EP0661404A1 - Mahlmaschine und Mahlwerkzeug zum Mahlen von suspensiertem Faserstoffmaterial - Google Patents

Mahlmaschine und Mahlwerkzeug zum Mahlen von suspensiertem Faserstoffmaterial Download PDF

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EP0661404A1
EP0661404A1 EP94114918A EP94114918A EP0661404A1 EP 0661404 A1 EP0661404 A1 EP 0661404A1 EP 94114918 A EP94114918 A EP 94114918A EP 94114918 A EP94114918 A EP 94114918A EP 0661404 A1 EP0661404 A1 EP 0661404A1
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EP
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grinding
grinding tool
strip
fibrous material
shaped elevations
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Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D21D1/306—Discs

Definitions

  • the invention relates to devices for grinding suspended fibrous material according to the preamble of claim 1 or 5.
  • Grinding tools of the type mentioned are often also called sets and installed in grinding machines - so-called refiners.
  • Such grinding machines have at least one rotor and at least one stator with either disk-shaped or conical surfaces on which the grinding tools or fittings are attached, so that grinding gaps can form between them.
  • the grinding tools considered here have webs and grooves on the work surfaces, which is why one speaks of "knife sets".
  • the invention thus creates grinding devices in which the energy used can be better used for grinding the fibrous material. It has been shown that not only is it possible to achieve an increase in the degree of grinding more economically, but that with the grinding it is also possible to maintain the fiber lengths and fiber strengths relatively well. As already indicated, the assessment of the effect will always be based on the grinding developments that have been achievable to date, which is why it does not make sense to generally specify a fixed numerical value here. The investigations on the subject of the invention show in any case a significant reduction in the energy required, without sacrificing fiber quality.
  • a significant innovation compared to the prior art is an improved flow guidance in the gap between the rotor and stator through which the fiber suspension is flowing.
  • a rotation zone is provided which axially borders the rotor, but in which there are no webs on at least one side. No grinding takes place in this annular zone.
  • a possible reason for the better economy is the increased backflow of the suspension, i.e. radially inwards, out of this area. As is known, this can improve the grinding result. In particular, the grinding becomes more uniform.
  • Said annular zone can, as described in claim 1, be formed radially outside the actual grinding tools or, according to claim 2, radially outer zone of the grinders themselves.
  • Fig. 1 shows the subject of the invention in the form of a disc refiner.
  • a part of the housing 1, the rotor 2 and the stator 3 can be seen.
  • the rotor and stator serve as grinding tool carriers.
  • the suspended fibrous material can be fed in through the inlet opening 5 and discharged through the outlet opening 6.
  • the rotor 2 is axially fixed, while the stator 3 is axially movable relative to the rotor 2, being prevented from rotating by bolts 15.
  • the rotor 2 has a working surface 7 and the stator 3 has a complementary further working surface 8.
  • a grinding gap 9 is formed between the two work surfaces. The latter is drawn in an exaggerated manner here and in the other figures.
  • the illustration is chosen so that the strip-shaped elevations 10 and 11 are cut in the upper part and drawn uncut in the lower part. It can be seen that the strip-shaped elevations 10 and 11 extend less far outwards on both sides of the grinding gap 9 than the rotor or stator.
  • FIG. 2 shows a section of the subject matter of the invention from FIG. 1 with a part of the stator 3 which extends radially outside by the dimension a further than that strip-shaped elevation 11.
  • the latter is part of a grinding tool, the base 14 of which also extends by a dimension beyond the radially outer extent of the strip-shaped elevation 11.
  • the elevation 11 has the height c above the base 14 of the grinding tool.
  • FIG. 3 schematically shows a diagram which shows the grinding development M as a function of the grinding energy E.
  • the grinding development proceeds according to curve A2, while a faster grinding development, curve A1, can be achieved with the aid of the invention.
  • curve A2 a faster grinding development
  • the qualitative values depend very much on the substance used, and the diagram only serves to illustrate the benefits that can be achieved.
  • FIG. 4 and 5 further embodiments are basically sketched using a disc refiner. It can namely be the shorter extension of the strips on the stator side (Fig. 4), on the rotor side (Fig. 5) or - as already shown in Fig. 1 - on both sides.
  • Fig. 6 differs from Fig. 5 in that not only the actual strip 10, but also the grinding tool itself has a smaller outer diameter than the associated rotor.
  • the principle shown in FIG. 6 can also be applied to the other combinations according to FIG. 1, 4 or 5.
  • Fig. 7 outlines a cone refiner in which the elevations 10 forming the working surface of the rotor 2 extend less far (dimension a) to the outside than the rotor itself and the elevations 11 of the stator 3.
  • the dimension (a) is in the cone -Work surface measured to the outside.
  • FIG. 8 shows the top view of a typical work surface found on disc refiners with a large number of elevations 10 with a width b, which are of different designs here, and the channel-like grooves 12.
  • dimension a is shown.
  • the complementary working surface usually has the same pattern with regard to the elevations, the same as said in connection with FIGS. 1 and 4-6 for the existence of dimension a.
  • the complementary work surface can also be designed very differently, e.g. have different knife angles or have a pimple or hole pattern.
  • FIG. 9 An embodiment of the subject matter of the invention as a double disk refiner is indicated in FIG. 9.
  • the rotor 2 which is provided with working surfaces on both sides, and two stator 3, which have complementary working surfaces.
  • Double disc refiners and associated load systems are known to the person skilled in the art in their structure and their effect. It is important in connection with the invention that the strip-shaped elevations 10 and / or 11 extend less far than the stator 3 or rotor 2.
  • the dimension c shown represents the height dimension of the surface of the strip-shaped elevation 10 above the base area 13.

Landscapes

  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Für die besonders wirtschaftliche Mahlung von suspendiertem Faserstoffmaterial werden Mahlmaschinen und Mahlwerkzeuge vorgeschlagen, bei denen die radiale Erstreckung der Arbeitsflächen (7,8) in folgender Weise vom Stand der Technik abweichen: Die die Arbeitsflächen bildenden Erhebungen (10,11), insbesondere Messer, werden weniger weit radial nach außen geführt als die Grundflächen der Mahlwerkzeuge oder der entsprechenden Mahlwerkzeugträger. Dabei ist es möglich, die kürzeren Messer (10,11) auf der Stator (3)-, auf der Rotor (2)-oder auf beiden Seiten vorzusehen. Durch die getroffenen Maßnahmen ergibt sich eine besonders wirtschaftliche und gleichmäßige Ausmahlung. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Mahlen von suspendiertem Faserstoffmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 5.
  • Mahlwerkzeuge der genannten Art werden oft auch Garnituren genannt und in Mahlmaschinen - sogenannte Refiner - eingebaut. Solche Mahlmaschinen haben mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator mit entweder scheibenförmigen oder kegelförmigen Flächen, auf denen die Mahlwerkzeuge oder Garnituren angebracht werden, so daß sich zwischen ihnen Mahlspalten ausbilden können. Die hier betrachteten Mahlwerkzeuge weisen an den Arbeitsflächen Stege und Nuten auf, weshalb man auch von "Messer-Garnituren" spricht.
  • Ein beträchtlicher Teil der Betriebskosten, die bei der Mahlung von Faserstoffen in der Zellstoff- und Papierindustrie anfallen, rührt von den Energiekosten her. Daher war es schon immer ein Bestreben, derartige Vorrichtungen so zu bauen und zu betreiben, daß - gemessen an dem gewünschten Erfolg - ein nicht zu hoher Energieeinsatz gebraucht wird. Da die Zielsetzungen der Faserstoffbehandlung je nach Anwendungsfall unterschiedlich sind, ist auch die Beurteilung des Mahleffektes unterschiedlich. In vielen Fällen wird die eingesetzte Energie auf den Mahlerfolg so bezogen, daß entweder die Größe pro Tonne Faserstoff und Mahlgradsteigerung oder kWh/pro Tonne Faserstoff und Festigkeitssteigerung angegeben wird. Die Vergleichbarkeit solcher Werte setzt aber ansonsten gleiche Bedingungen voraus. Insbesondere ist es nicht möglich, die Mahlkosten dadurch zu senken, daß zwar weniger Energie eingesetzt wird, andererseits aber trotz ausreichender Mahlgradsteigerung der so behandelte Faserstoff den Qualitätserfordernissen nicht mehr entspricht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, Vorrichtungen der angegebenen Art zu schaffen, mit denen die zur Mahlung eingesetzte Energie für einen angestrebten Mahlerfolg geringer ist als bisher.
  • Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen der Ansprüche 1 oder 5 gelöst. Die jeweils nachfolgenden Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Durch die Erfindung werden somit Mahlvorrichtungen geschaffen, bei denen die eingesetzte Energie besser zur Mahlung des Faserstoffmaterials genützt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß nicht nur der Mahlgradanstieg wirtschaftlicher zu erzielen ist, sondern daß mit der Mahlung auch eine relativ gute Erhaltung der Faserlängen und Faserfestigkeiten möglich ist. Bei der Beurteilung des Effektes wird, wie bereits angedeutet, immer von den bisher erzielbaren Mahlentwicklungen auszugehen sein, weshalb es nicht sinnvoll ist, hier allgemein einen festen Zahlenwert vorzugeben. Die Untersuchungen an dem Erfindungsgegenstand weisen jedenfalls eine signifikante Verringerung der erforderlichen Energie aus, ohne daß Einbußen an der Faserqualität hingenommen werden müßten.
  • Eine wesentliche Neuerung im Vergleich zum Stand der Technik liegt in einer verbesserten Strömungsführung im von der Faserstoffsuspension durchströmten Spalt zwischen Rotor und Stator. Es wird nämlich erstmals beim Austritt der Suspension aus dem Messerbereich der Mahlvorrichtung eine Rotationszone zur Verfügung gestellt, die axial an den Rotor grenzt, in der aber auf wenigstens einer Seite keine Stege mehr vorhanden sind. In dieser ringförmigen Zone findet keine Mahlung statt. Ein möglicher Grund für die bessere Wirtschaftlichkeit ist die vergrößerte Rückströmung der Suspension, d.h. radial nach innen, aus diesem Bereich heraus. Bekanntlich kann dadurch das Mahlergebnis verbessert werden. Insbesondere wird die Mahlung gleichmäßiger.
  • Die genannte ringförmige Zone kann, wie im Anspruch 1 beschrieben, radial außerhalb der eigentlichen Mahlwerkzeuge gebildet werden oder gemäß Anspruch 2 in der radial äußeren Zone der Mahlwerke selbst.
  • Die Erfindung wird beschrieben und erläutert anhand von schematischen Zeichnungen.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Scheibenrefiners;
    Fig. 2
    Ausschnitt von Fig. 2;
    Fig. 3
    Diagramm der Mahlentwicklung;
    Fig. 4 bis 6
    weitere Ausführungsformen der Mahlwerkzeuge;
    Fig. 7
    einen erfindungsgemäßen Kegelrefiner;
    Fig. 8
    Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Mahlwerkzeug;
    Fig. 9
    Doppelscheibenrefiner in erfindungsgemäßer Ausführung.
  • Fig. 1 zeigt den Erfindungsgegenstand in Form eines Scheibenrefiners. Man erkennt einen Teil des Gehäuses 1, den Rotor 2 und den Stator 3. Dabei dienen Rotor und Stator als Mahlwerkzeugträger. Das suspendierte Faserstoffmaterial kann über die Eintrittsöffnung 5 zu- und die Austrittsöffnung 6 abgeführt werden. In der hier gezeichneten Form ist der Rotor 2 axial fixiert, während der Stator 3 axial relativ zum Rotor 2 beweglich ist, wobei er durch Bolzen 15 am Mitdrehen gehindert wird. Der Rotor 2 weist eine Arbeitsfläche 7 und der Stator 3 eine komplementäre weitere Arbeitsfläche 8 auf. Zwischen beiden Arbeitsflächen bildet sich ein Mahlspalt 9. Letzterer ist hier und in den weiteren Figuren übertrieben breit gezeichnet. Im Bereich der Arbeitsflächen 7, 8 befinden sich leistenförmige Erhebungen 10 am Rotor 2 und leistenförmige Erhebungen 11 am Stator 3. Die Darstellung ist hier so gewählt, daß die leistenförmigen Erhebungen 10 bzw. 11 im oberen Teil geschnitten und im unteren Teil ungeschnitten gezeichnet sind. Man erkennt, daß sich auf beiden Seiten des Mahlspaltes 9 die leistenförmigen Erhebungen 10 und 11 weniger weit nach außen erstrecken als Rotor bzw. Stator.
  • In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des Erfindungsgegenstandes aus Fig. 1 gezeigt mit einem Teil des Stators 3, der sich radial außen um das Maß a weiter erstreckt als die leistenförmige Erhebung 11. Letztere ist ein Teil eines Mahlwerkzeuges, dessen Grundfläche 14 ebenfalls um das Maß a über die radial äußere Erstreckung der leistenförmigen Erhebung 11 hinausreicht. Die Erhebung 11 hat das Höhenmaß c über der Grundfläche 14 des Mahlwerkzeuges.
  • Fig. 3 zeigt schematisch ein Diagramm, welches die Mahlentwicklung M aufzeigt in Abhängigkeit von der eingesetzten Mahlenergie E. Im Stand der Technik verläuft die Mahlentwicklung gemäß Kurve A2, während mit Hilfe der Erfindung eine schnellere Mahlentwicklung, Kurve A1, erzielbar ist. Selbstverständlich hängen die qualitativen Werte sehr stark vom eingesetzten Stoff ab, und das Diagramm dient lediglich zur Verdeutlichung des erzielbaren Nutzens.
  • In den Fig. 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen anhand eines Scheibenrefiners grundsätzlich skizziert. Es kann nämlich die kürzere Erstreckung der Leisten auf der Statorseite sein (Fig. 4), auf der Rotorseite (Fig. 5) oder - wie bereits in Fig. 1 gezeigt - auf beiden Seiten. Fig. 6 unterscheidet sich von Fig. 5 dadurch, daß nicht nur die eigentliche Leiste 10, sondern auch das Mahlwerkzeug selbst einen geringeren Außendurchmesser hat als der zugehörige Rotor. Selbstverständlich kann das in Fig. 6 gezeigte Prinzip auch bei den anderen Kombinationen gemäß Fig. 1, 4 oder 5 angewendet werden.
  • Auch wenn sicherlich die Anwendung der Erfindung auf mit Scheiben ausgerüsteten Mahlmaschinen oder auf die zugehörigen Mahlwerkzeuge besonders sinnvoll ist, können die Vorteile zum Teil auch bei Kegelrefinern, insbesondere Steilkegelrefinern, erzielt werden.
  • Fig. 7 skizziert einen Kegelrefiner, bei dem die die Arbeitsfläche des Rotors 2 bildenden Erhebungen 10 sich weniger weit (Maß a) nach außen erstrecken als der Rotor selbst und die Erhebungen 11 des Stators 3. Das Maß (a) wird dabei in der Kegel-Arbeitsfläche nach außen gemessen.
  • Fig. 8 zeigt die Aufsicht auf eine typische, an Scheiben-Refinern anzutreffende Arbeitsfläche mit einer Vielzahl von - hier verschieden ausgebildeten - Erhebungen 10 mit Breite b sowie den kanalartigen Nuten 12. Auch hier ist das Maß a eingezeichnet. Bekanntlich hat die dazu komplementäre Arbeitsfläche hinsichtlich der Erhebungen meistens das gleiche Muster, wobei für das Vorhandensein des Maßes a das bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 4 - 6 Gesagte gilt. Die komplementäre Arbeitsfläche kann aber auch ganz anders gestaltet sein, z.B. andere Messerwinkel aufweisen oder ein Noppen- oder Lochmustermuster haben.
  • Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes als Doppelscheibenrefiner ist in Fig. 9 angedeutet. Man erkennt den Rotor 2, der beidseitig mit Arbeitsflächen versehen ist sowie zwei Statore 3, die dazu komplementäre Arbeitsflächen aufweisen. Doppelscheibenrefiner und dazugehörige Belastungssysteme sind in ihrem Aufbau und ihrer Wirkung dem Fachmann bekannt. Wichtig ist im Zusammenhang mit der Erfindung, daß die leistenförmigen Erhebungen 10 und/oder 11 sich weniger weit erstrecken als der Stator 3 bzw. Rotor 2. Das gezeigte Maß c stellt das Höhenmaß der Oberfläche der leistenförmigen Erhebung 10 über der Grundfläche 13 dar.

Claims (14)

  1. Mahlmaschine zum Mahlen von suspendiertem Faserstoffmaterial, insbesondere von Papier und/oder Zellstoffasern, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit Eintritts- und Austrittsöffnungen (5, 6) für das Faserstoffmaterial, mit mindestens zwei Mahlwerkzeugträgern, insbesondere einem antreibbaren Rotor (2) und einem Stator (3), geeignet zum Anbringen von Mahlwerkzeugen zur Schaffung von mindestens einer Arbeitsfläche (7) und einer komplementären weiteren Arbeitsfläche (8), die unter Bildung eines vom Faserstoffmaterial durchströmbaren Mahlspaltes (9) zueinander positioniert sind, wobei wenigstens eine Arbeitsfläche (7 oder 8) eine Vielzahl leistenförmiger Erhebungen (10,11) sogenannter Messer, aufweist, zwischen denen sich kanalartige Nuten (12) befinden, so daß das Faserstoffmaterial zumindest teilweise durch die nutenartigen Kanäle von innen nach außen geführt werden und eine mechanische Bearbeitung des Faserstoffmaterials durch die Relativbewegung zweier komplementärer Arbeitsflächen (7 und 8) erfolgen kann,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich auf wenigstens einer Seite eines Mahlspaltes (9) die leistenförmigen Erhebungen (10) der Arbeitsfläche (7,8) mindestens 30 mm (Maß a) weniger weit nach außen erstrecken als der zugehörige Mahlwerkzeugträger.
  2. Mahlmaschine nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Maß (a), um das sich die leistenförmigen Erhebungen (10) der Arbeitsfläche (7,8) weniger weit nach außen erstrecken, gleich oder größer ist als 10% des radialen Abstandes zwischen Mitte des Mahlwerkzeugträgers und dem Außendurchmesser der Arbeitsfläche (7,8).
  3. Mahlmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zueinander komplementären Mahlwerkzeugträger im wesentlichen eine scheibenartige Form haben.
  4. Mahlmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zueinander komplementären Mahlwerkzeugträger im wesentlichen eine kegelstumpfartige Form haben.
  5. Mahlwerkzeug zum Mahlen von suspendiertem Faserstoffmaterial, insbesondere Papier und/oder Zellstoffasern, in Mahlmaschinen mit relativ zueinander bewegbaren, sich gegenüberliegenden, im wesentlichen rotationssymmetrischen Mahlwerkzeugträgern, insbesondere an einem Rotor und an einem Stator, auf denen Mahlwerkzeuge paarweise so anbringbar sind, daß sie mindestens ein Paar komplementärer Arbeitsflächen (7, 8) zur Ausbildung eines vom Faserstoffmaterial durchströmbaren Mahlspaltes (9) bilden und wobei die Arbeitsfläche (8) wenigstens eines Mahlwerkzeuges an ihrer dem zu behandelnden Faserstoffmaterial im Betrieb jeweils zugewandten Seite eine Vielzahl leistenförmiger Erhebungen (10,11), sogenannter Messer, über ihrer Grundfläche (13, 14) aufweist, zwischen denen sich kanalartige Nuten (12) befinden, so daß das Faserstoffmaterial zumindest teilweise durch die Nuten von innen nach außen geführt werden und eine mechanische Bearbeitung des Faserstoffmaterials durch die Relativbewegung zweier komplementärer Arbeitsflächen (7, 8) erfolgen kann,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich die leistenförmigen Erhebungen (10,11) der Arbeitsfläche (7,8) mindestens 30 mm weniger weit (Maß a) nach außen erstrecken als die Grundfläche (13,14) des Mahlwerkzeuges.
  6. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Maß (a), um das sich die leistenförmigen Erhebungen (10) der Arbeitsfläche (7,8) weniger weit nach außen erstrecken, gleich oder größer ist als 10% des radialen Abstandes zwischen Mitte des Mahlwerkzeugträgers und dem Außendurchmesser der Arbeitsfläche (7,8).
  7. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Grundfläche im wesentlichen eine kreisringartige Form hat oder die eines Kreisring- Segmentes.
  8. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Grundflächen im wesentlichen eine kegelstumpfartige Form haben.
  9. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Höhe der leistenförmigen Erhebungen (10,11) über der Grundfläche (13,14) des Mahlwerkzeuges zwischen 2 und 20 mm beträgt.
  10. Mahlwerkzeug nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Höhe der leistenförmigen Erhebungen (10,11) über der Grundfläche (13,14) des Mahlwerkzeuges zwischen 2 und 8 mm beträgt.
  11. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Breite der leistenförmigen Erhebungen (10,11) des Mahlwerkzeuges zwischen 3 und 30 mm beträgt.
  12. Mahlwerkzeug nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Breite der kanalartigen Nuten (12) zwischen den leistenförmigen Erhebungen (10,11) des Mahlwerkzeuges zwischen 8 und 20 mm beträgt.
  13. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die sich radial kürzer erstreckenden leistenförmigen Erhebungen (10) zu der der bewegten Arbeitsfläche gehören.
  14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die sich radial kürzer erstreckenden leistenförmigen Erhebungen (10) zu zwei komplementären Arbeitsflächen gehören.
EP94114918A 1993-11-06 1994-09-22 Mahlmaschine und Mahlwerkzeug zum Mahlen von suspensiertem Faserstoffmaterial Expired - Lifetime EP0661404B1 (de)

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