner Konzentration gleiches Gasgemisch gesichert ist. Die Druckwerte sind gleich, da sowohl die Druckregler als auch der Vordruckregler eine steile Druckregelkennlinie besitzen. Es ist damit in einfacher Weise eine genaue Einstellung und Einhaltung des gewünschten Gasgemisches, auch wenn die Komponenten mit ihren Anteilen weit auseinander liegen, möglich. Ein sich ändernder Gegendruck auf der Entnahmeseite bleibt durch den konstanten Druck in der gemeinsamen Mischgasleitung ohne Einfluß auf das Gasgemisch. Das immer gleiche Gasgemisch bleibt auch erhalten, wenn
1. die Entnahmemenge sich ändert und sogar ganz auf Null zurückgeht, oder
2. eine der Gaskomponenten nicht mehr in genügender Menge zur Verfügung steht.
Im ersten Fall steigt bei einer zu geringen Entnahme der Druck hinter dem Vordruckregler auf einen Wert an. mit dem iihe.r Hie gemeinsame Steuerleitune die Druckregler geschlossen werden. Im zweiten Fall schließen die Druckregler bei einem zu geringen Druck in einer der Komponentenleitungen. Die gemeinsame Steuerleitung stellt sicher, daß durch das gleiche Schließen der Druckregler auch kurz vor der Null-Entnahme keine Gasgemischänderung eintreten kann. Durch das Schließen in den Druckminderern selbst werden Toträume vermieden, die während der Öffnungs- und S-hliel3vorgänge Gasgemischänderungen verursachen könnten.
In Ausbildung der Erfindung enthält die gemeinsame Mischgasleitung einen Speicher mit einem vom Innendruck gesteuerten Druckschalter. Mit dieser A.usführung wird vor der Entnahmestelle ein Puffer geschaffen, mit dem eine zusätzliche Sicherheit in bezug auf eine genaue Gasmischung erreicht wird.
In weiterer Ausbildung sind in den Komponenten vor den Druckreglern Druckschalter eingeschaltet und die Druckschalter, in Reihe geschaltet, funktionell mit einem Schaltventil mit der gemeinsamen Steuerleitung verbunden. Die gemeinsame Steuerleitung kann zusätzlich an den Vordruckregler angeschlossen sein. Mit dem Schaltventil werden mit entsprechenden Werten aus den Druckschaitern die Druckregler in den Komponentenleitungen und bei zusätzlichem Anschluß auch der Vordruckregler geschlossen oder geöffnet. Dieser Aufbau ist einfach, funktionssicher und klar übersichtlich.
In einer einfachen Stcuerdruckversorgung ist die gemeinsame Steuerleitung an die Mischgasleitung angeschlossen und besitzt einen Druckregler. Der geringe Gasverbrauch aus der gemeinsamen Mischgasleitung ist unbedeutend, entscheidender ist die apparativ einfache Steuerdruckversorgung für die Steuerleitung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt schematisch dargestellt:
Fig. I die Gasmischvorrichtung für zwei Gaskomponenten.
Fig. 2 eine Hochdruckgasmischanlage für zwei Gase mit der Gasmischvorrichtung nach Fig. I.
In der Gasmischvorrichtung nach Fig. 1 strömen die zu mischenden beiden Gase über die Komponen-
UHU IV<.SIfatCIItlt~l I ICIIICIlUIIgCII 1, ie Ulli CtUI gll.lt~
Hinterdruck eingestellten Druckreglern 5, 6 und den folgenden Regulierventilen 7, 8 für die Einstellung des Mischungsverhältnisses nach Vereinigung bei 11 in der gemeinsamen Mischgasleitung 12,21 zum Verbraucher. Die Mischgasleitung 12 endet in dem Vordruckregler 13, der den Gasdruck in den Komponentenleitungtn 1, 2 hinter den Regulierventilen 7, 8 gleich und konstant hält. Hinter dem Vordruckregler 13 erweitert sich die Mischgasleitung 21 zu einer Mischstrecke, die als Speicher 17 ausgebildet ist. Vor der Vereinigung bei 11 enthalten die Komponentenleitungen 1. 2 je ein Rückschlagventil 9, 10.
Eine gemeinsame Steuerleit-ung 14 verbindet den Schaltmechanismus der Druckregler 5, 6 mit einer Steuerdruckquelle. Im vorliegenden Beispiel dient die gemeinsame Mischgasleitung 12, die von dem Vordruckregler 13 auf einem konstanten Druck gehalten wird, als Steuerdruckquelle. Der Steuerdruck wird in dem Druckregler 15 in eine für den Schaltmechanismus der Druckregler 5. 6 passende Höhe umgewandelt. Die Steuerleitung 14 und damit die Druckregler 5. 6 werden von dem Schaltventil 16 über die in Reihe geschalteten Druckschalter 18 am Speicher Π oder die Druckschalter 3, 4 in den Komponentenleitungen 1. 2 geöffnet oder geschlossen.
Die Regulierventile 7, 8 stellen durch eine gleiche Druckdifferenz bei gleichem Druckwert eine konstante Durchflußmenge der Komponentengase entsprechend dem eingestellten Gemisch sicher, da die Drücke, nämlich der Hinterdruck der Druckregler 5 6 und der Vordruck des Vordruckreglers 13, konstant gehalten werden.
Bei Änderung des Hinterdruckes des Vordruckreglers 13 in der Weise, daß der Vordruckregler 13 sein« Regelfunktion nicht mehr ausüben kann, also seiner Vordruck nicht mehr konstant hält, schaltet dei Druckschalter 18, damit werden über das Schaltventil 16 die Druckregler 5, 6 geschlossen.
Die Druckschalter 3, 4 schalten über das Schaltventil 16 die Druckregler 5, 6 ab, wenn der Druck in den Komponentenleitungen 1, 2 einen Minimumdruck, mit dem die Druckregler 5, 6 als Vordruck ihren Hinterdruck noch halten, unterschreitet. Die« kann z. B. erfolgen, wenn die Gaskomponenten au: einer Druckgasflasche entnommen werden und dies« kurz vor der Entleerung steht.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der erfindungsgemäßen Gasmischvorrichtung—sie trägt die Bezugszah SO — in einer Hochdruckgasmischanlage für zwei zi
mischende Gase. Pas Mischgas wird dabei in llochdruckspeicher, die dann z. B. als Ciasvorratsflaschen in Hcatmiingsgcriitcn verwendet werden, gefüllt. Die /u mischenden Gaskomponenten strömen aus den beiden Vorratsflaschen 19. 20 über Zuführungsleitum>en 22. 23. 30. 31 und den Speichern 32 bis 41 zu: Gasmischvorrichtung 50. Das Gasgemisch gelangt hinter der Gasmischvorrichtung 50 dann über die Leitung51 in den Hochdruckspeicher 58. Die Verdichter 26. 27 in den Zufiilirungsleiuingen 22. 23 gestatten eine weitere Füllung der Speicher 32. 33, 37, 38. auch wenn ein Minimumdruek in den Vorratsflaschen 19. 20 unterschritten wird. Damit ist es möglich, die Gase in den Vorratsflaschen 19. 20 optimal für den Misch- \organgzu verwenden. Mit dem Verdichter 54 in der
Leitung 51 kann der tiasdruck des Gemisches in dem Hochdruckspeicher 58 auf einen gewünschten Druck von z. B. 200 oder 300 bar erhöht werden. Mit den Ventilen 28, 29 und 55 werden die Überströmleitungen 30, 31, 56 geschlossen bzw. geöffnet, wenn die Verdichter 26, 27, 54 ein- bzw. ausgeschaltet werden. In die Speicherbatterien aus den Speichern 34. 35 bzw. 39, 40 kann mit den Verdichtern 26, 27 die jeweilige Gaskomponente gepumpt werden, während aus den Speichern 32. 33 bzw. 37. 38 Gas für den Mischvorgang entnommen wird. Das Umschalten der Speicherbatterien erfolgt über die Ventile 42 bis 49. Die Drucküberwachung in den Vorratsflaschen 19.20 und im Hochdruckspeichcr 58 erfolgt durch die Manometer 24. 25. 57.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik zum Herstellen von Gasgemischen mit definierten Mischungsverhältnissen aus in Druckbehältern oder Komponentenleitungen vorliegenden Gaskomponenten mit einstellbaren Druckreglern und Regulierventilen für die Einstellung der Mischungsverhältnisse und einer gemeinsamen Mischgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Mischgasleitung durch einen Vordruckregler (13) ein konstanter Druck gehalten wird und die Druckregler (5,6) eine gemeinsame Steuerleitung (14), angesteuert vom Druck in der Mischgasleitung (21) hinter dem Vordruckregler (13) und vor den Druckreglern (5, 6) besitzen.
2. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Mischgasleitung (21) einen Speicher (17) mit einem vom Innendruck gesteuerten Druckschalter (18) enthält.
3. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Komponentenleitungen (1,2) vor den Druckreglern (5, 6) Druckschalter (3, 4) eingeschaltet sind.
4. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschalter (18, 3, 4), in Reihe geschaltet, mit einem Schaltventil (16) mit der gemeinsamen Steuerleitung (14) funktionell verbunden sind.
5. Gasmischvorrichtung nacf- Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Steuerleitung(14) zusätzlich an <' in Vordruckregler (13) angeschlossen ist.
6. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Steuerleitung (14) an die Mischgasleitung (12) angeschlossen ist und einen Druckregler (15) besitzt.
DE2553165A 1975-11-27 1975-11-27 Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik k Expired DE2553165C3 (de)

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