DE7419672U - Filterelement fuer zigaretten o.dgl. stabfoermige tabakerzeugnisse - Google Patents
Filterelement fuer zigaretten o.dgl. stabfoermige tabakerzeugnisseInfo
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- A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
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- Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Description
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ftP
575 b
26.1.1974
26.1.1974
R. J. Reynolds Ind., Inc. Winston-Salem, N.C. 27102, U.S.A.
FILTERELEMENT
Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit einem porösen Körper stabförmiger Gestalt, insbesondere für stabförmige
Tabakerzeugnisse.
Einer der wichtigsten Zwecke von Filtern für Tabakrauch - nachfolgend durchgehend als Zigarettenfilter bezeichnet,
obwohl derartige Filter auch bei Zigarren und insbesondere auch bei Zigarillos Verwendung finden können,-besteht
darin, den gesamten Feststoffgehalt des Rauchs zu reduzieren, welcher von dem Benutzer inhaliert wird. Zigarettenfilter
dienen auch dazu, die Zusammensetzung des Rauchs dadurch zu verändern, daß sie bestimmte Verbindungen
aus den Dämpfen des Tabakrauchs entfernen.
In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Typen von Zigarettenfiltern entwickelt, um den Feststoffgehalt des
Zigarettenrauchs zu verringern. Zwei der in jüngster Zeit entwickelten Filtertypen sind dabei die sogenannten Vielströmungs
(multi-jet)- bzw. Prallflächen*Filter sowie die sogenannten HD-HS (high density-high surface area)- Filter,
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welche einerseits eine hohe Dichte, und andererseits eine große Oberfläche besitzen.
Bei den Prallflächenfiltern wird der Rauchstrom mit Hilfe
von Öffnungen und/oder Querschnittsbegrenzungen in mehrere kleine Rauchströme aufgeteilt } (daher auch die Bezeichnung
Vielströmungsfilter), wodurch die Geschwindigkeit des Rauchs
erhöht wird. Die Rauchströmungen werden gegen eine Prallfläche geleitet ( daher die Bezeichnung Prallflächenfilter)
so daß die Feststoffpartikel im Rauch auf die Prallfläche auftreffen und sich an der Oberfläche derselben sammeln.
Hierdurch werden Feststoffe aus dem zu inhalierenden Rauch entfernt. Beispiele für derartige Filter sind beispielsweise
in den US-Patentschriften 3 612 064, 3 626 952 und 3 631 867 beschrieben.
Eines der schwierigsten Probleme beim Einsatz von Prallflächenfiltern
besteht in der Herstellung derselben. Die meisten Prallflächenfilter besitzen einen gegossenen oder
extrudierten Kunststoffkörper mit mehreren Rauchkanälen und Prallflächen. Die Verwendung der starren Kunststoffkörper
führt bei der derzeitigen Zigarettenproauktion zu zahlreichen Problemen in den einzelnen Vorrichtungen, und zwar infolge
der Geschwindigkeit, mit welcher die Zigarettenmaschinen laufen müssen, um die Zigaretten bei annehmbaren Stückkosten
herzustellen.
Der zweite Typ, der in jüngster Zeit entwickelten Zigarettenfilter,
nämlich das sogenannte HD-HS-Filter, wird im allgemeinen aus Zelluloseazetat hergestellt, d.h. aus einem Filtermaterial,
wie es heute hauptsächlich in der Zigaretten-
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Industrie Verwendung findet. Das Arbeitsprinzip des HD-HS-Filters besteht darin, die Geschwindigkeit des Rauchs zu verringern,
und diesen durch ein dichteres Filtermedium zu leiten.
Die verringerte Geschwindigkeit des Rauchs in HD-HS-Filtern wird erreicht, indem man die Fläche erhöht, durch
welche der Zigarettenrauch hindurchgeleitet werden kann. Bei dieser niedrigeren Geschwindigkeit ergibt sich eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit dafür, daß in dem Rauch enthaltene Feststoffe beim Durchlaufen des dichteren Filtermediums an
den Filterfasern hängen bleiben und damit aus dem zu inhallierenden Rauch entfernt werden. Verschiedene Beispiele
für derartige HD-HS-Filter sind in den U.S. Patentschriften j* 533 416; 3 69O 326 und 3 678 94l beschrieben.
Einer der Hauptnachteile der HD-HS-Filter ist darin zu sehen, daß größere Mengen an Zelluloseazetat benötigt werden,
um eine höhere Dichte des Filterstoffes zu erreichen.
Man sieht leicht, daß bei Erhöhung der Menge des für die Filter benötigten Materials die Stückkosten stark ansteigen.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement vorzuschlagen, welches bei zumindest gleicher
Filterleistung wie die Prallflächen- und die HD-HS-Filter bei der Herstellung der Tabakerzeugnisse, speziell
der Zigaretten, keine Schwierigkeiten mehr mit sich bringt bzw. im Vergleich zu den HD~HS-Filtern zu einem günstigeren
Preis herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Filterelement der eingangs beschriebenen Art gexöst, welches dadurch
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gekennzeichnet ist, daß ausgehend von jeder Stirnfläche des Körpers jeweils mindestens ein Hohlraum in demselben
vorgesehen ist, und daß von verschiedenen Stirnflächen ausgehende Hohlräume in Richtung der Längsachse des Faserkörpers
gegeneinander versetzt sind.
Das Filterelement gemäß vorliegender Erfindung, besitzt eine hervorragende Filterwirkung, und kann mit annähernd
der gleichen Menge Zelluloseazetat hergestellt werden, wie sie für übliche Zigarettenfilter aus Zelluloseazetat erforderlich
ist.
Ein weiterer Vorteil des Filterelements gemäß der Erfindung besteht darin, daß bei guter Filterwirkung der Druckabfall
längs des Filterelements einen akzeptablen Wert besitzt. Ein wesentlicher Vorteil des Filterelements gemäß der Erfindung
besteht schließlich auch darin, daß es mit den bisher üblichen Maschinen zur Fertigung von Filterelementen
herstellbar ist, ohne daß an den Maschinen größere Änderungen durchgeführt werden müßten.
Obwohl die Ursachen der hervorragenden Filterwirkung der Filterelemente gemäß der Erfindung noch nicht abschließend
erforscht sind, scheint diese gute Filterwirkung darauf zurückzuführen sein, daß sich bei dem erfindungsgemäßen Filterelement
eine Kombination der Prinzipien der vorstehend beschriebenen Prallflächenfilter und HD-HS-Filter ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Filterelement einen porösen Filterkörper mit einer
Außenfläche und mit Stirnflächen. Der Filterkörper ist
mit einer Anzahl von langgestreckten Bohrungen bzw. Kammern
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versehen, die sioh ausgehend von der einen Stirnfläche etwa
über die halbe Länge des Filterkörpers erstrecken. Die Bohrungen sind im wesentlichen parallel zur Längsachse des
Filterkörpers und radial im Abstand von der Längsachse angeordnet.
Von der anderen Stirnfläche erstreckt sich eine Mittelkammer bzw. Mittelbohrung, welche konzentrisch zur
Längsachse des zylindrischen Filterkörpers ausgebildet ist, ebenfalls etwa über die halbe Länge des Filterkörpers.
Es sit möglich, das eine oder das andere Ende des Filterelements an das Tabakwarenerzeugnis bzw. den Tabak angrenzen
zu lassen, wobei die Verbindung mit Hilfe eines äußeren, röhrenförmigen Elements, bzw. einer Mundstückhülse
erfolgt, und zwar derart, daß entweder die mehreren Bohrungen oder die einzige Mittelbohrung sich auf der frei
zugänglichen Seite des Filterelements befindet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand einer Zeichnung näher erläutert, und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte Detaildarstellung einer Filterzigarette mit einem Filterelement
gemäß der Erfindung, wobei Teile der. Mundstückhülse zur Verdeutlichung weggebrochen
sind;
Fig. 2 eine Stirnansicht des Filterendes der Zigarette gemäß Fig. Ij
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. H einen Längsschnitt längs der Linie M-4
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in Pig. 3;
Pig. 5 eine Stirnansicht einer abgewandelten
Ausführungsform eines Filterelements gemäß
der Erfindungj
Fig. 6 einen Teil eines Längsschnitts längs der Linie 6-6 in .Fig. 5;
Fig. 7 einen schematischen LÄngsschnitt durch ein Filterelement gemäß der Erfindung zur Verdeutlichung
des Verlaufs de:1 Rauchströme;
Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Detaildarstellung einer Filterzigarette mit einem
Filterelement gemäß der Erfindungj dessen mit einer einzigen Mittelbohrung versehenes
Ende dem Tabak zugewandt ist;
Fig. 9 eine Stirnansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Filterelements, und
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung des Filterelements gemäß Fig. 9.
'in Fig.1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 die gesamte dort
teilweise dargestellte Filterzigarette, welche im wesentlichen aus einem Tabakteil 12 und einem Filterteil 14 besteht. Der
Tabakteil 12 umfasst eine Tabaksäule 1C, welche in üblicher Weise nit einem Zigarettenpapier 18 umhüllt ist. Der Filterteil
14, der in Fig.1 gezeigten Filterzigarette besteht aus einem Filterelement 20 mit einem
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im wesentlichen zylindrischen Körper 24, welcher eine Länge zwischen etwa 20 und 30 mm besitzen kann, und vorzugsweise
25 mm lang ist, und dessen Umfang annähernd 24,5 mm beträgt. Der zylindrische Körper 24 besteht aus einem Filtermaterial,
wie z.B. faserförmigem Zelluloseazetatmaterial,
mit einem Denier- Faden titer-Verhältnis zwischen 1,6/45 und 1,6/60 000 bei Verwendung von üblichen Fasern ( mit
Y-förmigem Querschnitt ), welches einen geeigneten Weichmacher enthält, um einen Zusammenhalt zwischen den gebündelten
Fasern zu erzielen.
Als optimales Denier- Faden titer-Verhältnis hat sich ein Wert von 1,6/ 52 000 erwiesen. Das Gewicht eines 100-mm-Abschnitts
des Filterelements, liegt zwischen 0,7 und 0,8 g, wobei sich bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,74 g als
Optimalwert ergeben haben. Hierdurch wird die Menge des in dem erfindungsgemäßen Filter verwendeten Zelluloseazetatmaterials
etwa 40$ geringer als bei den derzeit bekannten HD-HS-Filtern.
Mit dem äußeren Umfang des Körpers 2 4 ist eine röhrenförmige Filterhülse 26 üblicher Art verbunden. Die Filterhülse
26 besteht aus einem undurchlässigen, blattförmigen Material, und es kann jedes gewünschte Klebemittel bzw. jeder gewünschte
Leim, der auch sonst bei der Fertigung von Zigaretten verwendet wird, auf das Material der Filterhülse 26 aufgebracht werden, um eine luftdichte Verklebung zwischen dem
Körper 24 und der Filterhülse 26 zu schaffen, so daß der Rauch durch die gesamte Länge des Körpers 24 hindurchlaufen
muß und nicht längs des äußeren Umfangs desselben austreten kann. Das Filterteil 20 ist mit dem Tabakteil 12 über ein
t Mundstückpapier 22 verbunden.
Wie aus den Fig. 3 und 4 deutlich wird, sind in dem
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Körper 2 4 mehrere Hohlräume in Form von länglichen Kammern
28, 30 und 32 vorgesehen, die von der einen Stirnwand
34 des Körpers 24 ausgehen welche bei dem Ausführungsbeispi
el gemäß Fig. 1-4 der Tabaksäule benachbart ist. Die. Kammern verlaufen alle parallel zur Längsachse des zylindrischen
Körpers 24 und sind in radialer Richtung gegenüber dem Mittelpunkt der Stirnseite 34 versetzt. Es versteht sich,
daß obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeipiel drei Bohrungen bzw. Kammern 28, 30, 32 vorgesehen sind, welche an
einem Ende des Körpers 24 in regelmäßigen Abständen längs eines Kreises angeordnet sind, auch eine andere Anzahl von
Bohrungen vorhanden sein kann, welche unregelmäßig angeordnet sein können, wenn dies erwünscht ist, solange nur
eine Bedingung eingehalten wird, auf die weiter unten noch eingegangen werden soll. Die Figuren 3 und 4 zeigen Hohlräume
bzw. Kammern oder Bohrungen zylindrischer Gestalt; die Hohlräume können jedoch eine beliebige Form besitzen.
Die Bohrungen 28, 30 und 32 sind ungefähr 12 mm tief und besitzen einen Durchmesser von etwa 1,27 mm. Der Kreis,
auf welchem die Mittelpunkte der Bohrungen liegen, besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 5,7 mm.
Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist an der der Stirnseite 34 gegenüberliegenden Stirnseite 38 des Körpers
24 ein einziger Hohlraum bzw. eine Mittelbohrung 36 vorgesehen, die konzentrisch zur Längsachse des Körpers 24
angeordnet ist. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Mittelbohrung 36 im Bereich der Stirnfläche 38 etwa 4 mm
und verringert sich in Richtung auf das Innere des Körpers 24, wo die sich kegelförmig zuspitzende Mittelbohrung 36
in einer Tiefe von etwa 12 mm endet. Bei den angegebenen Abmessungen ergibt sich ein Abstand von etwa 1 mm zwischen
den Enden der von den beiden Stirnflächen 34 bzw. 38 in den
zylindrischen Körper 24 hineinragenden Hohlräume, Kammern,
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bzw. Bohrungen.
Die beschriebene Ausführungsform eines Filterelements gemäß
der Erfindung kann, wie dies die Figuren 5 und 6 zeigen, dadurch modifiziert werden, daß man ein Mittelstück 40
des Körpers 24 im Bereich der Stirnseite 34 so formt, daß
sich eine gewölbte Oberfläche 42 ergibt. Die gewölbte Oberfläche 42 fördert die Umlenkung des Rauchstromes in die
Bohrungen 28 bis 32.
Ohne daß die Verhältnisse bis jetzt im einzelnen genau untersuch worden wären, besteht doch Grund zu der Annahme,
daß bei Filterelementen gemäß der Erfindung, sowohl das Arbeitsprinzip der Prallflächenfilter als auch das Arbeitsprinzip
der HD-HS-Filter wirksam ist. Wie aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 7 deutlich wird, tritt
der Rauch in die Bohrungen 28 bis 32 ein, und wird dort wegen des geringen Querschnitts dieser Bohrungen beschleunigt.
Der Rauch trifft dann auf die Endflächen 46 und 48 der Bohrungen auf, und es beginnen sich Feststoffpartikel
in diesem Bereich des Fasermaterials zusammenzuballen. Die Rauchströme verlaufen zunächst von den Endflächen 46 und
48 der Bohrungen 28 bis 32 längs der Pfade 50 und 52 zu
der Mittelbohrung 36. Wenn die Konzentration von Feststoffen am Ende der Bohrungen ansteigt, besteht eine größere
Wahrscheinlichkeit, daß Feststoffpartikel im Rauch auf andere Feststoffpartikel treffen, die bereits an den Fasern
des Filtermaterials hängen, so daß sich eine verbesserte Filterwirkung ergibt. Ferner wird angenommen, daß dann,
wenn die Konzentration der Feststoffpartikel am Ende der Bohrungen so groß wird, daß der Rauch kaum noch durch diese
Bereiche zu dringen vermag, die Rauchströme sich einen anderen Pfad geringeren Widerstandes suchen, indem sie durch
die Seitenwandungen der Bohrungen 28 bis 32 ausströmen.
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Diese neuen Pfade für die Rauchströme sind in Fig. 7 mit den
Bezugs zeichen 56 und 58 bezeichnet. Dabei verringert sich
die Geschwindigkeit des Rauchs, so daß eine höhere Wahrscheinlichkeit
besteht, daß die Feststoffpartikel im Rauch längs der quer zu den Fasern verlaufenden Pfade 56, 58 in
Kontakt mit dem Fasermaterial gelangt. Es wird ferner angenommen, daß ein Teil des Rauchs den Mittelteil 40 des Filterelements durchläuft bzw. daß der Rauch außer in die Bohrungen
28, 32 auch in die übrigen Teile der Stirnfläche eintritt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Mittelbohrung
36 werden einerseits die Pfade für die Rauchströme festgelegt und außerdem wird der Druckabfall über dem Filterelement
innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten.
Ein Filterelement der vorstehend beschriebenen Art kann wie dies Fig. 8 zeigt, auch so mit dem Tabakteil 18 verbunden
werden, daß die Mittelöffnung 36 der Tabaksäule l6 zugewandt
ist. Bei dieser Anordnung erfolgt die Filtration im wesentlichen in der gleichen Weise wie dies vorstehend beschrieben
wurde. Der Rauch tritt in die Mittelöffnung 36 ein, und wird in dieser beschleunigt, bis er auch die Endflächen
auftrifft. Der Rauch strömt dann quer zum Fasermaterial
in die kleineren Bohrungen 28 bis 32, die sich am anderen Ende des Körpers 24 befinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche in
den Figuren 9 und 10 dargestellt ist, sind an dem einen Endes des Körpers 2 4 wieder drei Bohrungen 28, 30 und 32
vorgesehen. Am anderen Ende des Körpers 24 sind wiederum drei Bohrungen 28', 30' und 32' vorgesehen. Die beiden Sätze
von Bohrungen 28 bis 32 bzw. 28' bis 32' sind wie die Figuren 9 und 10 zeigen winkelmäßig gegeneinander verdreht,
um die Filterwirkung quer zu den Fasern des Filtermaterials zu erhöhen. Die Bedingung,daß· Bohrungen an gegenüberliegenden
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Enden des Körpers 2k nicht miteinander fluchten, ist auch
die einzige Bedingung, welche zu beachten ist, wenn die Bohrungen unregelmäßig angebracht werden. Eine Betrachtung
des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9 una 10 läßt ohne
weiteres erkennen, daß auch hier die Filterung in ähnlicher Weise erfolgt, wie dies oben besprochen wurde. Es ergibt
sich wiederum sowohl eine Prallflächenfilterung als auch
eine Filterung durch quer zum Fasermaterial verlaufende Rauchströme.
Aus der vorstehenden Beschreibung und aus den Zeichnungen
wird deutlich, daß das verbesserte Filterelement gemäß der Erfindung einen Rauchfilter darstellt, welcher Feststoffpartikel
wirksam aus dem Rauch entfernt. Das äußerst wirksame Filterelement gemäß der Erfindung kann mit Vorteil aus
Zelluloseazetatmaterial hergestellt werden, wobei dio Menge des erforderlichen Zelluloseazetats gegenüber bekannten
Filtern mit hoher Leistungsfähigkeit noch beträchtlich verringert ist.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in manigfacher Weise abgeändert
werden können, beispielsweise durcn Änderung des Musters für die Hohlräume bzw. Bohrungen, durch Abänderung
der Zahl der Bohrungen, durch Änderung der Tiefe und der Form der Bohrungen ohne den Grundgedanken der Erfindung zu
verlassen.
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Claims (12)
1. Filterelement mit einem porösen Körper stabförmiger
Gestalt insbesondere für stabförmige Tabakerzeugnisse, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von jeder Stirnfläche
(34,38) des Körpers (24), jeweils mindestens ein Hohlraum (28 - 32, 36) vorgesehen ist, und daß von
verschiedenen Stirnflächen (34, 38) ausgehende Hohlräume
(28 - 32, 36) in Richtung der Längsachse des Körpers (24) gegeneinander versetzt sind.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest von einer Stirnfläche (34, 38) mehrere
Hohlräume (28 - 32, 28' - 32') ausgehen.
3. Filterelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24) ein zylindrischer Körper
ist.
4. Filterelement nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet,
daß sich von einer der Stirnflächen ein Hohlraum in Form einer zur Längsachse des Körpers (24)
koaxialen Mittelbohrung in den Körper (24) erstreckt.
5. Filterelement nach Anspruch 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet,
daß sich von beiden Stirnflächen (34, 38) jeweils mehrere Bohrungen (28 - 32, 28' - 32') in das
innere des Körpers (24) erstrecken.
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k - 125
21.V.1976
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6. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24) von einer röhrenförmigen Hülse umgeben ist, über welche er mit dem
Tabakteil des Tabakerzeugnisses verbindbar ist.
7. Filterelement nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Mittelbohrung (36) gegenüberliegenden
Hohlräume (28 bis 32) angrenzend an die innere Stirnseite des Filterelements vorgesehen sind.
8. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (40) des
Körpers (24) an einem mit mehreren Hohlräumen (28 bis 32) versehenen Ende desselben eine gewölbte Oberfläche (42)
besitzt.
9» Filterelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale
Mictelbohrung (36) angrenzend an die innere Stirnseite
des Filterelements vorgesehen ist.
10. Filterelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24)
kreisförmige Stirnflächen (34, 38) besitzt.
11. Filterelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24)
aus einem Fasermaterial besteht.
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A 40 575 b - 14 -
k - 125 21.V.1976
12. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus faserförmigem Zelluloseazetatmaterial
besteht.
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