DE19906514A1 - Behälter - Google Patents

Behälter

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DE19906514A1
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Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Blasformverfahren hergestellte Behälter aus Kunststoff haben Stahlbehälter in vielen Bereichen und insbesondere in der halbleiterverarbeitenden Industrie, wo hochreine, mit Metall reagierende und durch Kontakt mit Metall verunreinigende Chemikalien verwendet werden, ersetzt. Solche Behälter werden üblicherweise aus hochdichtem Polyethylen hergestellt, wobei jede Art von Additiven des mit Anbauteilen des Behälters oder mit den Chemikalien in Kontakt stehenden Polyethylens zu vermeiden ist, da die Additive sonst in die hochreinen Chemikalien diffundieren und diese verunreinigen könnten. Solche Behälter sind u. a. von offiziellen Stellen erlassenen Bestimmungen unterworfen, welche z. B. erfordern, daß das Äußere der Behälter UV-Inhibitoren zum Verhindern oder Minimieren des Zerfalls des Behälters enthält. Die Notwendigkeit, Additive im Polyethylen an der Außenseite des Behälters sowie hochreines Polyethylen an den inneren, mit den Flüssigkeiten in Berührung stehenden Flächen zu verwenden, wurde durch Verwendung eines mehrschichtigen Kübels während des Blasformens der Behälter angegangen.
Bekannte Behälter aus Kunststoff, die zur Aufbewahrung und Verteilung hochreiner Chemikalien verwendet werden, haben einen komplexen Aufbau mit mehreren Dichtungen und sind deshalb teuer. Die Kosten erzwingen oftmals eine mehrfache anstelle einer Einweg-Verwendung. Die Komplexität ist teilweise durch die Notwendigkeit bedingt, präzise An- und Verschlüsse zu schaffen und die Nachteile des Blasformens zu überwinden. Diese Nachteile sind hauptsächlich die dem Blasformverfahren eigenen hohen Toleranzen bei der Herstellung von Gewindeoberflächen oder Dichtflächen am Anschluß der Behälter.
Bekannte Behälter verwenden im Blasformverfahren hergestellte Innengewinde an einem Stutzen, der den Anschluß des Behälters bildet. Sekundärkomponenten kommen über dieses Innengewinde mit dem Stutzen in Eingriff und schließen Dichtringe zwischen den Sekundärkomponenten und der Oberfläche oder zumindest einer nach oben gerichteten Fläche des Stutzens unter axialem Druck ein. Die im Spritzgußverfahren hergestellten Sekundärkomponenten weisen dann entsprechende Oberflächen mit Präzisionsgewinden und Dichtoberflächen zum Aufsetzen von beispielsweise Deckeln oder Entleerungsaufsätzen auf, vgl. z. B. US-Patente 5 526 956, 5 511 692, 5 667 253, 5 636 769 und 5 108 015. Üblicherweise verwenden solche Verbindungen zwischen den Sekundärkomponenten und den Deckeln bzw. Entleerungsaufsätzen axial belastete O-Ringe, welche in solchen Behältern öfter als erwünscht ausgewechselt werden müssen und durch welche die Drehmomente zum Anschließen der Deckel oder Entleerungsaufsätze genauer als erwünscht beachtet werden müssen.
Darüber hinaus beanspruchen diese Sekundärkomponenten üblicherweise erheblichen Platz, da sie mit dem Innengewinde des Stutzens des Behälters in Eingriff stehen. Dieser Platzbedarf beschränkt den für Strömungskanäle verfügbaren Platz. Zudem lassen sich die Innengewinde nur schwer reinigen.
Bekannte Behälter können Entleerungsaufsätze und Senkrohre zum Entleeren durch Ansaugen der in den Behältern befindlichen Chemikalien umfassen, welche komplex aufgebaut sind, mehrere Dichtungsflächen aufweisen und deshalb präzisionsgeformt oder -bearbeitet werden müssen.
Deckel für solche Stutzen können belüftet sein und Ventile zum Ausgleichen von im Behälter entstehendem Druck aufweisen und werden üblicherweise aus mehreren Komponenten mit nach außen hin freiliegenden Öffnungen, Perforierungen, Ansätzen sowie Kontaktstellen zwischen den Komponenten zusammengesetzt. An diesen Öffnungen etc. können sich Unreinheiten, Verunreinigungen, der Inhalt des Behälters oder andere Substanzen ablagern; sie bilden zudem einen Weg, der ein Auslaufen des Inhalts des Behälters oder ein Eindringen von Verunreinigungen in den Behälter ermöglicht.
Ein direkt mit dem Innengewinde abdichtender Deckel, z. B. in Form eines Stöpsels, erfordert im Gegensatz zu einem Deckel auf einer Sekundärkomponente ein direktes Festdrehen, wobei die Bedingung, daß der Deckel keine UV inhibierenden Additive in Kontakt mit dem Behälterinhalt haben darf, bedeutet, daß auch die Außenseite des Stöpsels frei von UV-Inhibitoren sein muß, was nicht ideal ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfacher und kostengünstiger aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Senkrohr kann einfach in den Behälter eingesetzt werden und in seiner Betriebsposition einrasten. Das Senkrohr mit kann hierbei einen Fortsatz aufweisen, der eine einfache Verbindung mit dem Behälter sowie eine verläßliche Dichtung hoher Integrität schafft. Das Senkrohr kann einfach eingesetzt und günstig hergestellt werden und gestattet somit die Einwegbenutzung des Behälters und des Senkrohrs. Man kommt bei dem Behälter infolge einfacher Konstruktion mit einer minimalen Anzahl von O-Ringen aus.
Zudem kann bei aufgesetzten Deckel, wie für einen mehrschichtigen Behälter beschrieben, das nach außen freiliegende Polyethylen des Deckels UV- Inhibitoren aufweisen, während das dem Inhalt des Behälters ausgesetzte Polyethylen keine UV-Inhibitoren enthält. Das Verschließen wird mit zwei lediglich lose miteinander verbundenen Komponenten des Deckels, einer Kappe und einer dichtenden Deckeleinlage, erreicht. Somit wird kein Drehmoment von der Kappe auf die separate, mit dem Gewinde am Stutzen in Eingriff stehende, dichtende Deckeleinlage übertragen. Zusätzlich ist das Zudrehen der Kappe weniger kritisch, da eine Radialdichtung der Deckeleinlage hiervon unbeeinflußt ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Behälters.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Blasformeinrichtung.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Stutzen mit einem Rohraufsatz.
Fig. 3A zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 3.
Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Explosionszeichnung eines Rohraufsatzes, eines Senkrohrs und eines Stutzens.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Senkrohrs aus Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Innenmanschette.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch einen mit einem Stutzen in Eingriff stehenden Deckel.
Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine Deckeleinlage in perspektivischer Ansicht von unten.
Fig. 10 zeigt die Deckeleinlage aus Fig. 9 in perspektivischer Ansicht von oben.
Fig. 11 zeigt eine Kappe.
Der in Fig. 1 gezeigte im Blasformverfahren hergestellte Behälter 22 hat eine angeschweißte Innenmanschette 24, eine Senkrohreinrichtung 26 und eine Aufsatzeinrichtung 30, welche entweder ein Rohraufsatz 32 oder ein Deckel 34 sein kann. Der Behälter 22 umfaßt zwei Anschlüsse 35, 36 mit jeweils einem Stutzen 38 und einer Anschlußöffnung 39 und im dargestellten Fall jeweils mit einer Senkrohreinrichtung 26.
Der Behälter 22 hat einen im wesentlichen flachen Boden 40, eine im wesentlichen flache Oberseite 42, zwei Kragen 44, 46, eine im wesentlichen zylindrische Außenwand 48 und einen offenen Innenraum 50 zum Aufnehmen von insbesondere hochreinen Chemikalien 52.
Eine zur Herstellung solcher Behälter 22 geeignete Blasformvorrichtung 56 umfaßt einen Behälter-Extrusionsabschnitt 58, ein Paar Formhälften 60, 62 und eine Blasnadel 64, vgl. Fig. 2. Die Blasnadel 64 umfaßt in einer bevorzugten Ausgestaltung eine spritzgußgeformte Innenmanschette 70, die vor Beginn des Blasformens aufgesetzt wird. Wenn die Formhälften 60, 62 zusammengefügt werden, wird der Behälter 22 gegen die spritzgußgeformte Innenmanschette 70 gedrückt und mit dieser verschweißt. Die Formabschnitte 76, 78 haben gewindeformende Oberflächen 80, um vorzugsweise Außengewinde am Stutzen 38 des blasgeformten Behälters 22 auszubilden. Die Innenmanschette 70 kann eine zur mechanischen Befestigung geeignete Konstruktion haben.
Anschluß 35 umfaßt einen Stutzen 38 mit einem als Sägegewinde ausgebildeten Außengewinde 80, einer oberen Kante 82 und der Anschlußöffnung 39, vgl. Fig. 3, 4, 5, 6. Im Stutzen 38 befindet sich die Innenmanschette 24 mit einer Lippe 86 und einer hier schulterartigen Eingriffsstruktur 90 mit einer Sitzfläche 92. Die Innenmanschette 24 hat eine im wesentlichen zylindrische und eine O-Ring Dichtungsfläche 98 umfassende Innenfläche 94. Der Anschluß 35 hat eine mit dem Stutzen 38 und der zylindrischen Innenfläche 94 koaxiale Achse A.
Die Senkrohreinrichtung 26 besteht aus einem Senkrohr 102, einem Rohrstutzen 104 und einem Trägerflansch 108, der einen Rand 110 und mehrere Durchtrittsöffnungen 112 aufweist. Am Rand 110 befinden sich nach unten gerichtete Finger 116 mit geneigten Keilelementen 120 und Eingriffsflächen 122.
Der Trägerflansch 108 umfaßt ein als Flansch ausgestaltetes Anschlagelement 126.
In Fig. 3 ist die Senkrohreinrichtung 26 in die Anschlußöffnung 39 eingesetzt und auf der Innenmanschette 24 sitzend mit dieser an der Schulter 90 in Eingriff stehend in die Innenmanschette 24 eingerastet dargestellt. Die Eingriffsflächen 122 der Finger 116 rasten an der Unterseite 130 der Schulter 90 ein. Das Anschlagelement 126 des Trägerflansches 108 sitzt oben auf der Schulter 90 auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenmanschette 24 an der Nahtstelle 132 zwischen dem Stutzen 38 und der Innenmanschette 24 verschweißt. Andere abdichtende Verbindungen, z. B. Klebe- oder Schraubverbindungen, können gegebenenfalls statt dessen verwendet werden.
Ein Rohraufsatz 32 besteht aus einem Körper 140 mit einem zentralen ersten Strömungskanal 142 und einem zweiten Strömungskanal 144. Der Rohraufsatz 32 weist einen Fortsatz 148 auf, der als aufgeweitetes Rohrstück ausgestaltet ist, das zum dichtenden Sitz auf dem Rohrstutzen 104 bemessen ist. Der Fortsatz 148 ist in Fig. 3A als Bohrung 147 mit einem konvergierenden Abschnitt 149 gezeigt. Um den Rohrstutzen 104 und den Fortsatz 148 befindet sich ein ringförmiger Zwischenraum 152, der in Strömungsverbindung mit dem zweiten Strömungskanal 144 ist. Die beispielsweise ringförmig ausgestalteten Durchtrittsöffnungen 112 stellen eine Verbindung zum ringförmigen Zwischenraum 152 dar und verbinden somit den zweiten Strömungskanal 144 nahe der Oberfläche 42 mit dem Innenraum 50 des Behälters 22. Der Rohraufsatz 32 umfaßt ein als Mutter ausgestaltetes Befestigungselement 156 mit einem als Sägegewinde ausgestalteten Innengewinde 160, das entsprechend dem Außengewinde 80 am Stutzen 38 geformt und bemessen ist. Der Rohraufsatz 32 hat zwei Verbindungselemente 164, 166 zum Verbinden des ersten bzw. zweiten Strömungskanals 142, 144 mit Rohrleitungen. Die Verbindungselemente 164, 166 sind hierbei als gekelchte Rohrverbindungselemente gezeigt.
Der zweckmäßigerweise im Spritzgußverfahren aus Perfluoralkoxy (PFA) hergestellte Körper 140 hat einen zylindrischen Abschnitt 170 mit einem kreisförmigen Rand 174, der in der gezeigten Ausgestaltung eine Rille für einen O- Ring 186 aufweist. Der Körper 140 hat zudem einen Flansch 180, der sich radial nach außen erstreckt und zwischen dem Befestigungselement 156 und der Oberseite 182 der Innenmanschette 24 eingespannt ist. Die Hauptdichtung zwischen dem Rohraufsatz 32 und dem Anschluß 35 ist der O-Ring 186, der in dieser Ausgestaltung eine im wesentlichen ausschließlich radial beanspruchte Dichtung bildet. Die durch das Aufklemmen des Rohraufsatzes 32 auf den Anschluß 35 entstehende axiale Kraft wirkt sich nicht auf die Klemmung des O- Rings 186 oder die Integrität der durch diesen bewirkten Abdichtung aus. Der O- Ring 186 besteht zweckmäßigerweise aus in Fluorethylen-Propylen (FEP) gekapseltem Silikon. Eine sekundäre Dichtung kann durch die Nahtstelle 188 zwischen dem Flansch 180 und der Oberseite 182 der Innenmanschette 24 gebildet werden.
Der Fortsatz 148 ist so bemessen, daß das Klemmen durch das Befestigungselement 156 eine Schulter 191 und eine entsprechende kreisförmige Eingriffsfläche 192 positioniert. Der Fortsatz 148 dichtet somit an der oberen Randfläche und ist von geeigneter Größe, so daß eine radiale Abdichtung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 198 des aufgeweiteten Rohrs und einer äußeren zylindrischen Fläche 199 des Rohrstutzens 104 bewirkt wird. Der erste Strömungskanal 142 ist entsprechend der Bohrung 206 durch die Senkrohreinrichtung 26 bemessen.
Die Senkrohreinrichtung 26 kann zweckmäßig aus separaten Spritzgußteilen oder bearbeiteten Kunststoffteilen, die verschweißt oder anders miteinander verbunden sind, zusammengesetzt sein.
Die in den Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 gezeigte Aufsatzeinrichtung 30 ist als Deckel 34 ausgestaltet. Der Deckel 34 umfaßt einen als Deckeleinlage 220 ausgestalteten Körper 212, der drehbar in ein als Kappe 222 ausgestaltetes Befestigungselement 156 mit einem an einer im wesentlichen zylindrischen Seitenwand 230 befindlichen Innengewinde 226 mit Sägezahnprofil verbunden ist. Die Deckeleinlage 220 hat einen sich nach unten erstreckenden zylindrischen Abschnitt 240 mit einer kreisausschnittförmig ausgestalteten Umrandung 242 zum Stützen eines O-Rings 244, der radial gegenüber der zylindrischen Innenfläche 94 der Innenmanschette 24 abdichtet. Die Deckeleinlage 220 kann fest und ohne Perforation sein oder alternativ eine in einer Vertiefung 252 der Deckeleinlage 220 befestigte microporöse Membran 250 aufweisen, wobei die Vertiefung 252 in einen Zwischenraum 264 zwischen der Deckeleinlage 220 und der Kappe 222 mündende und einen Verbindungsweg 270 festlegende Durchtritte 260 durch die Deckeleinlage 220 aufweist. Der Verbindungsweg 270 erstreckt sich weiterhin durch einen spiralförmigen Spalt 266 zwischen dem Innengewinde 226 mit Sägezahnprofil und dem Außengewinde 80 mit Sägezahnprofil, wobei die Innen- und Außengewinde 226, 80 so ausgestaltet sind, daß der den Verbindungsweg 270 bildende Spalt 266 unabhängig davon, ob der Deckel 34 fest oder locker auf den Stutzen 38 aufgeschraubt ist, gebildet wird.
Die Kappe 222 des Deckels 34 hat in einer bevorzugten Ausgestaltung UV- Licht inhibierende Additive. Die Deckeleinlage 220 besteht vorzugsweise aus einem hochreinen Polyethylen ohne Additive wie z. B. UV-Inhibitoren und kann aus dem gleichen hochreinen Polyethylen gebildet sein, das an der Innenseite 290 des Behälters ist. In Fig. 7 sind drei Schichten der Behälterwand durch gestrichelte Linien dargestellt. Eine innere Schicht 290 ist aus hochreinem Polyethylen und eine externe Schicht 292 üblicherweise aus Polyethylen mit einem UV-Inhibitor. Eine Zwischenschicht 294 kann aus recyceltem Abfall-Polyethylen bestehen, für welches recycelte Behälter oder beim Formen entstehende Reste verwendet werden. Somit ist bei diesem mehrschichtigen Behälter 22 mit dem Deckel 34 aus Fig. 7 kein UV-Inhibitoren enthaltendes Polyethylen dem Inhalt des Behälters 22 ausgesetzt und, wenn der Deckel 34 geschlossen ist, kein hochreines Polyethylen nach außen freigelegt.
Wie auch bei Fig. 3 befindet sich hier die O-Ring-Dichtungsfläche 98 für den O-Ring 242 an einer aufrechten, im wesentlichen vertikalen und keine Rillen aufweisenden zylindrischen Seitenwand 94, vgl. Fig. 8. Dadurch wird eine Dichtung mit einer minimalen oder keiner axialen Belastung des O-Rings 242 geschaffen, d. h. eine im wesentlichen ausschließlich radial belastete Dichtung, die eine längere Lebensdauer der Dichtung ermöglicht und bezüglich des Zudrehens der Kappe 222 wenig kritisch ist.

Claims (21)

1. Behälter (22) aus Plastikmaterial mit einem an seiner Oberseite vorgesehenen, vorstehenden, mit Außengewinde (80) versehenen, eine Durchtrittsöffnung (39) bildenden Stutzen (38), auf dem eine Entnahmeeinrichtung aus Plastikmaterial mittels eines aufschraubbaren Befestigungselements (156) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungsaufsatz ein sich bis zum Boden (40) des Behälters (22) erstreckendes Senkrohr (102) mit einem von der Anschlußöffnung (39) aufgenommenen Rohrstutzen (104) sowie ein Aufsatzteil (30) hierfür umfaßt, das einen O-Ring (186) an einem von dem Stutzen (38) aufgenommenen Abschnitt zum Eingriff mit einer Innenfläche (94) des Stutzens (38) trägt und/oder einen in dichtenden Eingriff mit dem Rohrstutzen (104) bringbaren Fortsatz (198) aufweist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkrohr (102) in die Durchtrittsöffnung (39) einsetzbar ist.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (104) mit einem Trägerflansch (108) versehen ist, der auf einer Schulter (92) an der Innenseite des Stutzens (38) sitzt und wenigstens eine Durchtrittsöffnung (112) aufweist.
4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (38) mit einer Innenmanschette (24) versehen ist.
5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (38) und die Innenmanschette (24) miteinander verschweißt sind.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Strömungskanäle (142, 144) vorgesehen sind, von denen einer vom Senkrohr (102) in den Rohrstutzen (104) führt.
7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkrohr (102) mit dem Stutzen (38) fest verbindbar ist.
8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkrohr (102) über eine Rastverbindung mit dem Stutzen (38) fest verbindbar ist.
9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (198) aufgeweitet ist.
10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (198) durch Aufschieben auf den Rohrstutzen (104) mit diesem in dichtenden Eingriff bringbar ist.
11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsatzteil (30) benachbart zu einer Aufnahmenut für den O-Ring (186) zu seinem freien Ende hin gegenüber der Innenseite des Stutzens (38) zurückversetzt ist.
12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (186) im Dichtungseingriff axial im wesentlichen unbelastet ist.
13. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (156) deckelartig ausgebildet ist.
14. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (80) Sägezahnprofil besitzt.
15. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel (34) vorgesehen ist, der eine Deckeleinlage (220) mit einem zylindrischen, von der Durchtrittsöffnung (39) aufnehmbaren Ring (240) aufweist, der einen mit dem Stutzen (38) in dichtenden Eingriff bringbaren O-Ring (244) trägt, und eine umlaufende Auflagefläche zum dichtenden Eingriff mit der Oberseite des Stutzens (38) bei aufgeschraubtem Deckel (34) besitzt.
16. Behälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckeleinlage (220) in den Deckel (34) drehbar eingesetzt ist.
17. Behälter nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (34) ein Innengewinde mit Sägezahnprofil aufweist und so bemessen ist, daß es zum Außengewinde (80) mit Sägezahnprofil einen Spalt bildet, wobei die Deckeleinlage (220) einen über den Spalt mit dem Außenraum verbundenen, durch eine gasdurchlässige und flüssigkeitsundurchlässige Membran (250) verschlossenen Durchtritt zum Innenraum des Behälters aufweist.
18. Behälter nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (34) eine Kappe (222) umfaßt, die aus thermoplastischem Material spritzgegossen ist.
19. Behälter nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (34) eine im Blasformverfahren hergestellte Kappe (222) umfaßt, die aus mindestens einer inneren und einer äußeren Schicht aus thermoplastischem Material besteht, wobei die äußere Schicht mit UV-Inhibitoren versehen ist.
20. Behälter (22) aus Plastikmaterial mit einem an seiner Oberseite vorgesehenen, vorstehenden, eine Durchtrittsöffnung (39) bildenden Stutzen (38), einer in die Anschlußöffnung (39) einsetzbaren und einrastbaren Senkrohreinrichtung (26) und einem abdichtend aufsetzbaren Entleerungsaufsatz aus Plastikmaterial, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
21. Deckel für einen Behälter, nach einem der Ansprüche 15 bis 19 ausgebildet.
DE19906514A 1998-02-19 1999-02-17 Behälter Withdrawn DE19906514A1 (de)

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