EP0025414B1 - Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung - Google Patents

Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung Download PDF

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EP0025414B1
EP0025414B1 EP80810281A EP80810281A EP0025414B1 EP 0025414 B1 EP0025414 B1 EP 0025414B1 EP 80810281 A EP80810281 A EP 80810281A EP 80810281 A EP80810281 A EP 80810281A EP 0025414 B1 EP0025414 B1 EP 0025414B1
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EP
European Patent Office
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storage bin
alumina
small container
container
crust
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EP80810281A
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Hans Friedli
Erwin Arnold
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Alcan Holdings Switzerland AG
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Schweizerische Aluminium AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking

Definitions

  • the present invention relates to a storage bunker containing alumina and auxiliary substances for an impact device for breaking the solidified crust of an electrolysis furnace, in particular for the production of aluminum.
  • the cell is usually operated periodically in normal operation, even if there is no anode effect.
  • the bath crust has to be hammered in and the alumina concentration increased by adding new aluminum oxide, which corresponds to cell operation.
  • the known storage bunkers or alumina silos arranged on the electrolysis furnaces are designed in the form of funnels or containers with a funnel-shaped lower part.
  • the contents of the container (s) placed on the oven generally cover 1-2 times the daily requirement.
  • DE-AI-2 222 047 describes a mixing silo, in particular for plastic chips.
  • the silo is divided into larger and smaller containers by means of fixed vertical side walls. Pipelines can be connected under the silo compartments, in particular four containers of different sizes are disclosed.
  • the inventors have set themselves the task of providing a storage bunker for a wrapping device for breaking the solidified crust of an electrolysis furnace, which allows the supply of auxiliary materials in a closed material flow, which is not delayed, without significant additional costs.
  • the object is achieved according to the invention in that the partition between the large and small container can be raised, and one Dosing device and a common outlet pipe leading to the impact point in the crust are provided.
  • an end of a delivery line for the supply of alumina or auxiliary means, provided with several outlet connections, is arranged in the upper region of a storage bunker provided with a cover plate.
  • the small container for the auxiliary materials is located directly under the last outlet connection of the alumina tube.
  • Diverter or shut-off devices are provided in the branch of the outlet nozzle or in the outlet nozzle.
  • pipe sections with compressed air delivery and branches thereof are particularly suitable, as described in EU-A1-0026735.
  • at least some of the bypass or shut-off devices in the delivery line can be replaced by those in the compressed air line.
  • the volume of the small container is preferably between 0.5 and 25% by volume, preferably 5-20% by volume, of the total volume of the storage bunker.
  • the large and the small containers are separated by an approximately vertically arranged, pull-up, flat partition which can be removed.
  • the process is controlled by a central EDP system, which also triggers and controls the supply of auxiliary materials, preferably into the pressure vessel, which is also used for the alumina feed.
  • auxiliary materials preferably into the pressure vessel, which is also used for the alumina feed.
  • the auxiliaries can also be placed in a substantially smaller pressure container which opens into the feed line for the alumina.
  • auxiliaries are more soluble in the molten electrolyte if they are not added exclusively as such, but mixed with alumina, for example 2 parts of adjuvant and 1 part of alumina.
  • Fig. 1 is a storage bunker 10 with a large container 12 for the clay and a small container 14 for the auxiliary materials, such as. B. cryolite, aluminum fluoride and ground river crusts, shown.
  • the two containers are separated by a vertically arranged, flat partition 16.
  • the closing slide 20, which delimits the storage bunker downwards, can be formed in one or two parts.
  • a closing slide 20, which is divided into two in the plane of the partition 16, can be used as a mixing element by pulling out the two slide halves to different extents, depending on the desired proportion.
  • This metering device is designed, for example, according to an embodiment described in DE-OS 2914238 as an alumina drawer.
  • the ejected material falls over the lower oblique part of the outlet pipe onto the point of the crust pierced by the chisel.
  • one end of the delivery line 30 is drawn from the pressure container to the storage bunker 10.
  • the outlet ports 34 of this end piece all open into the large container 12 for the alumina.
  • the other end piece lying on the same horizontal level, which opens out into the small container 14 via the outlet connection 32, is drawn in FIG. 2, where the tube piece ending above the large container is omitted.
  • the aluminum bunker 10 shown in FIG. 2 differs from FIG. 1, also with regard to the supply and flow of alumina or auxiliary materials, only in that it is subdivided into a large container 12 and a small container 14. This small container is delimited by a tube wall 18.
  • the last outlet connection 32 of the delivery line 30 is arranged above the tubular container 14.
  • An optionally to be set mixing ratio between alumina and auxiliary materials can be achieved not only with a two-part closing slide 20, but also by lifting the pipe 14.
  • the gate valve 20 is set such that only alumina flows out of the small container.
  • the pipe section for the alumina with the outlet connection 34 is closed, the auxiliary materials required are introduced into the pressure container and guided into the small container 14 via the delivery line 30 and the outlet connection 32.
  • the closing slide 20 is open for this small container, the auxiliary materials, optionally with a portion of alumina, are passed into the flow via the metering device 24 and the outlet pipe 26.
  • this method is only useful if the volume of the small container is small compared to the total volume of the storage bunker, because otherwise too much time may elapse before emptying.
  • the outlet connection 32 or the inlet opening in the small container 14 can therefore be closed, so that all the alumina is led into the large container 12.
  • the small container 14 remains empty and can be used at any time for the rapid supply of auxiliary materials to the bathroom.
  • the bevelled container wall 28 must at least correspond to the cone angle of the poorest flowing material.
  • the process steps for supplying alumina and auxiliary materials, for adjusting the closing slide 20 and for actuating the metering device 24 are preferably triggered and controlled by means of a central computer system.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tonerde und Hilfsstoffe enthaltenden Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium.
  • Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionnellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C02 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-970 °C statt.
  • Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es plötzlich zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4-4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.
  • Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.
  • Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stösst auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolyseöfen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Oefen erfolgt.
  • In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem « Point-Feeder »-Prinzip oder nicht kontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonerde angeordnet. Entsprechendes gilt für die von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der Elektrolyseöfen (DE-Patent Nr. 27 31 908).
  • Die bekannten auf den Elektrolyseöfen angeordneten Vorratsbunker bzw. Tonerdesilos sind in Form von Trichtern oder Behältern mit einem trichterförmigen Unterteil ausgebildet. Der Inhalt des oder der auf dem Ofen angeordneten Behälter(s) deckt im allgemeinen einen 1-2 fachen Tagesbedarf.
  • Während des Elektrolyseprozesses verarmt der schmelzflüssige Elektrolyt nicht nur an Tonerde, sondern auch an Hilfsstoffen, beispielsweise Kryolith und/oder Aluminiumfluorid, d. h. Flussmitteln. In diesem Falle sind drei Arten bekannt, dem Bad die benötigten Hilfsstoffe zuzuführen :
    • - Die Ofenkapselung wird geöffnet und die Hilfsstoffe werden beim Einschlagen der Kruste, manuell oder mit mobilen Bedienungsvorrichtungen zugeführt (DE-OS 2510400).
    • - Die Hilfsstoffe werden über die Förderleitung für die Tonerde in den Vorratsbunker geführt (US-PS 3 714 002).
    • - Die Hilfsstoffe werden in einer separaten Förderleitung einem über dem Schlagmeissel liegenden hohlen Gehäuse zugeführt, von wo sie in das Bad gelangen können (DE-AS 2 135 485).
  • Alle bekannten Ausführungsformen für die Zugabe von Hilfsstoffen weisen jedoch Nachteile auf :
    • - Jedes zusätzliche Oeffnen der Ofenkapselung belastet die Hallenatmosphäre und bedeutet daher eine Verschlechterung der Arbeitsplatzhygiene.
    • - Werden die Hilfsstoffe in einem geschlossenen System in einen Vorratsbunker geschüttet, so kann es bis zu einem Tag oder länger dauern, bis sie dem Bad zugeführt werden. Ein optimaler Ofengang ist nicht mehr gewährleistet.
    • - Die Anordnung von separaten Förderleitungen, Druckbehältern, Dosiergeräten und Ausläufen bedingt einen bedeutenden finaziellen und technischen Mehraufwand.
  • In der DE-AI-2 222 047 wird ein Mischsilo, insbesondere für Kunststoffschnitzel, beschrieben. Durch fest montierte vertikale Seitenwände wird der Silo in grössere und kleinere Behälter unterteilt. Unter den Siloabteilen, insbesondere sind vier unterschiedlich grosse Behälter offenbart, können Rohrleitungen angeschlossen sein.
  • Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, welcher ohne wesentliche Mehrkosten ein zeitlich nicht verzögertes Zuführen von Hilfsstoffen in geschlossenem Materialfluss erlaubt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Scheidewand zwischen grossem und kleinem Behälter hochziehbar ist, und eine Dosiervorrichtung sowie ein gemeinsames, zur Einschlagstelle in der Kruste führendes Auslaufrohr vorgesehen sind.
  • Zweckmässig verzweigt sich die vom Druckbehälter mit Tonerde und/oder Hilfsstoffen gespiesene Förderleitung kurz vor dem oder unmittelbar nach dem Eintritt in einen mit einem Deckblech versehenen Vorratsbunker. Ein Ende der verzweigten Förderleitung befindet sich über dem grossen Behälter für die Tonerde und ist mit mehreren Auslassstutzen versehen. Die andere Verzweigung der Förderleitung endet über dem kleinen Behälter für die Hilfsstoffe und ist, je nach Dimension dieses kleinen Behälters, mit einem oder mehreren Auslassstutzen versehen. Die beiden Endstücke der Förderleitung liegen vorzugsweise auf einer Horizontalebene. In der Verzweigung oder kurz nachher sind geeignete Umleitungs- bzw. Absperrorgane vorgesehen, welche folgende Fördermöglichkeiten erlauben :
    • - Das Fördergut fliesst durch beide Endstücke in beide Behälter
    • - Das Fördergut fliesst durch ein Endstück in den grossen oder in den kleinen Behälter
    • - Beide Endstücke sind für das Fördergut abgeschlossen.
  • Nach einer anderen Variante der Erfindung ist im oberen Bereich eines mit einem Deckblech versehenen Vorratsbunkers ein mit mehreren Auslassstutzen versehenes Ende einer Förderleitung für die Zufuhr von Tonerde bzw. Hilfsmitteln angeordnet. Der kleine Behälter für die Hilfsstoffe liegt direkt unter dem in Förderrichtung letzen Auslassstutzen des Förderrohres für die Tonerde. In der Abzweigung der Auslassstutzen oder in den Auslassstutzen sind Umleitungs- bzw. Absperrorgane vorgesehen.
  • Besonders geeignet ist in allen Varianten der Einsatz von Rohrstücken mit Druckluftförderung und Verzweigungen davon, wie in der EU-A1-0026735 beschrieben. In diesem Fall kann mindestens ein Teil der Umleitungs- bzw. Absperrorgane in der Förderleitung durch solche in der Druckluftleitung ersetzt werden.
  • Das Volumen des kleinen Behälters liegt bevorzugt zwischen 0,5 und 25 Vol.-%, vorzugsweise 5-20 Vol.-%, des Gesamtvolumens des Vorratsbunkers.
  • Nach einer ersten Ausführungsvariante des Vorratsbunkers sind der grosse und der kleine Behälter durch eine ungefähr vertikal angeordnete, hochziehbare, ebene Scheidewand, welche entfernt werden kann, getrennt.
  • Nach einer zweiten Ausführungsvariante ist der kleine Behälter rohrförmig ausgebildet. Dieser rohrförmige Behälter kann, vertikal oder leicht schräg, in den Vorratsbunker gestellt werden. Er hat die folgenden Vorteile :
    • - ortsunabhängige Anordnung im Silo
    • - bessere Raumausnützung
    • - in der Höhe verstellbar, das Mischverhältnis kann durch Hochziehen des Rohres eingestellt werden.
  • Die Prozesssteuerung erfolgt durch eine zentrale EDV-Anlage, welche auch die Zufuhr der Hilfsstoffe, vorzugsweise in den ebenfalls für die Tonerdebeschickung verwendeten Druckbehälter, auslöst und steuert. Die Hilfsstoffe können jedoch auch in einen wesentlich kleineren, in die Förderleitung für die Tonerde mündenden Druckbehälter gegeben werden.
  • Die Hilfsstoffe sind im schmelzflüssigen Elektrolyten besser löslich, wenn sie nicht ausschliesslich als solche, sondern vermischt mit Tonerde zugegeben werden, beispielsweise 2 Teile Hilfsstoff und 1 Teil Tonerde.
  • Beispiele von erfindungsgemässen Ausführungsformen werden anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen :
    • Figur 1 eine Ansicht einer Beschickungsvorrichtung mit vertikaler, ebener Scheidewand im Vorratsbunker
    • Figur 2 eine Ansicht einer Beschickungsvorrichtung mit rohrförmigem kleinem Behälter im Vorratsbunker.
  • In Fig. 1 ist ein Vorratsbunker 10 mit einem grossen Behälter 12 für die Tonerde und einem kleinen Behälter 14 für die Hilfsstoffe, wie z. B. Kryolith, Aluminiumfluorid und gemahlene Flusskrusten, dargestellt. Die beiden Behälter sind durch eine vertikal angeordnete, ebene Scheidewand 16 getrennt. Der den Vorratsbunker nach unten begrenzende Abschlussschieber 20 kann ein- oder zweiteilig ausgebildet sein. Ein in der Ebene der Scheidewand 16 zweigeteilter Abschlussschieber 20 kann als Mischorgan eingesetzt werden, indem die beiden Schieberhälften je nach gewünschtem Anteil verschieden weit herausgezogen werden.
  • An der Unterseite des Vorratsbunkers ist ein Flansch 22 ausgebildet, welcher mit der Dosiervorrichtung 24 verbunden ist. Diese Dosiervorrichtung ist beispielsweise nach einer in der DE-OS 2914238 beschriebenen Ausführungsform als Tonerdeschublade ausgebildet. In einem begrenzten Dosierraum wird durch ein Kolbensystem pro Hub eine bestimmte Menge Tonerde bzw. Hilfsstoff, z. B. 1 kg, in das Auslaufrohr 26 gestossen. Ueber den unteren schrägen Teil des Auslaufrohrs fällt das ausgestossene Material auf die vom Meissel durchstossene Stelle der Kruste.
  • Im oberen Teil des Vorratsbunkers ist ein Ende der Förderleitung 30 vom Druckbehälter zum Vorratsbunker 10 gezeichnet. Die Auslassstutzen 34 dieses Endstücks münden alle in den grossen Behälter 12 für die Tonerde. Das andere, auf derselben Horizontalebende liegende Endstück, das über den Auslassstutzen 32 in den kleinen Behälter 14 mündet, ist in Fig. 2 gezeichnet, wo das über dem grossen Behälter endende Rohrstück weggelassen ist.
  • Der in Fig. 2 dargestellte Tonerdebunker 10 unterscheidet sich, auch in bezug auf die Zufuhr und den Wegfluss von Tonerde bzw. Hilfsstoffen, von Fig. 1 lediglich durch die anders gestaltete Unterteilung in einen grossen Behälter 12 und einen kleinen Behälter 14. Dieser kleine Behälter ist durch eine Rohrwandung 18 abgegrenzt. Der letzte Auslassstutzen 32 der Förderleitung 30 ist oberhalb des rohrförmigen Behälters 14 angeordnet. Ein gegebenenfalls einzustellendes Mischverhältnis zwischen Tonerde und Hilfsstoffen kann nicht nur mit einem zweiteiligen Abschlussschieber 20, sondern auch durch Anheben des Rohres 14 erreicht werden.
  • Ist der Elektrolyt an Hilfsstoffen verarmt und z. B. alkalisch oder zu sauer geworden, und beide Behälter mit Tonerde gefüllt, so wird der Abschlussschieber 20 derart eingestellt, dass nur Tonerde aus dem kleinen Behälter ausfliesst. Das Rohrstück für die Tonerde mit den Auslassstutzen 34 wird verschlossen, die benötigten Hilfsstoffe in den Druckbehälter eingeführt und über die Förderleitung 30 und den Auslassstutzen 32 in den kleinen Behälter 14 geführt. Bei für diesen kleinen Behälter geöffnetem Abschlussschieber 20 werden die Hilfsstoffe, gegebenenfalls mit einem Anteil Tonerde, über die Dosiervorrichtung 24 und das Auslaufrohr 26 in den Fluss geleitet. Dieses Verfahren ist jedoch nur zweckmässig, wenn das Volumen des kleinen Behälters, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Vorratbunkers, klein ist, weil sonst bis zum Entleeren zu viel Zeit verstreichen kann. Bei der Chargierung mit Tonerde kann deshalb der Auslaufstutzen 32 oder die Eintrittsöffnung in den kleinen Behälter 14 geschlossen werden, sodass alle Tonerde in den grossen Behälter 12 geführt wird. Der kleine Behälter 14 bleibt leer und kann jederzeit für die rasche Zufuhr von Hilfsstoffen zum Bad verwendet werden. Die abgeschrägte Behälterwand 28 muss mindestens dem Schüttkegelwinkel des am schlechtesten fliessenden Materials entsprechen. Bei allen Ausführungsformen des Vorratsbunkers werden die Prozessschritte zum Zuführen von Tonerde und Hilfsstoffen, zum Einstellen des Abschlussschiebers 20 und zum Betätigen der Dosiervorrichtung 24 vorzugsweise mittels einer zentralen EDV-Anlage ausgelöst und gesteuert.

Claims (7)

1. Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, der in einen grossen Behälter (12) für Tonerde und einen kleinen Behälter (14) für die Hilfsstoffe unterteilt und mittels eines Abschlussschiebers (20) verschliessbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidewand (16) zwischen grossem und kleinem Behälter (12, 14) hochziehbar ist, und eine Dosiervorrichtung (24) sowie ein gemeinsames, zur Einschlagstelle in der Kruste führendes Auslaufrohr (26) vorgesehen sind.
2. Vorratsbunker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidewand (16) senkrecht angeordnet ist.
3. Vorratsbunker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidewand (16) eben ausgebildet ist.
4. Vorratsbunker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidewand (16) in Form eines Rohres ausgebildet und in den Vorratsbunker (10) gestellt ist.
5. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des kleinen Behälters (14) 0,5-25 Vol-%, vorzugsweise 5-20 Vol.-%, des gesamten Volumens des Vorratsbunkers (10) ausmacht.
6. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbunker (10) mit einem Deckblech geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (30) für Tonerde und Hilfsstoffe von einer Verzweigung unmittelbar vor oder nach dem Eintritt in den Tonerdebunker (10) in zwei blind endenden, aber mit Auslassstutzen versehenen Rohrstücken in den grossen bzw. kleinen Behälter (12, 14) geführt ist, wobei mindestens ein Auslassstutzen (32) des einen Rohrendstückes im Bereich des kleinen Behälters (14), und mehrere Auslassstutzen (34) des anderen Rohrendstücks im Bereich des grossen Behälters (13) angeordnet sind.
7. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbunker (10) mit einem Deckblech geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (30) für Tonerde und Hilfsstoffe, blind endend, aber mit Auslassstutzen versehen, in den Vorratsbunker (10) geführt ist, wobei der letzte Auslassstutzen (32) im Bereich des kleinen Behälters (14), die übrigen Auslassstutzen (34) im Bereich des grossen Behälters (12) angeordnet sind.
EP80810281A 1979-09-10 1980-09-09 Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung Expired EP0025414B1 (de)

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CH8147/79 1979-09-10
CH814779 1979-09-10

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EP0025414A1 EP0025414A1 (de) 1981-03-18
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EP (1) EP0025414B1 (de)
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