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Anlage zur Herstellung von Füllelementen mit grosser
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Austauschfläche aus Kunststoff mit dünnen aber steifen Wänden für
biologische Tropfkörper-Kläranlagen und die so hergestellten Füllelemente.
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Die üblicherweise verwendeten Füllelemente, Raschig-Ringe, Berl-Sättel
u.a. sind bekannt; sie waren Trumpf bei allen chemischen Anlagen zur Behandlung
von Flüssigkeiten und Gasen, um eine Reinigung oder chemische Reaktion oder andere
Austausch vorgänge mit Oberflächen- oder Tiefenwirkung zu erreichen.
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Diese herkömmlichen und standardisierten Elemente haben jedoch einige
Nachteile durch ihr Gewicht, ihre Dicke, den Mangel an Einheitlichkeit, der freien
Durchgänge und viele andere mehr, die eine sorgfältige Prüfung des Problems aufgedeckt
hat.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Gestaltung und einen
neuen Typ eines Füllelements, um die beklagten Nachteile,
d.h. nachteiligen
Auswirkungen auf den Betrieb, abzuschaffen.
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Dieses neue Element ist in Kunststoff mit dünnen satinierten Wänden,
ausgeführt und eignet sich ausgezeichnet zur Bildung auf den Oberflächen von Aerub-Bakterien-K'jlonien,
die an der biologischen Reinigung von flüssigen Stoffen mitwirken und dic nötige
intensive und fortdauernde Sauerstoffaufnahme gewährleisten.
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Diese Eharakteristiken genügen aber nicht, um die ausserordentliche
notwendige Austauschfläche zu schaffen, die durch eine besondere originelle sphäroidische
oder polyedrische Gestaltung erreicht werden konnte, in der Art einer Floreal-Kugel,
zu einen Körper gefuegt aus einer Mehrzahl von tubolaren Kegelstümpfen, d.h.
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mit offenen Grundflächen, deren grössere nach aussen gerichtet sind,
die kleineren nach innen, zur Mitte des Fülkörpers, wo sich ein nach der Peripherie
hin offener Raum bildet, der den kontinuierlichen Durchgang der Flüssigkeit sowohl
abwärts als aufwärts garantiert; diese Tubolarkegel sind untereinander längs einiger
Kontakterzueugender so verschweisst, dass sie einen Stern kegelig ausgesenkter Trichter
bilden, die den freien zentrifugalen und/oder zentripetalen Durchgang der Flüssigkeit
in verschiedenen Geschwindigkeiten während der Behandlung gestatten, denn die von
den Kegeln gebildeten Trichterräume (im dargestellten Beispiel acht Stück, doch
können es auch mehr oder weniger sein, verengen sich nach unten in der oberen hälfte
des Elements, während sie sich in der unteren hälfte verbreitern, wodurch für die
absteigende Flüssigkeit in der ersten Teilstrecke eine Verlangsamung und eine Beschleunigung
in der zweiten eintritt, was zu ausgezeichneter Vermischung und einer natürlichen
selbsttätigen Durchwirbelung der behandelten Flüssigkeit
führt.
Das Füllelement stellt sich wie eine sehr leichte, dabei steife Floreal-Kugel dar,
die formbeständig ist unter dcr normalen vorberechneten Belastung für eine normale
Stärke einer Tropf körper- oder biologischen Turm-Kläranlage oder Reaktionsanlage.
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Die neue und eigenartige Gestaltung dieses Elements erforderte jedoch
einen besonderen Extruder für die Serienfertigung, was im folgenden als nicht begrenzendes
Beispiel beschrieben und dargestellt wird, denn viele andere Strukturen können aus
dem richtunggebenden Begriff dieser Erfindung und dem darauf beruhenden Extruder
entwickelt werden Die geometrische Struktur der Elemente für Füllung und biologischen
Austausch wurde so ausgearbeitet und ausgelegt, dass die grösstmögliche Oberfläche
für den biologischen Prozess erreicht wurde, für den die Elemente besonders bestinunt
sind.
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Diese Struktur hat in jeder Position kurze eberie Strecken, s()dd,,
eine wiederholte Anderung des Flusses sowohl der au?-steigc.ndcn als der absteigenden
Flüssigkeit hervorgerufen und eine fraktionierte und fortwährende Neuverteilung
derselben erreicht wird, wodurch die Sauerstoffaufnahme und die Benetzung der Bioflora
aufs höchste gefördert werden.
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Diese Betriebsbedingung wird dadurch verstärkt, dass das freie Volumen
96% der festen Masse beträgt; dies ermöglicht die Gegenwart einer ausserordentlich
grossen Menge Luft oder anderer Gase zur Sauerstoffaufnahme oder andern Reaktionen.
Das Gefüge
dieses Elements schliesst Vorzugswege und Zwang@durchflüsse
der flüssigen oder der Gasphase aus, denn der mittige IuhJraun d-Elements und die
gewölbten Wände der offenen Kegel, die einander tangential berühren, verhindern
die Bildung von Blindräumen, in denen ein Stau erfolgen könnte.
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Das Element ist im Spritzgussverfahren aus Polyolefin-Polymeren mit
ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, mit Kriechfestigkeit und vollkonmener
Stabilisierung auch bei langer Bewitterung ausgeführt; es kann mit Heisswasser oder
Dampf beaufschlagt werden, ohne Verformungen zu erleiden.
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Die Beförderung und Montage der Elemente sind einfach dank der Verpackung
in Säcken von rd. 1/7 m3.
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Die Strukturmerkmale eines Elements, beruhend auf Versuchsergehnissen,
stellen sich wie folgt dar: - Sphärische oder sphäroidische Gestaltung mit Durchme@
40 und 100 mi.
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- Bespülte Nutzfläche 132 m2/m3 bei Durchmesser 70 m - Gewicht rd.
38 kg/m3, spezifisches Gewicht 0,306.
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- Stück je m3: zwischen 4000 und 5000 ca.
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- Freies Volumen 96%.
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- Werkstoff: Polyolefin-Polymere, welche die Ausführung dünner aber
sehr steifer und widerstandsfähiger Wände mit satinierter Oberfläche gestatten.
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- Dauerbetriebstemperatur: 400 bis + 1100C.
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- Belastete Abbeugungstemperatur (HDT bei 4,6 kg/cm2): 142 C.
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- Verhalten mit schwachen Säuren: zeitlich unbegreuzt beständig.
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- Verhalten mit starken Säurent langfristige Beständigkeit.
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- Verhalten mit organischen Lösemitteln: löslich , im Beisein von
warmen Chlorid-Lösemitteln.
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- Verhalten mit Alkalien : betändig.
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- Stabilisiert gegen UVStt'ahlen.
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- Hygroskopizität bei 23°C (DIN 534/2) 0,042 - Rockwell-Haerte (ASTM
D /85/B- ): 50.
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- Verwendung in Tropfkörperanlagen mit organischer Ladung eis zu 15
kg BSB/m3.d.
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Festigkeit und geringes Gewicht der Elemente ermögfichten einen schnelle
und problemlose Füllung der Becker: dus der Säcken. Es wurde auch festgestellt,
dass die Masse auch nach langen Betriebszeiten umgerührt oder sogar herausgenommen
und kurztristig wieder eingesetzt werden konnte.
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Die erfindungsgemäss ausgeführten Füllelemente naben die geringste
Dichte gegenüeber den gegenwärtigen Filtrierl örpern uiid das grösste Verhältnis
Oberfläche - Gewicht.
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In den Tropfkörperanlagers war die Stückigkeit desFüllmaterial oft
ein umstrittener Punkt, denn einerseits wollte nidn über ir1' möglichst grosse aktive
Kontaktfläche verfügen, andererseits aber über grösstes freies Volumen für eine
wirksarre Belüftung, d.h. Sauerstoffaufnahme, selbst bei begrenzten Temperaturgefälle
zwischen Schwarzwasser und Umgebung.
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Aufgrund des letzten technologischen Standes der USA verwerdet man
derzeit Stücke zwischen 6 und 10 cm Durchmesser, Besondare Aufmerksamkeit hat man
auf die am biologischen Vorrang beteiligte Oberfläche gerichtet, um die grundlegenden
Keongrössen zu verbessern: Gewicht und Stärke der Bakterienflora, ihre Haftung,
Verhältnis zwischen der Menge der Flora und zulässiger Menge von organischem Schwarzwasser,
Behandlungszeiten, hydraulische Belastung, Sauerstoffbedarf, Befeuchtungsgeschwindigkeit
bei verschiedenen Temperaturen.
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Die satinierte Oberfläche der Elemente geiläss vorliegender Erfindung
begünstigt die anfängliche Verankerung besonders während der Bildung der biologischen
Schicht, die meist Stärken von einigen Zehntel-Millimetern erreicht. Ber Ubergang
des Luftsauerstoffes auf die Zel lirienibran hängt von der Starke des sie bedeckenden
Wasserschleiers ab; der Austausch ertolgt schnell, wenn der Wasserschleier nahezu
molekular ist, erfolgt nicht bei dessen Fehlen und nur sehr langsam und ungenügend
hei höheren Stärken.
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Die hohe Leistung der Füllelemente, die rilit dem Lxtruder hergestellt
sind, der ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist, beruht auf der Ausdehnung der
von der organischen Flüssigkeit bespilten Nutzfläche und auf der gewölbten Ausführung
der Wände, die ausserdem so geneigt sind, dass sie den fortdauernden gleict.iiC.
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sigen Tropfvorgang bei der berechneten Geschwindigkeit ermöglichen,
welche die aerobe Wirkung gewährlsßistet, jedoch jede Bildung von Vorzugswegen bei
grösserer Geschwindigkeit
oder die Entstehung toter Zonen mit fehlender
Sa uers to fl dufnhanlc verhindern.
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Die Spritzgussvorrichtung, welche die Herstellung der Fülleiemente
aufgrund der Erfindung ermöglicilt, hat folgende Merkmale: Zwe-i parallel gegenüberliegende
Mehrfachkopfstücke, von denen mindestens eins sich selbst gegenüber parallel verstellbar
ist bis zur Paarung mit dem andern, um die beiden Formräume für die Einspritzung
zu vereinigen; diese Formräume sind als Labyrinth in halbkugelförmigem Strahlenkranz
ausgeführt und müssen zusammen die Floreal-Kugel des fertigen Elements ergeben ririt
seinem mittigen nach aussen hin offenen Hohlraum; in mindestens einem Kopfstück
(vorzugsweise in dem verstellbaren) sind vorgesehe: Formen in Teilstücken (Sektionen),
axial beweglicir, zur Gleiten auf den nach aussen geneigten Flächen einer äusseren
festen Buchse; Einspritzdüsen, die hei der Paarung der beiden Kopfstücke in Betrieb
gesetzt werden; Mittel zur Zurückfaiir--eri des beweglichen Kopfstückes sofort nach
der Einspritzung, wobei das bewegliche Kopfstück die bereits erstarrte und mit der
Elementhälfte des beweglichen Kopfstückes einteilig gewordene Elementhälfte aus
dem festen Kopfstück mitninunt; Mittel, die auf die Rueckwand der beweglichen Form
wirken, um die Teilstücke derselben herauszudrücken; diesen öffnen sich radial und
stossen die fertige Florealkugel aus.
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Die bei geschlossenen Zeichnungen zeigen: Abb. 1 und 2, zwei um 00"
zueinander verschobene Anischten des erfindungsgemässen Elementes BF (FIorealkugel)
als nicht beschränkendes Vorzugsbeispiel,
Abb. 3 in hleinerem Masstab
eine Schnittansicht des aktiver' Extruderteils, der eine schnelle, mehrfache und
einwandfreie Herstellung ermöglicht in der Stellung, in der das Element BF gebildet
wird, Abb. 4, die gleiche Darstellung wie Abb. 2; der zinken bewegliche Extruderteil
hat sictI vor rechten Teil entfernt, nach'dem die Schmelze eingespritzt und in der
Form erkaltet ist, sodass die Hälfte der Kugel BF der reclterr Form herausgezogen
werden kann, Abb. 5 im gleichen Masstab die weiten Verschiebung des linken Teiles
mit Ausstoss der Form-Teilstücke (Sektionen), wobei die Kugel BF in einen unterhalb
angeordneten Auffangkorb Fällt.
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Abb. 6 im gleichen Schnitt wie Ahh. 3 in vergrö sertem Mas@tah rrtin
besseren Verständnis.
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Wie angedeutet, besteht die Mascti i ne aus zwei i Kopistücken, 1(1
und 1£) parallel gegenüberliegend, von denen mindestens eins (im Beispiel das linke
10) zu sich selbst parallel verstellbar ist und sich zum Zeitpunkt des Ausstosses
des Fertigen Produkts vuri 10' entfernen kann, um den Platz für diesen letzten Vorgang
freizugeben.
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Nachdem das fertige Produkt in den Auffangkorb gefallen ist, fährt
10 wieder in die Kupplungsstellung und eine neue Einspritzung kann beginnen. Jedes
Kopfstück 10 und 10' besitzt einen Formteil 12 bzw. 12'. Im vorliegenden Fall besitzen
die beiden Kopfstücke je eine Formhälfte, da es sich um einen symmetrisch kugelförmi-en
Körper handelt; die beiden Formhälften sind jedoch verschieden in
der
Gestaltung der Labyrinth-Schlitze 11, 11', in denen sich die dünnen gewundenen Wände
des küllelements bilden collen, ritt dem Ergebni. einer völlig eigenartigen urid
neuen 1 lorealkugel, wie sie in den Vorderansichten 1 und 2 erscheint. Die Einspritzschlitze
11, 11', die die Sitze der Wände 21 des Elements BF der Abb.l und 2 bilden sind
teils in Formhälfte 12 des Kopfstückes lu, teils in Fonnlräifte 12' des andern Kopfstückes
1D' verteilt.
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Im dargestellten Beispiel ist 10 das bewegliche Kopfstück, enthaltend:
die Formhälfte 12, 13, die Düse 14 für Lirispritzung in die Schlitze 11, versehen
eiit den Schutzmantel 15 und der fest am Kopfstück 10 liegenden Buchse 16, an welcher
die Teilstücken (Sektionen) 13a, 13b, 13c, 13d gehildete FU! ilite 12 nach aussen
gleiten kann, um sich radial Ztr öffnen und da' kugelförmige Produkt BF herausfallen
zu lassen, Sewehl die zu öffnende Formhälfte 13, als die feste 1@', sind mit Kühlkandien
17 versehen, die bei Düsen 18, 18' enden; der kühlstranl sorgt für schnelle Erstarrung
der eingespritzten Schmelze und raschen Abschiuss des Fer'Ligungsvorgangs.
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Mit 19 sind die Gleitlinien der Teilstücke 13a - 13d der Famhälfte
13 auf der Kontaktfläche mit der sie umgebenden Buchse 16 angegeben Die Teilstücke
13a - 13d können zu einen vorgewählteri Zeitpunkt ausgestossen werden durch Federn
20, die gegen deren Rückwand anliegen und zum Zeitpunkt des Ausstossens durch ein
Zeitgerät ausgelöst werden; diese Federn können auch durch pneumatische, elektrische
oder elektronische von einem
Programmiergerät ausgelöste Vurrichtungen
ersetzt werden.
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Die beiden Kopfstücke 10 und 10' können aus verschiedenen, dur.
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Schraubenbolzen (22, 22') verbundene Feine -gebaut @ sein; iip können
eine beliebige Anzahl Formhälften 12-13 an ihren auleinen derpassenden Stirnseiten
enthalten, sodass mehrere P@@@@akte der eigens ausgearbeiteten und berechneten Aus
führ ung ausgestossen werden können, damit das Füllelement BF ririt dünnen satinierten
Wänden 21 und mittigerir nach aussen in Verhirldurll; stehendem Hohlraum 23 dank
einer Vielzahl von kegelig ausgeserlkten Gängen 24 mit welligen Wänden im Innern
einer Iropfkörperanlage zur biologischen Klärung, die aus besagten Elementen BF
in loser Häufung gebildet ist eine fortwährende Bewegung des infolge ständiger Anderung
der lokalen Geschwindigkeiten durch fortwährende Veränderung der Durchlaufsektionen
beim Passieren der gewellt-wandigen Kegel eines jeden Elements verwirbelten materials
bewirkt. Das beschriebene Element BF ist auch dadurch gekennzeichnet, dass alle
seine Oberflächen sphärisch gewunden sind, sodass auch ein mengenmäs@ig geringer
Stau irgemdeiner flüssigen Phase verhindert wird.
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Diese flüssige Phase, die auch biologisch zu behandeindes Senwerz
wasser sein kann oder eine Lösung, der das Lösemittel entzogen.
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werden soll, erfordert in allen Verfahren eine schnelle idld vollständige
Entleerung aus der Anlage.
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Die Struktur des einzelnen Elements, gesamt betrachtet in einer einen
Turm füllenden hasse, schafft einen labyrinth-änlichen
Zwangs verlauf
der flüssigen Phase und erhöht so die Kontaktdauer; (z.B. in einem Reaktionsturm
für zwei flüssige Phasen oder für eine flüssige und eine Gasphase) und sichert so
eine fast vollständige Nutzung der verfügbaren Oberfläche. Uie kaschig Ringe oder
"Berl-Sättel", verwendet als übliche Füllkörper in chemischen und/oder petrolchenlischen
Anlagen, haben einen @utteil ihrer Oberfläche in senkrechter, daher paralleler stellung
zurir Fluss, was einer geringen Ausnutzung der Oberfläche entsprient. Das Element
BF mit seinen halbkugelförmigen Öberflächen stellt diesen Nachteil weitgehend ab.
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Die Mittenöffnung 23, die als Förderer des von den gewellten Wänden
kommenden flüssigen Stoffes dienen kann, bewirkt zugleich eine Neuverteilung. Der
Weg einer flüssigen Phase längs des Turmes verlängert sich demnach erheblich, sowie
auch die Kontakt-Dauer für eine Reaktion oder Entziehung.
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Diese Besonderheiten finden erfolgreiche Anwendung auch bei Verfahren
wie Gaswäsche, C02 -Abscheidung, Geruchentfernung, Kühlung, sowie in Entstaubungstürmen
und Türmen für die Reinigring von Stadt- urrd Industriewasser. Alle herkömmliche
Füllkörper haben in ziemliel reichlichem Masse Flächen gegenseitiger Berührung,
was nicht nur den Anteil der für die Reaktion nutzbaren Fläche mindert, nondern
auch die Bildung toter Zonen hervorruft. Dagegen können sich Llemente BF bei Beruerung
nicht gegenseitig verklemmen, denn die Beränrung erfolgt in Punkten, nicht in Ebenen
oder Linien; der Erfolg i.t eine bessere Honeogenisierung urid bessere synergische
Wirkung ei der Reaktion.
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Die sphäroiden Elemente BE können mit grossem Vorteil die Überdruck-Hohl
kugeln ersetzen, die gewönlich einen beweglichen deckel darstellen in den Becken,
wo Verdunstung an der Oberfläche oder Wärmeverlust vermieden werden soll; da sie
leichter .,irid als Wasser (sp.Gew. 1), können sie die Wasseroberfläche von Staubecken
schützen und - in schwarz ausgeführt - die Algenbildung verhindern.
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Das geringe Gewicht in Bezug auf die grosse nutzbare uberfläche gestattet
eine Verringerung dei Abmessungen des Tririris mit offenen kundigen Vorteilen.
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Die verwendeten Werkstoffe (meist Polyolefin-Polymere) können duch
verschäumt oder hal b-versliäumt sein, Wodurch die Ui chte herabgesetzt und die
Schwinmfähigkeit erhöht wird In diesem Fall kann der BF-Körper erfolgreiche Verwendung
finden in den Türmen mit Fliessbett anstatt der Kugeln, da er diesen gegenüber eine
erheblich grössere Oberfläche zugunsten des Prozesses besitzt und eine grössere
Expositionsfläche gegenüber dem mitziehenden Gas.
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Keines der bisher üblichen Füllelement hat je ein so neues und glänzendes
Ergebnis mit sparsamen aber äusserst wirksamen Mitteilen erreicht. Natürlich können
die als Beispiel dargestellten Elemente aus acht gewelltwandigen Kegeln in radialer
Anordnung ii Raum usgehend von mittiger Offnung durch ähnliche Elemente ersetzt
werden mit mehr oder weniger Kegeln, wie auch die Abirressungn
und
die Form der äusseren Oberfläche der Umhüllung geändert werden Zonen.
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