EP0271012A2 - Rührwerksmühle zum Mahlen von Pigmenten - Google Patents

Rührwerksmühle zum Mahlen von Pigmenten Download PDF

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EP0271012A2
EP0271012A2 EP87117945A EP87117945A EP0271012A2 EP 0271012 A2 EP0271012 A2 EP 0271012A2 EP 87117945 A EP87117945 A EP 87117945A EP 87117945 A EP87117945 A EP 87117945A EP 0271012 A2 EP0271012 A2 EP 0271012A2
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EP
European Patent Office
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stirrer
container
grinding
agitator mill
agitator
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EP87117945A
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English (en)
French (fr)
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EP0271012A3 (de
Inventor
Manfred Maier
Manfred Mielke
Peter Dr. Hauser
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge

Definitions

  • the invention relates to an agitator mill for grinding, in particular for dry grinding of pigments, with a cylindrical container in which grinding media are located and which is provided with an inlet for the material to be ground and an outlet for the ground material, and with one in the axis of the container arranged, driven stirrer.
  • pigment raw materials can be comminuted by grinding and partially converted into another crystal modification.
  • the mill products thus produced are then often subjected to an additional solvent treatment or incorporated into solvent-containing binder systems in order to be used in printing inks, lacquers and plastics.
  • additional solvent treatment or incorporated into solvent-containing binder systems in order to be used in printing inks, lacquers and plastics.
  • pigment qualities i.e. To achieve particles in the range of 1 ⁇ m and smaller.
  • a large number of large-scale mills such as a vibratory mill, drum mill or tube mill, are used in the grinding of pigment raw materials. These mills are operated with a high volume filling of grinding media from 50% to 90%, so that 10 to 40 times the amount by weight of grinding media must be moved in relation to the amount of millbase during grinding.
  • planetary ball or centrifugal ball mills are used on a laboratory scale for smaller test samples.
  • All common mills also have the major disadvantage that the grinding energy put in is mainly used to heat grinding media and ground material and only serves to a small extent for the comminution work of the pigment raw material.
  • the object was therefore to develop a device for grinding, in particular for dry grinding of pigments, which avoids these disadvantages and is superior to the known grinding devices in terms of efficiency and the quality of the material to be ground.
  • the solution to the problem consists in an agitator mill of the type described in the introduction, in which the effective surfaces of the agitator are designed in the form of carriers for the grinding media which are closely adjacent to the inner wall of the container.
  • the agitator mill essentially consists of a cylindrical container 1 (FIG. 1) which is equipped with an inlet 2 for the material to be ground and with a closable outlet 3 for the ground material, and from a motor-driven stirrer 4.
  • the stirring surfaces 6 of the stirrer held on arms 5 extend closely along the inner wall of the container, so that grinding media 7 therein are carried along by the rotating stirring surfaces and moved along the inner wall.
  • heating or cooling devices 8 which are attached to the outer surfaces of the container 1, a constant temperature control of the ground material and the grinding media is possible.
  • the grinding work takes place between the grinding media or between them and the container wall.
  • the heating or cooling devices can be implemented, for example, by means of coils or a double jacket forming an intermediate space for the flow of a heating or cooling medium, or else by known electrical heating devices.
  • FIG. 2a-c schematically show different embodiments of agitators in cross section.
  • the illustration in FIG. 2a corresponds to the mill shown in FIG. 1.
  • the agitator according to FIG. 2b has a multiplicity of agitator arms 5, 6 which can be arranged offset along the agitator shaft 9.
  • the interior of the container 1 can be designed as an annular space 11, as shown in FIG. This has the advantage that the grinding chamber can also be tempered from the inside if the stirrer shaft is hollow on the inside and provided with supply lines for bath fluids.
  • the speed of the agitators is usually controlled by an electric motor which can be regulated by means of which the agitator can be slowly accelerated from standstill to the desired final speed.
  • an electric motor which can be regulated by means of which the agitator can be slowly accelerated from standstill to the desired final speed.
  • the grinding media are moved from the bottom of the container to its inner wall and, while rolling, crush the material to be ground in a rolling manner.
  • the grinding elements rise partly due to mutual displacement when the stirrer axis is arranged vertically on the inner wall, with regrind being carried along, so that a constant exchange of ground and unground product can take place.
  • the grinding media themselves can be distributed evenly behind the individual agitator arms by rolling over the individual agitator arms on the bottom of the container during the start-up phase of the mill, so that no imbalance can occur when the mill is in full operation, i.e. when the grinding media are pushed in front of the individual arms of the stirrer on the inner surface.
  • two electric motors with adjustable speed can also be attached to the two ends of the stirrer shaft.
  • the agitator mill can also be operated inclined or horizontally. In this case, it is expedient, but not absolutely necessary, to divide the interior of the container into individual sectors via metal sieves or perforated plates 12 (FIG. 2b) arranged radially on the stirrer cell 9, into which the grinding media are filled according to the desired surface area of the container wall.
  • a further embodiment of the agitator mill consists in the fact that the agitator consists of a cage-like drum 13 (FIG. 3) which has flat webs 14 which are axially parallel on the circumference and run closely along the container wall.
  • a further embodiment of the agitator mill (FIG. 4) consists in that the agitator has a plurality of arms 15 with paddle-like agitating elements 16, which are offset along the agitator shaft 9 and the circumference of the container, the surfaces of which are at a distance from one another or partially overlap.
  • the grinding media are guided by the centrifugal forces, even when the mill is in horizontal operation, by means of the blades along the container wall, so that uniform, intensive grinding is ensured without the occurrence of imbalance.
  • grinding balls or cylindrical grinding media are used as grinding media, the diameters of which are at least twice as large as the distance of the stirring blade from the inner wall of the container.
  • Appropriate diameter ranges are 5 to 80 mm, preferably 10 to 40 mm.
  • the advantages of the agitator mill according to the invention are that only the grinding media with the material to be ground are moved by the agitator and the outer, temperature-controllable cylindrical jacket remains stationary, so that the actual grinding always takes place in the region of the temperature-controlled and coolable wall and overheating of the material to be ground is avoided becomes.
  • Another advantage is that the amount of grinding media is limited to the partial to complete coverage of the outer cylinder surface and no high volume filling with grinding media is necessary as in the mills corresponding to the prior art.
  • the volume utilization in the mill according to the invention is higher than in the known devices, the increase in the total grinding volume causing fewer technical problems than in the centrifugal mills moved with the container.
  • the forced movement of the grinding media makes it easier to recognize and overcome problems with the grinding material beating or caking on the wall of the container than with grinding media which only roll due to their inertial forces and which bake more easily and then become ineffective.
  • the mill according to the invention offers the possibility, by increasing the diameter and / or length of the container, to achieve the large cooling and tempering surfaces required for production plants in order to grind regrind in large quantities (up to a few 100 kg) grind in a mill while keeping the product temperatures largely constant.
  • a further advantage is that the grinding products can be crystallized into finished pigments in the same mill after treatment with solvent and, if appropriate, auxiliaries, the grinding media helping to avoid overcrystallization of the pigments due to the shear forces that occur.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

In einem feststehenden Behälter (1), der mit einem Einlaß (2) und einem Auslaß (3) versehen ist und in dem sich Mahlkörper (7) befinden, ist ein antreibbarer Rührer (4) drehbar gelagert, dessen wirksame Flächen (6) als der Innenwand des Behälters dicht benachbarte Mitnehmer für die Mahlkörper ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten, mit einem zylindrischen Behälter, in dem sich Mahlkörper befinden und der mit einem Einlaß für das zu mahlende Gut und einem Auslaß für das gemahlene Gut versehen ist, und mit einem in der Achse des Behälters angeordneten, antreibbaren Rührer.
  • Es ist bekannt, daß durch Mahlung Pigmentrohwaren zerkleinert und teilweise in eine andere Kristallmodifikation überführt werden können.
  • Die so hergestellten Mahlprodukte werden dann vielfach einer zusätzlichen Lösungsmittelbehandlung unterzogen bzw. in lösungsmittelhaltige Binde­mittelsysteme eingearbeitet, um in Druckfarben, Lacken und Kunststoffen Verwendung zu finden. Bei zahlreichen Pigmentrohwaren wird es durch Mahlung überhaupt erst möglich, sogenannte Pigmentqualitäten, d.h. Teilchen im Bereich von 1µm und kleiner zu erreichen.
  • Bei der Mahlung von Pigmentrohwaren sind eine Vielzahl von Mühlen großtechnischer Art, wie Schwingmühle, Trommel- oder Rohrmühle in Gebrauch. Diese Mühlen werden mit einer hohen Volumenfüllung an Mahlkörpern von 50 % bis 90 % betrieben, so daß die 10- bis 40-fache Gewichtsmenge an Mahlkörpern im Verhältnis zur Mahlgutmenge bei der Mahlung bewegt werden muß.
  • Darüber hinaus werden im Labormaßstab zusätzlich Planetenkugel- bzw. Zentrifugalkugelmühlen für kleinere Versuchsmuster verwendet.
  • Bei den Planeten- und Zentrifugalkugelmühlen besteht zusätzlich die Notwendigkeit, das äußere Gehäuse des Mahlgefäßes, das zur Kühlung doppelwandig ausgelegt sein kann, in schnelle rotierende Bewegungen oder weithubige Schwingungen mittels exzentrischer Anordnungen zu versetzen. Die schnelle Bewegung großer träger Massen bringt aufgrund der auf­tretenden Belastungen und Kräfte auf die Lager und Antriebsgetriebe erhebliche Volumenbegrenzungen mit sich.
  • Alle gebräuchlichen Mühlen haben weiterhin den großen Nachteil, daß die hineingesteckte Mahlenergie überwiegend zur Erwärmung von Mahlkörpern und Mahlgut verbraucht wird und nur zu einem geringen Teil der Zerkleinerungs­arbeit der Pigmentrohware dient.
  • Die auftretende unvermeidliche Erwärmung des Mahlgutes wirkt vielfach der Zerkleinerung bzw. Phasenumwandlung entgegen, so daß bei zu hohen Temperaturen eine Rekristallisation und Vergröberung des Mahlgutes eintritt. Die Tendenz steigender Mahltemperatur begrenzt den Wirkungsgrad der Mühlen und damit ihre Ausbeute. Besonders bei der Mahlung organischer Pigmente ist es oft wünschenswert, das Mahlgut in definierten Temperaturbereichen zu mahlen und eine obere Temperaturbegrenzung vorzunehmen, um eine Produktschädigung zu vermeiden.
  • Zusätzlich machen die bekannten Mühlen aufgrund ihrer Bau- und Betriebsweise, d.h. Bewegung großer Massen und Temperierung, hohe Investitionen erforderlich.
  • Es bestand daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten zu entwickeln, die diese Nachteile vermeidet und im Wirkungsgrad und in der Qualität des Mahlgutes den bekannten Mahlvorrichtungen überlegen ist.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Rührwerksmühle der eingangs geschilderten Art, bei der die wirksamen Flächen des Rührers in Form von der Innenwand des Behälters dicht benachbarten Mitnehmern für die Mahlkörper ausgebildet sind.
  • In der nachfolgenden Beschreibung mehrerer, in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle ist die Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1 eine vertikal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit an Armen gehaltenen Rührflächen
    • Figur 2 a-c verschiedene Ausführungsformen von Rührwerken im Querschnitt
    • Figur 3 eine horizontal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit einer käfigartigen Rührtrommel
    • Figur 4 eine horizontal angeordnete Rührwerksmühle im Längsschnitt, mit an versetzt angeordneten Armen gehaltenen Rührorganen.
  • Die Rührwerksmühle besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter 1 (Figur 1), der mit einem Einlaß 2 für das zu mahlende Gut und mit einem verschließbaren Auslaß 3 für das gemahlene Gut ausgestattet ist, und aus einem motorisch antreibbaren Rührer 4. Die an Armen 5 gehaltenen Rührflächen 6 des Rührers erstrecken sich dicht entlang der Innenwand des Behälters, so daß darin befindliche Mahlkörper 7 von den umlaufenden Rührflächen mitgenommen und entlang der Innenwand bewegt werden. Dadurch ist mit Hilfe von Heiz- bzw. Kühleinrichtungen 8, die an den Außenflächen des Behälters 1 angebracht sind, eine ständige Temperierung des Mahlgutes und der Mahlkörper möglich. Die Mahlarbeit findet zwischen den Mahlkörpern bzw. zwischen diesen und der Behälterwand statt. Die Heiz- bzw. Kühleinrichtungen können beispielsweise durch Rohrschlangen oder einen Zwischenraum bildenden Doppelmantel zum Durchfluß eines Heiz- oder Kühlmediums oder aber durch bekannte elektrische Heizeinrichtungen realisiert sein.
  • In Figur 2a-c sind verschiedene Ausfühgrungsformen von Rührwerken im Querschnitt schematisch gezeigt. Dabei entspricht die Darstellung in Figur 2a der in Figur 1 gezeigten Mühle. Das Rührwerk nach Figur 2b weist eine Vielzahl von Rührarmen 5, 6 auf, die entlang der Rührerwelle 9 versetzt angeordnet sein können. Durch einen auf der Rührerwelle koaxial angeordneten Zylinder 10 kann, wie in Figur 2c gezeigt, der Innenraum des Behälters 1 als Ringraum 11 ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß auch eine Temperierung des Mahlraumes von innen erfolgen kann, wenn die Rührerwelle innen hohl und mit Zuleitungen für Temperierflüssigkeiten versehen ist.
  • Als Antrieb der Rührwerke dient gewöhnlich ein in der Drehzahl regelbarer Elektromotor, durch den das Rührwerk aus dem Stillstand langsam auf die gewünschte Enddrehzahl beschleunigt werden kann. Die Mahlkörper werden dabei infolge der Zentrifugalkräfte vom Boden des Behälters an dessen Innenwand bewegt und zerkleinern dabei auch gegeneinander rollend das zu mahlende Gut. Mit steigender Umdrehungszahl des wandnahen Rührers steigen die Mahlkörper durch gegenseitige Verdrängung bei vertikaler Anordnung der Rührerachse an der Innenwand teilweise nach oben, unter Mitführung von Mahlgut, so daß ein ständiger Austausch von gemahlenem und ungemahlenem Produkt erfolgen kann. Die Mahlkörper selbst haben aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion des Rührwerkes die Möglichkeit, in der Anlaufphase der Mühle durch Überrollen der einzelnen Rührarme am Behälterboden sich gleichmäßig hinter die einzelnen Rührarme zu verteilen, so daß keine Unwucht bei vollem Betrieb der Mühle entstehen können, d.h. wenn die Mahlkörper von den einzelnen Armen des Rührers an der Innenfläche vor sich hergeschoben werden.
  • Es können aber auch, falls nötig, zwei in der Drehzahl regelbare Elektromotoren an den beiden Enden der Rührerwelle angebracht werden.
  • Die Rührwerksmühle kann auch geneigt oder horizontal betrieben werden. In diesem Falle ist es zweckmäßig, aber nicht unbedingt erforderlich, den Innenraum des Behälters über auf der Rührerzelle 9 radial angeordnete Metallsiebe oder Lochplatten 12 (Figur 2b) in einzelne Sektoren zu untereteilen, in die die Mahlkörper entsprechend der gewünschten Flächenbelegung der Behälterwand eingefüllt werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Rührwerksmühle besteht darin, daß der Rührer aus einer käfigartigen Trommel 13 (Figur 3) besteht, die am Umfang achsparallele, dicht entlang der Behälterwand verlaufende, flächige Stege 14 aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform der Rührwerksmühle (Figur 4) besteht darin, daß der Rührer mehrere, entlang der Rührerwelle 9 und dem Behälterumfang versetzt angeordnete Arme 15 mit schaufelartigen Rührorganen 16 aufweist, deren Flächen zueinander auf Lücke stehen oder sich teilweise überlappen.
  • Die Mahlkörper werden mit steigender Drehzahl des Rührers durch die Zentrifugalkräfte auch bei horizontalem Betrieb der Mühle mittels der Schaufeln entlang der Behälterwand geführt, so daß eine gleichmäßige, intensive Mahlung ohne Auftreten von Unwuchterscheinungen gewährleistet ist.
  • Als Mahlkörper werden beispielsweise Mahlkugeln oder zylindrische Mahlkörper verwendet, deren Durchmessern mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand des Rührblattes von der Innenwand des Behälters. Zweckmäßige Durchmesserbereiche sind 5 bis 80 mm, vorzugsweise von 10 bis 40 mm.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Rührwerksmühle liegen darin, daß durch das Rührwerk nur die Mahlkörper mit dem Mahlgut bewegt werden und der äußere temperierbare zylindrische Mantel ortsfest bleibt, so daß die eigentliche Mahlung immer im Bereich der temnperier- und kühlbaren Wand erfolgt und eine Überhitzung des Mahlgutes vermieden wird.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Mahlkörpermenge auf die teilweise bis vollständige Belegung der äußeren Zylinderfläche beschränkt bleibt und keine hohe Volumenfüllung mit Mahlkörpern notwendig ist wie bei den dem Stand der Technik entsprechenden Mühlen. Dies führt zu günstigen Gewichtsverhältnissen von Pigmentrohware zu Mahlkörpern etwa im Bereich von 1:6 bis 3:1, wobei überraschend festgestellt wurde, daß man mit größer werdendem Durchmesser der Vorrichtung für die gleiche Phasenumwand­lungsrate der Kristallmodifikation mit einer relativ zum Mahlgut abnehmenden Mahlkörpermenge auskommt, d.h. mit wachsender Mahlkörperzahl steigt der Wirkungsgrad der Mühle überproportional an. Die Volumenaus­nutzung ist bei der erfindungsgemäßen Mühle höher als bei den bekannten Vorrichtungen, wobei die Vergrößerung des gesamten Mahlvolumens weniger technische Probleme bereitet als bei den mit dem Behälter bewegten Zentri­fugalmühlen.
  • Durch die zwangsweise Bewegung der Mahlkörper sind Probleme des Anschla­gens oder Anbackens von Mahlgut an der Wand des Behälters besser zu er­kennen und zu überwinden als bei nur aufgrund ihrer Trägheitskräfte rollenden Mahlkörpern, die leichter anbacken und dann wirkungslos werden können.
  • Da das Mahlgut vielfach empfindlich auf Temperaturerhöhung reagiert, bietet die erfindungsgemäße Mühle die Möglichkeit, durch Vergrößerung des Durchmessers und/oder Länge des Behälters die für Produktionsanlagen notwendigen großen Kühl- und Temperierflächen zu erreichen, um Mahlgut in großen Mengen (bis zu einigen 100 kg) in einer Mühle zu mahlen und dabei die Produkttemperaturen weitgehend konstant zu halten.
  • Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß zum Anbacken neigende Mahlprodukte durch Außenkühlung dennoch mit hoher Mahlenergie, d.h. einer hohen Beschleunigung der Mahlkörper gemahlen werden können, welche bei den bekannten Mühlen nur durch Zusatz von Salz gemahlen werden können und damit den Durchsatz von Mahlgut durch diese Mühlen entsprechend verringern. Das zusätzliche Herauslösen dieser Salzfracht mit seinen Nachteilen für die Umwelt wird dadurch reduziert oder ganz vermieden.
  • Weiterhin ist von Vorteil, daß die Mahlprodukte nach Beendigung der Trockenmahlung durch Behandlung mit Lösungsmittel und gegebenenfalls Hilfsstoffen in der gleichen Mühle zu fertigen Pigmenten kristallisiert werden können, wobei die Mahlkörper eine Überkristallisation der Pigmente durch die auftretenden Scherkräfte vermeiden helfen.
  • Ein weiterer, überraschender Unterschied zu den bisher technisch verwendeten Produktionsmühlen ist darin zu sehen, daß mit der erfindungs­gemäßen Mühle bestimmte hochwertige Kristallmodifikationen spontan gemahlen werden können, die sonst nur über Umwege durch Mahlung erreicht werden, wie z.B. die sehr rotstichige Kristallmodifikation des ε-Kupfer­phthalocyanins aus der α- oder β-Modifikation als Ausgangssubstanz.
  • Zu den aufgeführten technischen Vorteilen kommt aufgrund der relativ einfachen Bauweise und der guten Volumenausnutzung ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil.

Claims (6)

1. Rührwerksmühle zum Mahlen, insbesondere zum Trockenmahlen von Pigmenten, mit einem zylindrischen Behälter (1), in dem sich Mahlkörper (7) befinden und der mit einem Einlaß (2) für das zu mahlende Gut und einem Auslaß (3) für das gemahlene Gut versehen ist, und mit einem in der Achse des Behälters angeordneten, antreibbaren Rührer (4), dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Flächen (6) des Rührers (4) in Form von der Innenwand des Behälters dicht benachbarten Mitnehmern für die Mahlkörper (7) ausgebildet sind.
2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer mehrere, entlang der Rührerwelle (9) und dem Behälterumfang versetzt angeordnete, schaufelartige Rührorgane (10) aufweist, deren Rührflächen überlappend angeordnet sind.
3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer aus einer käfigartigen Trommel (13) besteht, die am Umfang achs­parallele, dicht entlang der Behälterwand (1) verlaufende, flächige Stege (14) aufweist.
4. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer durch auf der Rührerwelle (9) radial angeordnete Sieb- oder Lochbleche (12) in Sektoren geteilt ist.
5. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Behälters (1) durch einen auf der Rührerwelle (9) koaxial angeordneten Zylinder (10) ein Ringraum (11) ist.
6. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) durch auf dessen Außenflächen angebrachte Heiz- bzw. Kühleinrichtungen (8) temperierbar ist.
EP87117945A 1986-12-11 1987-12-04 Rührwerksmühle zum Mahlen von Pigmenten Withdrawn EP0271012A3 (de)

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EP0271012A3 EP0271012A3 (de) 1989-07-19

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