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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von Rückständen, welche ein Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Kerosin, und Öl sowie metallische Rückstände enthalten.
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Stand der Technik
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Es gibt eine Vielzahl von industriellen Verfahren und Verfahrensschritten, bei denen Rückstände entstehen, die aus Kohlenwasserstoffen, Öl und Metallen bestehen. Alle drei Bestandteile sind zu wertvoll, als dass sie einfach entsorgt werden sollten.
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Die grössten Quellen für Kohlenwasserstoffe in Abfällen sind z.B. Erdölraffinationsverfahren: Herstellung von Heizöl und Brennstoffen, Alkylierung mit Schwefelsäure, Polymerisation einer Mischung von Propen und Butan mit Phosphorsäure, Hochtemperaturisomerisation, Herstellung von Schmierölen, Rektifikation, Röhrendestillation, Siededestillation, Verkokung, katalytisches Cracken, Reformierung, Raffineriehydrierung, Hydrodesulfurierung von Erdöl, Ölbleichen durch Hydratation, indirekte Desulfurierung von Destillationsrückständen, etc.
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Bei jedem rohen Erdöl, jedem Raffinationsverfahren und jeder technologischen Behandlung bleiben Rückstände, die weder weiter verarbeitet noch genutzt werden können, und so werden diese zwangsläufig zu Raffinerieabfällen. Diese Abfälle sind unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt: "gudron", "gudron clay", veröltes Sediment, Filterkuchen, Schlamm, Schwerkraftrückstand, Zentrifugenrückstand, Desoxidationsmittelrückstand nach dem Reinigungsprozess, Säurerückstand, saurer Ölabfall, Raffinerieschlamm, fettes Sediment, Teer, "gatch", veröltes Wasser, etc.
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Die Mengen der aus Raffinationsbehandlungen stammenden Abfälle sind im Vergleich zu aufbereitetem Erdöl relativ gross und machen bei Industrieabfällen einen signifikanten Anteil aus.
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Der Benzinanteil macht den grössten Teil der Erdölprodukte aus und wird nach dem jeweiligen Verwendungszweck unterteilt: Spezialkraftstoffe, Motorbenzin, Flugzeugbenzin, Düsentreibstoff, Schwerbenzin, Kerosin, Lampenöl, Dieselkraftstoff, Heizöl, Öle (Motor-, Flugzeug-, Turbinenöl, Isolieröl, Hydrauliköl, Metallbearbeitungsöl, medizinisches, etc.). Schmier- und Schutzfette, Bitumen, Erdölwachs als Schwerfraktionskristallisat, Petrolkoks (thermisches Cracken von Destillations- und sekundären Verfahrensrückständen).
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Als weiteres solle nur beispielhaft diejenigen Kühl- bzw. Schmiermittel für Werkzeugmaschinen erwähnt werden, die bei Produktionsprozessen Anwendung finden. Hier fällt eine grosse Menge an Rückständen an, welche Kohlenwasserstoffe, Öle und metallische Rückstände beinhalten. Die
JP 09-109144 beschreibt z.B. ein Verfahren zum Fraktionieren einer Zerspanungssuspension, bei dem der Zerspanungssuspension zunächst Kerosin als Extraktionsmittel zur Erniedrigung der Viskosität zugeführt wird, um das Schneidkorn vom Kühlschmierstoff in einem Nassklassierverfahren abzutrennen. Bei dieser Druckschrift geht es um die saubere Abtrennung des Schneidkorns vom Kühlschmierstoff, nicht jedoch um die Wiedergewinnung des Kühlschmierstoffes in qualitativ hochwertiger Form, wie sie beispielsweise für die Wiederverwendung beim Sägen erforderlich ist.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, mit welchem Rückstände aus Kohlenwasserstoffen, insbesondere Kerosin, Öl und Metallen wirkungsvoll und ökonomisch aufgearbeitet werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Rückstände in einen ersten Mischkneter eingegeben werden, in welchem ein Teil der flüchtigen Bestandteile verdampft und danach in einen zweiten Mischkneter übergeführt und dort durch Verdampfung weiter verfestigt werden.
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Im Wesentlichen werden einwellige und zweiwellige Mischkneter unterschieden. Ein einwelliger Mischkneter ist beispielsweise aus der
AT 334 328 , der
CH 658 798 A5 oder der
CH 686 406 A5 bekannt. Dabei ist in einem Gehäuse eine axial verlaufende, mit Scheibenelementen besetzte und um eine Drehachse in einer Drehrichtung drehende Welle angeordnet. Diese bewirkt den Transport des Produktes in Transportrichtung. Zwischen den Scheibenelementen sind Gegenelemente am Gehäuse feststehend angebracht. Die Scheibenelemente sind in Ebenen senkrecht zur Kneterwelle angeordnet und bilden zwischen sich freie Sektoren, welche mit den Ebenen von benachbarten Scheibenelementen Kneträume ausformen.
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Eine mehrwellige Misch- und Knetmaschine wird in der
CH-A 506 322 beschrieben. Dort befinden sich auf einer Welle radiale Scheibenelemente und zwischen den Scheiben angeordnete axial ausgerichtete Knetbarren. Zwischen diese Scheiben greifen von der anderen Welle rahmenartig geformte Misch- und Knetelemente ein. Diese Misch- und Knetelemente reinigen die Scheiben und Knetbarren der ersten Welle. Die Knetbarren auf beiden Wellen reinigen wiederum die Gehäuseinnenwand.
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Diese bekannten zweiwelligen Mischkneter haben den Nachteil, dass sie aufgrund des achtförmigen Gehäusequerschnitts im Bereich der Verbindung der beiden Wellengehäuse eine Schwachstelle aufweisen. In diesem Bereich entstehen bei der Verarbeitung zäher Produkte und/oder bei Prozessen, die unter Druck ablaufen, hohe Spannungen, die nur durch aufwendige konstruktive Massnahmen beherrscht werden können.
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Ein Mischkneter der oben genannten Art ist beispielsweise aus der
EP 0 517 068 B1 bekannt. Bei ihm drehen in einem Mischergehäuse zwei achsparallel verlaufende Wellen entweder gegensinnig oder gleichsinnig. Dabei wirken auf Scheibenelementen aufgesetzte Mischbarren miteinander. Neben der Funktion des Mischens haben die Mischbarren die Aufgabe, produktberührte Flächen des Mischergehäuses, der Wellen und der Scheibenelemente möglichst gut zu reinigen und damit ungemischte Zonen zu vermeiden. Insbesondere bei stark kompaktierenden, aushärtenden und krustenden Produkten führt die Randgängigkeit der Mischbarren zu hohen örtlichen mechanischen Belastungen der Mischbarren und der Wellen. Diese Kraftspitzen treten insbesondere beim Eingriff der Mischbarren in denjenigen Zonen auf, wo das Produkt schlecht ausweichen kann. Solche Zonen sind z.B. dort gegeben, wo die Scheibenelemente auf der Welle aufgesetzt sind.
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Ferner ist aus der
DE 199 40 521 A1 ein Mischkneter der o.g. Art bekannt, bei welchem die Tragelemente im Bereich der Knetbarren eine Ausnehmung ausbilden, damit der Knetbarren eine möglichst grosse axiale Erstreckung aufweist. Ein derartiger Mischkneter hat eine hervorragende Selbstreinigung aller produktberührten Flächen des Gehäuses und der Wellen, hat aber die Eigenschaft, dass die Tragelemente der Knetbarren aufgrund der Bahnen der Knetbarren Ausnehmungen erforderlich machen, die zu komplizierten Tragelementformen führen. Daraus resultieren zum einen ein aufwendiges Herstellungsverfahren und zum zweiten bei einer mechanischen Beanspruchung lokale Spannungsspitzen an der Welle und den Tragelementen. Diese Spannungsspitzen, welche hauptsächlich bei den scharfkantigen Ausnehmungen und Dickenänderungen, insbesondere im Bereich, wo die Tragelemente auf den Wellenkern aufgeschweisst sind, auftreten, sind Auslöser für Risse in der Welle und den Tragelementen aufgrund von Materialermüdung.
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Ein Mischkneter unterscheidet sich grundlegend von einem Extruder. Während bei einem Extruder in einem entsprechenden rohrförmigen Gehäusemantel eine Schnecke dreht und so in den Schneckengängen das zu behandelnde Produkt von einem Einlass zu einem Auslass fördert, werden in einem Mischkneter ein Produktraum und ein Gasraum gebildet. Der Produktraum ist, wie der Name sagt, mit Produkt gefüllt, der Gasraum, der sich meist über dem Produktraum befindet, füllt sich bei der Behandlung des Produktes mit Gas, welches dann durch entsprechende Brüden abgezogen wird. Eine eigentliche Behandlung des Produktes, nämlich ein Mischen und Kneten und auch Transportieren findet nur im Produktraum statt, der Gasraum ist produktfrei.
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Das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren verwendet bevorzugt zwei Mischkneter, wobei die aufzuarbeitenden Rückstände diese Mischkneter nacheinander durchlaufen. Dem ersten Mischkneter vorgeschaltet ist bevorzugt noch eine Waschstufe, die beispielsweise aus einer Zentrifuge bestehen kann. In einigen Fällen hat es sich auch als ratsam erwiesen, zwei Waschstufen vorzuschalten. Danach sollte eine Homogenisierung der Rückstände erfolgen, wozu beispielsweise ein einfacher Rührkessel verwendet werden kann. Dies gilt insbesondere in den Fällen, in denen das Öl nur ungenügend in Kerosin gelöst ist. Bei Versuchen wurde festgestellt, dass die Lösung des Öls im Kerosin umso besser vonstatten geht, je höher der Prozentanteil an Öl ist. Wird beispielsweise nur 2% Öl verwendet, so findet der sogenannte Fondue-Effekt statt, d.h., es bilden sich im Kerosin Ölklumpen. Diese Ölklumpen verlangsamen das gesamte Verfahren, was darauf zurückzuführen ist, dass der Wärmeübertragungskoeffizient erniedrigt wird. Befindet sich mehr Öl im Kerosin, wird der Wärmeübertragungskoeffizient signifikant erhöht, was zu einer Beschleunigung und insgesamten Verbesserung des Verfahrens führt.
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Das Einbringen der homogenisierten Rückstände in den ersten Mischkneter erfolgt bevorzugt mittels einer Pumpe und zwar speziell mittels einer Exzenter-Schneckenpumpe, wie sie unter dem Handelsnamen Myono-Pumpe bekannt ist. Bei Versuchen hat sich hier z.B. eine andere Pumpe, nämlich die Zahnradpumpe, als äusserst ungünstig herausgestellt, da diese zum Verstopfen neigt, wenn die Feed-Zufuhr (Rückstandszufuhr) zu unregelmässig ist.
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Des weiteren sollte auch der Einlass in den ersten Mischkneter gekühlt werden, da er sonst bei einer Feedunterbrechung zum Verstopfen neigt. Dies gilt vor allem dann, wenn die Rückstände nicht eingeflasht, d.h., nicht unter Druck in dem Mischkneter angebracht werden.
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Des weiteren hat sich als wünschenswert herausgestellt, dass der Füllstand bzw. Fülllevel in dem/den Mischkneter/n durch ein verstellbares Wehr reguliert wird. Hierdurch findet eine geeignetere Steuerung des gesamten Verfahrens statt.
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Auf jeden Fall sollte die Behandlung der Rückstände in dem ersten Mischkneter unter Vakuum erfolgen, insbesondere, wenn der Kohlenwasserstoff Kerosin ist. Kerosin entzündet sich leicht, und in einem Mischkneter findet die Behandlung des Produktes unter Wärmezugabe und auch unter Reibung statt. Deswegen sollte ein Eindringen von Sauerstoff in den Mischkneter vermieden werden.
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Die Überführung des Produktes aus dem ersten Mischkneter in den zweiten Mischkneter erfolgt bevorzugt über eine flexible Leitung, die beheizbar ist, aber, bevorzugt, auch gekühlt werden kann.
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Im Gegensatz zum ersten Mischkneter soll der Eintritt des zweiten Mischkneters erwärmt werden können. Zu diesem Zweck ist eine geeignete Manschette vorgesehen.
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In dem zweiten Mischkneter erfolgt durch Evaporation eine Überführung der aus dem ersten Mischkneter kommenden pastösen Rückstände in die feste Phase statt, so dass am Austrag Feststoffe anstehen. Diese weisen aber auch relativ viel Staub auf, so dass dem zweiten Mischkneter zumindest ein Schleusenbehälter nachgeschaltet werden sollte.
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In der Praxis wurden sehr gute Ergebnisse bei Rückständen erzielt, welche ca. 50% Kerosin und etwa 6%–10% Öl enthielten. Das Kerosin verdampft und wird abgeführt, das Öl wird verfestigt und kann auf beliebige bekannte Weise von den Metallen getrennt werden. Auf diese Weise können die Metalle in Gänze zurückgewonnen werden.
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Schutz wird ebenfalls für eine entsprechende Anlage zum Aufarbeiten von oben beschriebenen Rückständen begehrt, bei der einem ersten Mischkneter ein zweiter Mischkneter nachgeordnet ist, wobei beide Mischkneter durch eine beheizbare Leitung miteinander verbunden sind. Weitere vorrichtungsbezogene Merkmale sind oben beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines Rückstandes aus Kerosin, Öl und Metallbestandteilen.
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In zwei getrennten Versuchen bestanden die Rückstände einmal aus 50 % Kerosin mit 8–10 % Ölbestandteilen und zum anderen 50 % Kerosin mit 2 % Ölbestandteilen. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Rückstände mit dem geringeren Ölbestandteil wesentlich schlechter aufzuarbeiten sind, als die Rückstände mit den höheren Ölbestandteilen. Dies lag vor allem daran, dass die Rückstände mit den geringeren Ölbestandteilen einen wesentlich schlechteren Wärmeübergangskoeffizienten hatten, als die Rückstände mit den höheren Ölbestandteilen.
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Dieser Rückstand R wird bevorzugt einer Vorbehandlung unterworfen. In einer entsprechenden Wascheinrichtung 1 kann er ein- oder auch zweimal gewaschen werden, wobei bevorzugt Fremdbestandteile ausser Kerosin, Öl und den Metallbestandteilen weitestgehend beseitigt werden.
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Nach der Wascheinrichtung 1 werden die Rückstände R homogenisiert, was beispielsweise in einem entsprechenden Rührtopf 2 geschehen kann.
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Die homogenisierten Rückstände werden jetzt in einen Aufnahmetrichter 3 übergeben, bevor sie mittels einer Pumpe 4 in einen ersten Mischkneter 5 übergeführt werden. Bei der Pumpe 4 handelt es sich bevorzugt um eine Myono-Pumpe, worunter eine Rachenexzenter-Schneckenpumpe verstanden wird. Versuche mit einer Zahnradpumpe scheiterten.
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Die Übergabe in den erster Mischkneter erfolgt über einen Einlass 6, der bevorzugt gekühlt ist. Dies sollte vor allem dann geschehen, wenn keine zusätzliche Flash-Düse benutzt wird, mit der die Rückstände unter Druck in den erster Mischkneter eingebracht werden. Ohne Kühlung des Einlasse besteht die Gefahr von Verstopfungen, insbesondere bei Unterbrechung der Zufuhr.
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In dem ersten Mischkneter erfolgt eine Eindampfen der Rückstände, wobei die entsprechenden Brüden über einen Brüdendom 7 abgeführt werden. In diesem erster Mischkneter erfolgt durch das Eindampfen ein Übergang von der flüssigen Phase in eine pastöse bzw. viskose Phase der Rückstände.
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Erfindungsgemäss ist vor einem Austrag 8 in dem erster Mischkneter ein Wehr 9 vorgesehen, welches in seiner Höhe einstellbar ist. Dieses Wehr 9 sollte auch beheizt sein und dient dazu, einen Füllstandslevel in dem erster Mischkneter zu kontrollieren.
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Die Überführung des pastösen Rückstandes von dem erster Mischkneter zu einem zweiter Mischkneter 10 erfolgt durch eine gestrichelt angedeutete Leitung 11, die bevorzugt flexibel und beheizbar ist. Allerdings ist auch vorgesehen, dieser Leitung 11 eine Kühleinrichtung 12 zuzuordnen.
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Auch ein Einlass 13 in den zweiter Mischkneter 10 sollte beheizbar sein, wodurch die Überführung des pastöse Rückstandes in den zweiter Mischkneter 10 erleichtert wird.
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In dem zweiten Mischkneter 10 erfolgt eine weitere Evaporation der Rückstände und dadurch eine weitere Verfestigung. Entsprechende Brüden werden über einen weiteren Brüdendom 14 abgeführt. Dieser Brüdendom 14 soll, wie auch gegebenenfalls der Brüdendom 7, die Möglichkeit aufweisen, einen Filter zu installieren.
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Insbesondere wird auch Wasser in den zweiter Mischkneter eingegeben. Dieses Wasser unterstützt die Verfestigung der Rückstände und führt Wärme bei der Verdunstungskühlung ab. Des weiteren hilft es auch fallweise ein Öl auszustrippen.
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An einem Austrag 15 des zweiten Mischkneters 10 stehen frei fliessende Feststoffe an. Allerdings ist auch viel Pulver in dem verfestigten Rückstand vorhanden, so dass es sich als ratsam erweist, an den Austrag 15 zumindest einen Schleusenbehälter 16 anzuschliessen.
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Ein beispielsweiser Verfahrensablauf ist folgender:
In dem ersten Mischkneter erfolgt vor allem eine Entgasung von Kerosin unter Vakuum. Hierdurch wird vermieden, dass Luft in den ersten Mischkneter gelangt, die zu einer Entzündung des Kerosin beitragen könnte. Dabei muss bedacht werden, dass das Kerosin in dem Mischkneter einer erheblichen Reibung unterworfen ist, die zu einer Temperaturerhöhung des Kerosins führt. Der Entzündungspunkt des Kerosin ist aber bereits von Natur aus sehr niedrig. Dabei wird ein Vakuumslevel 50–55 aber auch von etwa 100 mbar absolut angelegt. Die Temperatur der Rückstände liegt bei 50–195 °C. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Erhöhung des Durchsatzes zu einer wesentlichen Verbesserung des Verfahrens führt. Anfänglich wurde mit 20 kg/h gearbeitet. Dabei wurde allerdings ein so genannter Fondue-Effekt festgestellt, d.h., die Ölphase trennte sich von der Kerosinphase und bildete Klumpen. Wurde dann der Durchsatz auf 40 kg/h erhöht, blieb die Konsistenz des zu behandelnden Rückstandes homogen, und die Entgasung war wesentlich verbessert. Der Aggregatzustand am Ende des ersten Mischkneters kann als pastöse bezeichnet werden.
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Die Überführung des Rückstandes von dem erster Mischkneter in den zweiter Mischkneter erfolgt durch die bevorzugt elektrisch beheizte flexible Leitung 11. Die Beheizung erfolgt auf etwa 210 °C.
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Abhängig von der Zufuhrrate wird der zweite Mischkneter mit dem pastösen Material auf ein Maximum von etwa 60% der axialen Länge gefüllt. Die Behandlung des Rückstandes erfolgt hier bevorzugt unter Zugabe von Wasser, welches insbesondere auch die durch die Verdunstung entstehende Wärme abführt. Am Ende des zweiten Mischkneters vor dem Austrag
15 liegen die Rückstände als frei fliessende Feststoffe vor. Bezugszeichenliste
| 1 | Wascheinrichtung |
| 2 | Rührtopf |
| 3 | Aufnahmetrichter |
| 4 | Pumpe |
| 5 | Mischkneter |
| 6 | Einlass |
| 7 | Brüdendom |
| 8 | Austrag |
| 9 | Wehr |
| 10 | Mischkneter |
| 11 | Leitung |
| 12 | Kühleinrichtung |
| 13 | Einlass |
| 14 | Brüdendom |
| 15 | Austrag |
| 16 | Schleusenbehälter |
| R | Rückstand |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 09-109144 [0007]
- AT 334328 [0010]
- CH 658798 A5 [0010]
- CH 686406 A5 [0010]
- CH 506322 A [0011]
- EP 0517068 B1 [0013]
- DE 19940521 A1 [0014]