ES2286048T3 - Dispositivo de homogeneizacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de homogeneización para la homogeneización de sustancias no viscosas con un recipiente (12), en particular un recipiente agitador, y un homogeneizador con un rotor (4) alojado de modo giratorio en una carcasa (2) y que se puede accionar por medio de un dispositivo de accionamiento (8), en el que la carcasa (2) está dispuesta y se puede fijar en el punto más inferior del recipiente (12) de tal manera que la sustancia no viscosa puede fluir desde el espacio interior del recipiente (12) a través de una abertura de entrada (14) axialmente en el espacio interior (16) de la carcasa (2), caracterizado porque está previsto un elemento (6) alojado de modo giratorio en la carcasa (2) y que se puede accionar por medio de un dispositivo de accionamiento (8) independientemente del rotor para la homogeneización y/o transporte de la sustancia no viscosa.
Description
Dispositivo de homogeneización.
La invención se refiere a un dispositivo de
homogeneización para la homogeneización de sustancias no viscosas,
con un recipiente, en particular un recipiente agitador y un
homogeneizador con un rotor alojado de modo giratorio en una
carcasa y que se puede accionar por medio de un dispositivo de
accionamiento.
Este tipo de dispositivos de homogeneización se
emplean, por ejemplo, en la industria cosmética, farmacéutica o
química en la fabricación de cremas, salvias, pastas o similares. El
homogeneizador está dispuesto, por ejemplo, en el punto más
inferior de un recipiente y homogeniza y/o dispersa la sustancia no
viscosa aplicando para ello el rotor, conjuntamente con un estator
fijo, fuerzas de cizallamiento sobre la sustancia. El homogeneizador
también podría estar colocado separado junto a uno o entre dos
recipien-
te(s). La sustancia homogeneizada se puede transportar de vuelta al recipiente o a una instalación de llenado.
te(s). La sustancia homogeneizada se puede transportar de vuelta al recipiente o a una instalación de llenado.
La homogeneización se puede influenciar en los
homogeneizadores conocidos, fundamentalmente, mediante la variación
del número de revoluciones por unidad de tiempo del rotor respecto
al estator fijo o mediante la conformación concreta del rotor y/o
del estator. En caso de un elevado número de revoluciones por unidad
de tiempo, el efecto de cizallamiento y también el efecto de
transporte del homogeneizador son mayores que en el caso de un
número reducido de revoluciones por unidad de tiempo. Una ventaja de
los homogeneizadores conocidos reside en que la fuerza de
cizallamiento y la fuerza de transporte están directamente acopladas
entre sí. Adicionalmente, para la consecución de elevadas fuerzas
de cizallamiento y número de revoluciones por unidad de tiempo del
rotor es necesario diseñar los dispositivos de accionamiento y los
motores de accionamiento de un modo correspondientemente costoso.
Otra desventaja reside en el hecho de que en el caso de un elevado
número de revoluciones por unidad de tiempo del motor, la fuerza de
cizallamiento se hace tan grande que se ejerce una influencia
negativa sobre la sustancia homogeneizada, o incluso,
eventualmente, se puede llegar a dañar.
Para poder conseguir el requerimiento de la
elevada capacidad de bombeo (efecto de transporte), y al mismo
tiempo poder reducir el efecto de cizallamiento en el caso de un
elevado número de revoluciones por unidad de tiempo, se han
desarrollado homogeneizadores que hacen posible un desplazamiento
axial del rotor relativo al estator, para incrementar las secciones
transversales de corriente libres (o ranuras) entre las aspas del
rotor y del estator (ver documento DE29608712 o documento
DE2413452). El coste constructivo para una capacidad de
desplazamiento axial de este tipo es muy elevado.
Se conocen adicionalmente dispositivos
(documentos FR-A-606508, DE553055C,
US-A-4.786.183,
WO-A-9107223, DE4209527A,
GB-A-665981,
EP-A-0335096), en los que se usan
dos elementos accionados en el mismo sentido o de modo opuesto para
moler, mezclar, homogeneizar y/o transportar. Un ajuste
independiente del efecto de transporte y del efecto de
cizallamiento sólo es posible por medio de una construcción costosa,
como por ejemplo un ajuste de la distancia entre los elementos
giratorios (por ejemplo, documento FR-A606508) o las
disposiciones de tapas o de válvulas (por ejemplo, documento
EP-A-0335096). El objetivo de la
presente invención es proporcionar un dispositivo de
homogeneización con el que, de un modo sencillo desde un punto de
vista constructivo, se pueda influenciar el efecto de
homogeneización y se pueda adaptar el efecto de cizallamiento y el
efecto de bombeo a los requerimientos correspondientes.
La invención consigue este objetivo con el
dispositivo de homogeneización del tipo mencionado al comienzo
mediante la combinación de características según la reivindicación
1.
Las formas de realización preferidas se pueden
extraer de las reivindicaciones subordinadas.
Las ventajas de la invención residen
fundamentalmente en que por medio del elemento adicional, separado y
accionable independientemente del rotor, se ejerce una influencia
en la homogeneización y transporte de modo múltiple y se puede
adaptar a los requerimientos de producción correspondientes. En
particular, por medio del ajuste y variación de la velocidad
relativa del elemento giratorio en relación al rotor se puede
ajustar el efecto de cizallamiento del rotor y del elemento
giratorio sobre la sustancia. El elemento giratorio puede ser
accionado en el mismo sentido o en dirección contraria al rotor,
para poder variar el efecto de cizallamiento de modo continuo
dentro de grandes intervalos. Adicionalmente, el efecto de
cizallamiento se puede variar independientemente de la capacidad de
transporte (es decir, de la cantidad transportada de la sustancia).
Por ejemplo, la capacidad de bombeo se puede mantener constante en
un valor dependiente del número de revoluciones por unidad de
tiempo, mientras que el efecto de cizallamiento, al girar el
elemento giratorio con la misma o similar velocidad de giro en la
misma dirección de giro se aproxima a cero. Con velocidades de giro
opuestas máximas, el efecto de cizallamiento es máximo, siendo
necesaria para el mismo efecto de cizallamiento una velocidad de
giro absoluta fundamentalmente menor en comparación con los
homogeneizadores convencionales. Según esto, los accionamientos del
homogeneizador conforme a la invención se pueden diseñar para
velocidades de giro menores.
Según una variante de la invención, el elemento
conforme a la invención está conformado como rueda de bombeo con
varias palas de bombeo, para poder conseguir capacidades de bombeo
elevadas, mientras que el rotor genera fundamentalmente el efecto
de cizallamiento del homogeneizador.
En una forma de realización alternativa se
propone que el elemento giratorio esté conformado a modo de un
estator o un rotor con aspas. En este caso se trata, en principio,
de un homogeneizador con un "estator giratorio", para poder
generar el efecto de cizallamiento máximo descrito
anteriormente.
Según una forma de realización especialmente
preferida está previsto que el elemento giratorio y el rotor estén
acoplados con dos árboles de accionamiento dispuestos de modo
coaxial entre sí para el accionamiento del elemento giratorio o del
rotor. Esta solución sencilla constructivamente ahorra espacio. Para
la reducción del peso y de los costes de material, uno de los dos
árboles de accionamiento está conformado, preferentemente, como
árbol hueco.
El alojamiento de los árboles de accionamiento
está conformado, de modo adecuado, de tal manera que el árbol de
accionamiento interior está alojado por medio de rodamientos en el
árbol exterior, y el árbol exterior, por su parte, está alojado en
una carcasa.
Para hermetizar el espacio interior del
homogeneizador respecto al entorno de un modo fiable, también frente
a diferencias de presión elevadas y, dado el caso, medios
agresivos, según una variante se propone que se prevea al menos un
retén frontal para la obturación del espacio interior de la carcasa
del homogeneizador respecto al entorno. En los espacios interiores
de un recipiente de agitado, al que se puede conectar un
homogeneizador conforme a la invención, reinan habitualmente
presiones negativas o sobrepresiones, que de este modo se pueden
dominar de un modo sencillo.
Una conformación sencilla constructivamente del
rotor y el elemento giratorio prevé que el rotor y/o el elemento
giratorio presente una placa base acoplada con el árbol de
accionamiento correspondiente desde la que sobresalgan las aspas,
que los ejes de giro de los árboles de accionamiento, en el
funcionamiento, estén dispuestos fundamentalmente de modo vertical,
y que los árboles se accionen, cada un de ellos, por medio de una
correa dentada. En lugar de una correa dentada se pueden usar
cadenas, correas trapezoidales, ruedas de fricción, ruedas dentadas
o similares.
El efecto de cizallamiento y el efecto de bombeo
se puede variar de un modo sencillo gracias al hecho de que los
motores de accionamiento del rotor y del elemento giratorio se
puedan controlar de tal manera que el rotor y el elemento giratorio
se puedan hacer girar con velocidades relativas ajustables en el
mismo sentido o en sentido opuesto, o que se accionen,
opcionalmente, o bien el rotor o bien el elemento giratorio mientras
que el otro componente permanece parado.
Otra forma de realización preferida prevé que la
carcasa del homogeneizador presente una abertura de entrada a
través de la cual el material no viscoso puede fluir desde un
recipiente de modo axial en el espacio interior, y una abertura de
salida a través de la cual la sustancia no viscosa homogeneizada
salga fundamentalmente de modo radial y/o tangencial de la carcasa,
y que estén previstas dos tuberías de realimentación que se
comunican con la abertura de salida de la carcasa, a través de las
cuales, dependiendo de la posición de la válvula de ajuste, se
puede llevar de vuelta la sustancia no viscosa a diferentes lugares
en el recipiente. De este modo, por ejemplo, la sustancia se puede
volver a llevar a la parte superior del recipiente, o bien cerca
del homogeneizador, lo que es adecuado para cantidades reducidas de
una sustancia que se haya de homogeneizar.
El efecto de cizallamiento se puede optimizar
adicionalmente gracias al hecho de que estén dispuestos engranajes
del estator fijos adicionales en una carcasa del homogeneizador.
La invención se describe a continuación a partir
de ejemplos de realización, haciendo referencia a los dibujos
anexos. Se muestra:
Figura 1 un dispositivo de homogeneización
conforme a la invención según un primer ejemplo de realización en
una vista lateral;
Figura 2 una representación en sección parcial
del homogeneizador según la Figura 1;
Figura 3 otra representación en sección parcial
del homogeneizador según la Figura 1;
Figura 4 una sección de otro homogeneizador
según un segundo ejemplo de realización en una representación de la
sección parcial;
Figura 5 una sección de otro homogeneizador
según un tercer ejemplo de realización en una representación de la
sección parcial;
Figura 6 una sección de otro homogeneizador
según un cuarto ejemplo de realización en una realización en sección
parcial;
El homogeneizador representado en las Figuras 1
a 3 del dispositivo de homogeneización está formado,
fundamentalmente, por un rotor 4 alojado en una carcasa 2, un
elemento 6 giratorio dispuesto igualmente en el interior de la
carcasa 2 para la homogeneización y/o transporte así como un
dispositivo de accionamiento 8 que acciona el rotor 4 y el elemento
6 giratorio independientemente de éste. El homogeneizador se puede
fijar por medio de una carcasa o adaptador 10 a un recipiente
agitador o similar, cuya pared 12 está representada, de tal manera
que desde el espacio interior del recipiente agitador, una sustancia
no viscosa pueda pasar a través de una abertura de entrada 14 en el
espacio interior 16 del homogeneizador de modo axial, es decir, en
la dirección de un eje longitudinal 18. En la carcasa 2 está
conformado un canal 20 circular, que presenta una abertura de
salida no representada, que se comunica con una tubería de
realimentación 22, a través de la cual la sustancia no viscosa se
puede llevar de vuelta o bien al recipiente en la región inferior o
en la región superior. Alternativamente, la sustancia se puede
transportar a una instalación de llenado.
El rotor 4 presenta una placa base 4 en forma
circular (ver Figura 2), así como varias aspas 26, 28 que sobresalen
axialmente desde la placa base 24, en la que las varias aspas 26
están dispuestas a lo largo de una línea circular interior a una
cierta distancia entre sí, y las aspas 28 están dispuestas a lo
largo de una línea circular concéntrica exterior concéntrica a una
cierta distancia entre sí. Las aspas 26 están conformadas de modo
conocido de tal manera que la sustancia que se ha de homogeneizar es
tomada por las aspas 26 y es transportada radialmente hacia el
exterior (referido al eje longitudinal 18), y con ello se solicita
con fuerzas de cizallamiento. Para el accionamiento y giro de las
aspas 26, 28, la placa base 24 está acoplada con un árbol de
accionamiento 30 interior.
El elemento 6 giratorio está conformado en el
ejemplo de realización como rueda de bombeo con varias palas de
bombeo 34 que sobresalen axialmente de otra placa base 32 en forma
de disco, que discurren a lo largo de un círculo concéntrico en
relación a las palas 26, 28, y están conformadas de modo conocido de
tal manera que la sustancia no viscosa se transporta con una
capacidad de bombeo relativamente elevada a través del
homogeneizador, llevándola al canal 20. La placa base 32 está
acoplada en una pieza con un árbol de accionamiento 36 exterior
dispuesto de modo concéntrico respecto al árbol de accionamiento 30,
que está conformado como árbol hueco. Las placas base 24 y 32 están
dispuestas, fundamentalmente, de modo paralelo entre sí.
Para incrementar el efecto de homogeneización
y/o de dispersión del homogeneizador, en la carcasa 2 están
previstos varios elementos o anillos del estator que penetran
axialmente hacia el interior del espacio interior 16, que conforman
un estator 38, que están conformados en varios niveles, en el
ejemplo de realización en dos niveles. Los elementos interiores del
estator están dispuestos, vistos en la dirección radial, entre las
palas 26 y 28, y otros elementos del estator están colocados entre
las palas 28 y las palas de bombeo 34 del elemento 6 giratorio.
El dispositivo de accionamiento 8, con el que el
rotor 4 y el elemento giratorio 6 se pueden accionar de modo
independiente entre sí, se explica a continuación a partir de las
figuras 1 y 3. Los árboles de accionamiento 30, 36 se pueden
accionar con la ayuda de ruedas dentadas 40 y 42 fijadas en las
secciones terminales, correas dentadas 44 y 46, engranajes 48, 50 o
motores eléctricos 50, 54, de manera que se accionen con números de
revoluciones por unidad de tiempo ajustables, respectivamente, en
las dos direcciones de giro, de tal manera que el rotor 4 y el
elemento 6 giratorio giren en el mismo sentido o en sentidos
opuestos. También se puede parar el rotor 4 o el elemento 6
giratorio, mientras que rota el otro componente. El engranaje 48, 50
y los motores eléctricos 52, 54 pueden estar dispuestos desplazados
o girados alrededor de ejes longitudinales 56, 58.
El árbol de accionamiento 36 exterior está
alojado por medio de dos cojinetes 60, 62, en cuyo caso se trata de
rodamientos o de cojinetes de deslizamiento, en una carcasa 64 que
está abridada en la carcasa 2 del homogeneizador. La placa base 32
del elemento 6 giratorio con sus palas de bombeo 34 está unida de
modo rígido a la torsión con una sección terminal superior del
árbol de accionamiento 36 con la ayuda de tornillos 66;
naturalmente, en lugar de los tornillos también se pueden emplear
otros medios de fijación o un modo de construcción de una pieza. En
la región inferior, la carcasa 64 está cerrada con una tapa 68 que
fija al mismo tiempo el cojinete 62.
El árbol de accionamiento 30 interior que
acciona el rotor 4 está alojado por medio de dos cojinetes 70, 72,
de modo giratorio, en el árbol de accionamiento 36. Todos los
cojinetes 62, 64, 70, 72 están llenos con suficiente lubricante
("autolubricante"), y están fijados con la ayuda de anillos de
seguridad y casquillos en las posiciones prefijadas.
Para la obturación del espacio interior 16 del
homogeneizador frente al entorno exterior, dos retenes frontales
78, 80 están previstos, cada un de ellos, con cuatro anillos
deslizantes. Alternativamente se pueden emplear otras obturaciones
de árbol, como por ejemplo anillos obturadores labiales o similares.
Un anillo deslizante superior del retén frontal 78 está unido
fijamente con la carcasa 2, mientras que un anillo deslizante
inferior está fijado con el árbol de accionamiento 36, y rota con
éste, de manera que la sustancia no viscosa no puede salirse del
espacio interior 16 al espacio interior de la carcasa 62. Un anillo
superior -en la Figura 3- del retén frontal 80 está fijado en la
parte interior del árbol de accionamiento 36, y de modo que se puede
mover relativamente a un anillo interior del retén frontal 80, que
está unido fijamente con la parte exterior del árbol de
accionamiento 30, de manera que ninguna sustancia no viscosa pueda
pasar el retén frontal 80 y pueda salir del espacio interior 16 al
espacio interior de la carcasa 64.
El ejemplo de realización representado
parcialmente en la Figura 4 de un homogeneizador conforme a la
invención, está conformado, en principio, de modo similar que el
ejemplo de realización descrito anteriormente, de manera que para
evitar repeticiones, se hace referencia a las descripciones
precedentes en toda su extensión, y en lo sucesivo únicamente se
describen diferencias. El rotor 4 se acciona por medio del árbol de
accionamiento 30, la correa dentada 44 y el engranaje 48 y el motor
de accionamiento 52. El elemento 2 giratorio se acciona por medio
del árbol de accionamiento 36 exterior, la correa dentada 46, el
engranaje 50 y el motor de accionamiento 54 independientemente del
rotor 4. El elemento 2 rotativo está provisto de palas de bombeo 34
exteriores fijadas a la placa base 32, que pasan a un disco anular
82 superior orientado radialmente hacia el interior, desde el que
están conformados elementos de aspa o de estator 84 que sobresalen
radialmente en la dirección de la placa base 24, conformados a modo
de un estator, que están dispuestos entre las aspas de bombeo 34 y
las aspas 28 o bien entre las aspas 26 y 28, y que incrementan el
efecto de cizallamiento. Los elementos del estator 84 se pueden
hacer rotar conjuntamente con el elemento 2 giratorio y las palas de
bombeo 34. Puesto que las palas 84 están conformadas a modo de un
estator convencional, y éstas se pueden hacer rotar, se puede hablar
también de un "estator dinámico".
El otro ejemplo descrito a partir de la Figura 5
se asemeja, igualmente, a los ejemplos de realización descritos
previamente, de manera que se hace referencia a las descripciones
precedentes, y a continuación se describen únicamente diferencias.
El rotor 4 accionable por medio del árbol de accionamiento 30
presenta varios nervios 86 fijados a la placa base 24 que están
unidos con un disco circular 88. Desde el disco circular 88
sobresalen axialmente penetrando hacia el interior elementos de
estator 90 conformados a modo de un estator, que se pueden hacer
girar alrededor del eje longitudinal 18. el elemento 2 giratorio,
que está acoplado con el árbol de accionamiento 36, presenta palas
92 conformadas a modo de un rotor, así como aspas de bombeo 94
exteriores. Los elementos del estator 90 están dispuestos entre la
rueda de bombeo 94 y los elementos 92.
Finalmente, por lo que se refiere al otro
ejemplo de realización representado en la Figura 6, se hace
referencia igualmente a la descripción anterior, y en lo sucesivo
se explican únicamente las diferencias. El rotor 6 acoplado con el
árbol de accionamiento 30 está conformado como en el ejemplo de
realización descrito anteriormente a partir de la Figura 5. El
elemento 6 giratorio por medio del árbol de accionamiento 36 está
conformado a modo de un estator y presenta elementos de estator 96
que sobresalen de la placa base 24.
Claims (15)
1. Dispositivo de homogeneización para la
homogeneización de sustancias no viscosas con un recipiente (12),
en particular un recipiente agitador, y un homogeneizador con un
rotor (4) alojado de modo giratorio en una carcasa (2) y que se
puede accionar por medio de un dispositivo de accionamiento (8), en
el que la carcasa (2) está dispuesta y se puede fijar en el punto
más inferior del recipiente (12) de tal manera que la sustancia no
viscosa puede fluir desde el espacio interior del recipiente (12) a
través de una abertura de entrada (14) axialmente en el espacio
interior (16) de la carcasa (2), caracterizado porque está
previsto un elemento (6) alojado de modo giratorio en la carcasa
(2) y que se puede accionar por medio de un dispositivo de
accionamiento (8) independientemente del rotor para la
homogeneización y/o transporte de la sustancia no viscosa.
2. Dispositivo de homogeneización según la
reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (2) se
puede fijar directamente o por medio de un adaptador (10) en el
recipiente (12).
3. Dispositivo de homogeneización según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento (6)
giratorio se puede accionar en el mismo sentido o en sentido
contrario al rotor (4).
4. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento
(6) giratorio está conformado como rueda de bombeo con varias palas
de bombeo (34).
5. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento
(6) giratorio está conformado a modo de un estator o un rotor con
aspas (84).
6. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
elemento (6) giratorio y el rotor (4) están acoplados con dos
árboles de accionamiento (30), (36) dispuestos coaxialmente entre
sí para el accionamiento del elemento (6) giratorio o bien del rotor
(4).
7. Dispositivo de homogeneización según la
reivindicación 6, caracterizado porque al menos uno de los
dos árboles de accionamiento (30), (36) está conformado como árbol
hueco.
8. Dispositivo de homogeneización según la
reivindicación 7, caracterizado porque el árbol de
accionamiento (30) interior está alojado por medio de rodamientos
en el árbol de accionamiento (36) exterior, y el árbol de
accionamiento (36) exterior, por su lado, está alojado en una
carcasa (64).
9. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está
prevista al menos una obturación del árbol, preferentemente un retén
frontal (78), (80) para la obturación del espacio interior (16) de
la carcasa (2) frente al entorno.
10. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
rotor (4) y/o el elemento (6) giratorio presenta una placa base
(24), (32) acoplada con el árbol de accionamiento (30), (36)
correspondiente, de la que sobresalen axialmente las aspas (34),
(38), porque los ejes de giro de los árboles de accionamiento (30),
(36), durante el funcionamiento, están dispuestos fundamentalmente
de modo vertical, y porque los árboles de accionamiento se accionan
cada uno de ellos por medio de una correa dentada (44), (46), una
correa trapezoidal o cadena.
11. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado por motores
de accionamiento (52), (54) para el rotor (4) y el elemento (6)
giratorio, que se pueden controlar de tal manera que el rotor (4) y
el elemento (6) giratorio se pueden hacer girar con velocidades
relativas ajustables en el mismo sentido o en sentidos opuestos o
bien, opcionalmente, se accionan el rotor (4) o el elemento (6)
giratorio mientras que el otro componente permanece parado.
12. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes 1 a 10, caracterizado por
motores de accionamiento (52), (54) para el rotor (4) y el elemento
(6) giratorio que se pueden controlar de tal manera que el rotor
(4) y el elemento (6) giratorio rotan cada uno de ellos en las dos
direcciones de giro.
13. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
carcasa (2) presenta una abertura de salida a través de la que sale
la sustancia no viscosa homogeneizada de modo fundamentalmente
radial y/o tangencial desde la carcasa (2), y porque están previstas
dos tuberías de realimentación (22) que se comunican con la
abertura de salida de la carcasa, a través de las cuales,
dependiendo de la posición de una válvula de ajuste, se puede
realimentar la sustancia no viscosa a diferentes lugares en el
recipiente agitador.
14. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque están
dispuestos engranajes de estator (38) fijos adicionales en la
carcasa (2).
15. Dispositivo de homogeneización según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un
árbol de accionamiento (30), (36) del rotor (4) y/o el elemento (6)
giratorio se acciona directamente por medio de un motor de
accionamiento (52, 54).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE20002920U DE20002920U1 (de) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | Homogenisator |
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