DE2348236A1 - Zement-asphalt-schotter-einspritzgemisch fuer gleisanlagen - Google Patents
Zement-asphalt-schotter-einspritzgemisch fuer gleisanlagenInfo
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Description
DR. ING. E. HOFFMANN · DIPJL. IiTG. W. ElTLVi · I>R. PER. NAT. K. HOFFMANN
PATENTANWÄLTE D-8000 MDNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 . TELEFON (08Π) 911087
1. Japanese' National Railways, Tokyo, Japan
2. Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan
Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch für Gleisanlagen
Die Erfindung betrifft ein Zement-Asphalt-Schötter-Einspritzgemisch
für Gleisanlagen.
Bei den bekannten Gleisanlagen ist das Ausgleichen von Unregelmäßigkeiten der Gleisanlagen und die Erneuerung
des Schotters oft notwendig, -und die Wartung der Gleisanlagen erfordert viel Arbeit. Um solchen Nachteilen vor-
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zubeugen, wurden verschiedene wartungsfreie Gleiskonstruktionennentwickelt.
Von diesen Konstruktionen ist eine durch Einspritzung von Zement-Asphalt-Mörtel (nächstehend
als Mörtel bezeichnet) unter die Betonplatte hergestellte Gleisplatte sehr vorteilhaft, weil Gleisunregelmäßigkeiten
bei der Gleisplatte kaum vorkommen und das Absinken der Gleise durch Einspritzen von Mörtel behoben'werden kann,
weswegen die Wartung von Gleisplatten sehr einfach ist.
Ein Herstellungsverfahren für die Gleisplatten soll mit
Bezug auf Fig. 1.erklärt werden. Zuerst wird Gleisbettbeton 1 aufgebracht, dann wird eine Betonplatte 2 auf dem
Gleisbettbeton 1 angeordnet und durch eine Hebevorrichtung so gesetzt, daß sie in vorbestimmter V/eise ausgerichtet
ist. Sie wird an vier Punkten durch Haltestangen gehalten. Ein zwischen Gleisbettbeton 1 und der Betonplatte 2 gebildeter Raum 3 wird mit|einem Rahmen umschlossen, Mörtel
wird in den Raum J durch Öffnungen 5 eingespritzt, und
nachdem der Mörtel eine vorbestimmte Festigkeit erreicht hat, werden die Schienen 4 gelegt.
Der nach obigem Verfahren einzuspritzende Mörtel muß folgenden Bedingungen genügen:
1) Die physikalischen Eigenschaften des Mörtels müssen der Dynamiktheorie für Gleise genügen,
2. Der Mörtel muß bearbeitbar bzw. formbar sein.
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Das heißt, Mörtelsorten mit den folgenden physikalischen Eigenschaften werden zur Herstellung der Gleisplatten
bevorzugt verwendet:
1) Der Mörtel muß eine Druckfestigkeit von 10 bis 20 kg/cm haben.
2) Der Mörtel muß eine Elastizität von 0,5 - 5.0 χ ΙΟ-3 kg/cmc
haben.
3) Der Mörtel muß bei der Einspritzung eine solche
Konsistenz haben, daß die Herunterfließzeit durch den J-Triehter 17 bis 26 Stunden dauert.
4) Nach der Einspritzung trennt sich der Mörtel nicht ab.
5) Der erhärtete Mörtel verursacht keinen Trockenschwund .
6) Der Feinheitsmodul für Sand im Mörtel ist nicht begrenzt.
Bei dem herkömmlichen Zement-Asphalt-Einspritzgemisch
wird ein Geraisch aus einer anionischen, kationischen . oder nicht ionischen Asphaltemulsion mit Zement verwendet.
Bei Verwendung dieses Zement-Asphalt-Gemisches nach dem beschriebenen Verfahren besitzt der entsprechende Mörtel
zwar ausreichende Druckfestigkeit und Elastizität, 1st jedoch noch in bezug auf andere verschiedene physikalische Eigenschaften
ungenügend.
409816/0348
Die vorliegende Erfindung sieht ein Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch
für unmittelbar einander anschließende Gleisanlagen vor, gekennzeichnet durch
folgerde Zusammensetzung:
100 Gewichtsteile Zement, 20 bis 400 Gewichtsteile einer Asphaltemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines
Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildenden Minerals, 0.1 bis 0.5 Gewichtsteile eines Elektrolyts, 0,01 bis 5>0
Gewichtsteile eines Verdickungsmittel und 0,01 bis 0,0j5
Gewichtsteile eines Treibmittels.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Zement kann Zement der Portland-Gruppe, gemischten Zement oder dergleichen
sein.
Was das erfindungsgemäß zu verwendende Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat
bildende Mineral anbetrifft, wird z. B. auf Typ K, M und S der im American Concrete Institute
Journal 1970, Nr. 8, Seite 584 bis 589 beschriebenen
Minerale verwiesen. Unter diesen Mineralen werden solche mit einem Feinheitsgrad entsprechend einem Blaine-Wert
von 4000 bis 10.000 cm /g vorzugsweise verwendet.
Das Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral wird
in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% vom Gewicht des Zements verwendet. Von den oben beschriebenen Calcium-Sulfoaluminat
bildenden Mineralien werden solche bevorzugt und verwendet,
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bei denen ein von 5 bis 20 Gew.-% des Minerals hergestellter
Zementmörtel und der restliche Zement einen freien Expansions-Koeffizienten von ungefähr 0,05 bis
0,5 % aufweist.
Wenn weiterhin ein Gemisch von 85 bis 95 Gew.-% eines
pulverförmigen Minerals der Calcium-Sulfoaluminiat-Reihe
und 15 bis 5 Gew.-% eines pulverförmigen Minerals, hauptsächlich
bestehend aus
3 CaO'^Al2O2'CaP
in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% vom Zementgewicht
verwendet wird, kann ein durch Zement-Asphalt gehärteter
Mörtel von höherer Festigkeit erzielt werden.
Das Calcium-Sulfoaluminat -Hydrat bildende Mineral bildet im entstehenden Mörtel Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat, d. h.
Etringit, und der Mörtel dehnt sich ungefähr 7 Tage lang
aus. Daher kann die Senkung des Mörtels unmittelbar nach Aufbringung durch die Wirkung des Treibmittels und des
Ettringits verhindert werden, und weiterhin findet kein Schwinden des gehärteten Mörtels aufgrund der Trocknung
statt, und im gehärteten Mörtel erscheinen keine Sprünge.
Im erfindungsgemäßen Mörtel tritt die Trixotropieerscheinung auf, und zwar durch die Einwirkung des Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat
bildenden pulverförmigen Minerals und des Verdickungsmittels. D. h. der Mörtel hat während des Misch-
und Einspritzvorgangs eine gute Fließfähigkeit, und im
409816/0343 - 6 -
statischen Zustand, nach Einspritzung des Mörtels nimmt
die Viskosität des Mörtels rasch zu und die Abtrennung von Sand kann vermieden werden.
Das erfindungsgemäß zu verwendende Eindickungsmittel umfaßt Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Stärke, Gelatine,
etc. und Gemische davon. Das Verdickungsmittel wird in einer Menge von 0,01 bis 5,0 Gew.-^ vom Zementgewicht
verwendet.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Elektrolyt umfaßt Natriumchlorid, Lithiumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid,
Magnesiumchlorid, Bariumchlorid, etc. und Gemische davon. Der Elektrolyt wird in einer Menge von
0,1 bis 5,0 Gew.-^ vom Zementgewicht verwendet. Der
Elektrolyt verhindert die Zersetzung der Asphaltemulsion und kann die Erstarrungszeit des Mörtels verlängern.
Das erfindungsgemäße Treibmittel umfaßt Aluminium, Aluminiumnitrid,
Zink, Zinn, eine Calcium-Silioium-Legierung, etc. und Gemische davon. Das Treibmittel wird in einer
Menge Von 0,01 bis 0,03 Gew.-# vom Zementgewicht verwendet.
Die Asphaltemulsion wird in einer Menge von 20 bis 4-00
Gew.-$, vorzugsweise 100 bis 3500 Gew.-^ vom Zementgewicht
verwendet. Wenn die Zusatzmenge weniger als 20 Gew.-^
beträgt, ist die Elastizität des gehärteten Mörtels zu hoch und die charakteristische Eigenschaft des Zement-
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Asphalts geht verloren. Andererseits, wenn die zugesetzte Menge 400 Gew,-$ übersehreitet, wird zum Härten des
Mörtels eine sehr lange Zeit benötigt.
Es ist erwünscht, daß die erfindungsgemäß verwendete
Asphaltemulsion beständig gegen alkalische Stoffe ist. Z. B. können erfindungsgemäS Asphaltemulsionen verwendet
werden, die kationische Oberfläehenbehandlungsmittel wie z. B. aliphatisches Aminsalz, quarternäres Ammoniumsalz,
Alkypyridiniumsalz und dgl., weiterhin Asphaltemulsionen, die anionische Oberfläehenbehandlungsmittel enthalten,
wie z. B. ein Salz einer aliphatischen Säure, Schwefelsäureester eines höheren Alkohols, ein Sulfat von
aliphatischen! Amin oder aliphatischen! Amid, Phosphorsäureester
von aliphatischen! Alkohol und dgl. und Asphaltemulsionen, die nicht ionische Oberfläehenbehandlungsmittel
enthalten, wie z. B. Polyoxiäthylen-alkyl-äther,
Polyoxiäthylen-alkylphenol-äther, Sorbit-Fettsäureester
und dgl.
Wie oben beschrieben, verändert sich die Konsistenz des mit dem erfindungsgemäßen Einspritzgemisch hergestellten
Mörtels nur wenig, besitzt auch bei Temperaturschwankungen einen niedrigen Senkprozentsatz und verursacht weiterhin
beim Härten keine Abtrennung von Rohmaterialien. Außerdem verursacht der gehärtete Mörtel keinen Trockenschwund.
Demgemäß ist das erfindungsgemäße Einspritzgemisch ein ausgezeichnetes Zement-Asphalt-Schotter-Gemisch für unmittelbar
aneinander anschließende Gleise.
- 8 -409816/0348
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben
werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.
Pig..l ist eine perspektivische Ansicht einer Gleisplatte,
Fig. 2 ' ist eine graphische Darstellung der Mörtelkonsistenz,
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Senkungs-Prozentsatzes
des Mörtels,
Fig. Λ ist eine graphische Darstellung der Abtrennung
von Rohmaterial im gehärteten Mörtel, und
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Schwundes
des gehärteten Mörtels durch Trocknen.
In Fig. 2 bis 5 werden der erfindungsgemaße Mörtel und
der des im folgenden Beispiel 1 entwickelten Vergleichstestes miteinander verglichen, um die Vorteile der voliegenden
Erfindung zu erläutern.
Ein Gemisch von 160 Gewichtsteilen einer kationischen
Asphaltemulsion, 15 Gewichtsteilen eines pulverförmigen
2
Minerals (Blaine-Wert: 6000 cm /g), hauptsächlich aus
Minerals (Blaine-Wert: 6000 cm /g), hauptsächlich aus
O.,.CaSO2, bestehend, 0,45 Gewichtsteilen Lithium-
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— Q _
Chlorid, 0,1 Gewichtsteilen einer Mischung aus Polyvinylalkohol und Carboxymethylcellulose in einem Verhältnis
von 50:50 (Gewicht), 0,013 Gewichtsteilen
pulverförmiges Aluminium, 85 Gewichtsteilen Portlandzement, 200 Gewichtsteilen Sand und 40 Gewichtsteilen Wasser wurde in einem vertikalen Mischgerät gemischt.
pulverförmiges Aluminium, 85 Gewichtsteilen Portlandzement, 200 Gewichtsteilen Sand und 40 Gewichtsteilen Wasser wurde in einem vertikalen Mischgerät gemischt.
Das oben beschriebene, hauptsächlich aus 3CaO. p^
bestehende pulverförmige Mineral wurde hergestellt, indem ein pulverförmiges Gemisch aus I9 Gewichtsteilen CaO
(Reinheit 96$), 35 Gewichtsteilen Bauxit (Reinheit 86$)
und 46 Gewichtsteilen von wasserfreiem Gips bei 13500C gebrannt wur»de.
Als Vergleich wurde ein Gemisch von 100 Gewichtsteilen Portlandzement* 200 Gewichtsteilen einer kationischen
Asphaltemulsion, 200 Gewichtsteilen Sand, 1,5 Gewichtsteilen pulverförmigen Aluminiums und 25 Gewichtsteilen
Wasser wie oben beschrieben gemischt.·
Der oben erhaltene erfindungsgemäße Mörtel und der gemäß dem Vergleichstest erhaltene wurden in bezug auf Fließzait
(Konsistenz), Senkprozentsatz, Abtrennung von Rohmaterialien, Trockenschwund, Druckfestigkeit (Reife:
28. Tag) und Elastizität (Reife: 28. Tag) geprüft.
Der Fließzeittest wurde durch Verändern der Mischzeit gemäß der nachfolgenden Tabelle· 1 durchgeführt. Der Senkprozentsatz wurde unter Verwendung von Mörtel gemessen,
der durch 20 Minuten dauerndes Vermischen des Rohmaterial-
409816/0348 -10-
gemisches hergestellt wurde. Die Prüfungen wegen Abtrennung
von Rohmaterial, Trockenschwund, Druckfestigkeit und Elastizität wurden unter Verwendung eines gehärteten
Mörtels durchgeführt, der aus dem gleichen Mörtel hergestellt worden war, wie er im Senkprozentsatztest Verwendung
gefunden hatte.
Das Testverfahren ist folgendes:
1) Pließzeit (Konsistenz):
die Zeit zum Herunterfließen (Einheit: Sekunde) einer Mörtelprobe durch einen J-Trichter von einer
Kapazität von 700 ml und einem Schenkel (leg) von
1 cm Durchmesser wird gemessen.
2) Senkprozentsatz:
Der Senksatz wird durch ein Zylinderverfahren bei einer Mörteltemperatur von 5*20 oder 350C gemessen.
3) Abtrennung von Rohmaterialien:
Vom gehärteten Mörtel von einer Dicke von 50 mm werden
in einem Abstand von 10 mm Proben von der oberen Oberfläche des Mörtels genommen. Alle Proben werden mittels
eines Soxhlet-Extraktors entnommen. Gemessen wird die Asphaltverteilung im gehärteten Mörtel.
4) Trockenschwund:
Der Trockenschwund wird durch ein vergleichendes Verfahren gemessen.
- 11 409816/0348
5) Druckfestigkeit:
Die Druckfestigkeit wird mittels einer Einachsen-Druckprüfvorrichtung
gemessen.
6) Elastizität:
Die Elastizität wird mittels eines automatischen Elastizitätmeßapparates
gemessen.
Die erzielten Resultate werden in der folgenden Tabelle 1
und in Fig. 2 bis 5 gezeigt.
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| Herunterfließzeit durch den J-Trichter (Sek.) |
Tabelle | VJl | 10 | 15 | 20 | 1 | 25 | 30 | Vergleichsversuch | 5 · 18 |
10 | 15 | Senkung um \$ nach 1 Stunde |
20 | 25 | 200C Senkung un 0,5$ nach 1 Stunde |
30 | •1 | ι ro |
ro co |
|
| Einfluß der Tempe ratur auf das Sen- Kungsverhältnis |
18 | 18 | 19 | 19 | 20 | 20 | Mischzeit (Min.) | 50 | 70 | 80 | 100 | 120 | *2 | ||||||||
| Trennung von Roh materialien |
Beispiel 1 | 50C Ausdehnun nach 6 Stunden |
2O0C y Ausdehng nach 1 Stunde |
350C .Ausdehng. nach 30 Min. |
350C . Ausdehng. um 3$nach 3 Stunden |
11 kg/cm2 · | |||||||||||||||
| Trockenschrumpfen | Mischzeit (Min.) | keine | 1.5x103 | ||||||||||||||||||
| Druckfestigkeit (Reife: 28. Tag) |
keine | ||||||||||||||||||||
| Elastizität (Reife: 28. Tag) |
12 kg/cm2 | ||||||||||||||||||||
| JS O cc OO OJ O |
1.6x1O3 | ||||||||||||||||||||
| 00 | |||||||||||||||||||||
3fel im gehärteten Mörtel ist Asphalt an der oberen Oberfläche
bis zu einer Entfernung von I5 mm in einer größeren Menge als der theoretischen Menge vorhanden.
3E2 Nach einer Reife von 28 Tagen beträgt der Schwund an der oberen Fläche des gehärteten Mörtels 1,5$
und an der unteren Oberfläche des gehärteten Mörtels 0,2 %.
Die in .den oben beschriebenen Versuchen erzielten Resultate
werden mit Bezug auf Fig. 2 bos 5 genauer erläutert,
Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Mischzeit eines Mörtels und der Herunterfließzeit (Einheit: Sekunde) des
Mörtels durch den J-Trichter.
Aus Fig. 2 geht klar hervor, daß der erfindungsgemäße Mörtel eine konstante Herunterfließzeit durch den J-Trichter
von einem Zeitraum von 18 bis 20 Sekunden aufweist.
Fig. 3 izeigt den Senkprozentsatz eines Mörtels bei Temperatiiren von 5, 20 und 55°C. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen,
daß der erfindungsgemäße Mörtel sich auch bei Temperaturveränderungen nicht wesentlich senkt.
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Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Entfernung von
der oberen Oberfläche eines gehärteten Mörtels und die in dieser Tiefe vorhandene Asphaltmenge im gehärteten
Mörtel. In Fig. 4 ist mit der Ordinate die abweichende Asphaltmenge von der theoretischen Menge im gehärteten
Mörtel dargestellt. Das Zeichen (-) bedeutet, daß die Asphaltmenge kleiner ist als die theoretische Menge,
und das Zeichen (+) bedeutet, daß die Asphalbmenge größer als die theoretische Menge ist.
Aus Fig. 4 geht klar hervor, daß der Asphalt in dem erfindungsgemaßen gehärteten Mörtel gleichmäßig verteilt
ist.
Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen Reife (Tag) eines
gehärteten Mörtels und dem Schwund des gehärteten Mörtels aufgrund der Trocknung. Aus Fig. 5 geht hervor, daß der
erfindungsgemaße gehärtete Mörtel überhaupt nicht schwindet.
.Ein Mörtel wurde unter den gleichen Bedingungen hergestellt
und getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben, nur daß ein pulverförmiges Gemisch von 13,5 Gewichtsteilen eines
Minerals der Cale'ium-Sulfoaluminat-Reihe und 1,5 Gewichtsteile
eines hauptsächlich aus 3CaO-OAIpO.,.CaF ρ
bestehenden Minerals als Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildendes Material verwendet wurde. 0,45 Gewichtsteile
Natriumchlorid wurden anstelle von Lithiumchlorid verwendet,
- 15 409816/0348
Die erzielten Resultate waren die gleichen, wie die Resultate aus Beispiel 1, außer daß der gehärtete Mörtel
bei einer Reife von 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 15 kg/cm und eine Elastizität von 1,8 χ ICK kg/cm
besaß.
Das oben beschriebene, hauptsächlich aus 3CaO. 3AIgO.,.
bestehende Mineral wurde in folgender Weise hergestellt. Ein pulverförmiges Gemisch von 44,3 Gewichtsteilen von
Aluminiumoxid (Reinheit 99,5 %), 11,9 Gewichtsteilen Calciumchlorid (Reinheit 95 <fo) und 43,8 Gewichtsteilen
Calciumcärbonat (Reinheit 99 $). wurde bei einer Temperatur
von 1,4OO°C geschmolzen und abgekühlt, und die resultierende
Schmelze wurde zu einem Blaine-Wert von 6000 cm /g pulverisiert. Durch Röntgen-Beugungsmessung wurde bestätigt,
daß das Produkt3 CaO~3Al2O,.CaF2-Mineral war.
Das oben beschriebene Mineral der Calcium-Sulfoaluminat-Reihe
hat die in der folgenden Tabelle 2 gezeigte chemische- Zusammensetzung.
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| Brenn verlust |
Unlösl. Bestand teile |
SiO2 | A^O5 | Fe2O3 | CaO insges, freies CaO |
MgO | so. | Ge samt |
| 0.7 | 0.7 | 1.3 | 7.9 | 1.0 | 51.6 (15.7) |
0.6 | 35.S | 99.9 |
- 17 -
409816/0348
Claims (1)
- - ιγ -PatentansprücheIy Zement-Asphalt-Schotter-Einspritzgemisch für Minmittelbar aneinander anschließende Gleisanlagen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:100 Gewichtsteile Zement, 20 bis ^00 Gewichtsteile einer Asphaltemulsion, 5 bis 20 Gewichtsteile eines Calcium-SuIfoaluminat-Hydrat bildenden Minerals, 0.1 bis 0.5 Gewichtsteile eines Elektrolyts, 0,01 bis 5,0 Gewichtsteile eines Verdickungsmittels und 0,01 bis 0,0j3 Gewichtsteile eines Treibmittels.2. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium-Sulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral ein Gemisch aus 85 bis 95 Gew.-^ eines pulverförmigen Minerals der Calcium-Sulfoaluminat-Reihe und I5 bis 5 Gew.-% eines hauptsächlich aus3 CaO.3AIpO,.CaF0bestehenden pulverförmigen Minerals ist.409816/03485. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß das Calcium-Aulfoaluminat-Hydrat bildende Mineral solche Eigenschaften hat, daß ein aus dem Mineral und Zement bereiteter Zement-Mörtel einen freien Expansions-Koeffizienten von 0,05 bis 0,5 besitzt.4. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurchgekennzei chnet , daß der Elektrolyt zumindest eine Verbindung der aus Natrium-Chlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und Bariumchlorid bestehenden Gruppe ist.5. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet , daß das Verdickungsmittel zumindest eine Verbindung aus der aus Polyvinylalkohol, Carboximethylcellulose, Stärke und Gelatine bestehenden Gruppe ist.6. Einspritzgemisch nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß das Treibmittel zumindest eine Verbindung aus der aus Aluminium, Aluminiumnitrid, Zink, Zinn und einer Calcium-Silicium-Legierung bestehenden Gruppe ist.409816/0348Leerseite
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Publications (3)
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| DE2348236B2 DE2348236B2 (de) | 1979-04-12 |
| DE2348236C3 DE2348236C3 (de) | 1979-12-06 |
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-
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-
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