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Niederschlaggerät mit Elektroden
Die Erfindung betrifft ein Niederschlaggerät mit Elektroden. Der beste Abscheidungsgrad wird bei sol- chen Niederschlaggeräten bekanntlich dann erreicht, wenn es gelingt, die Gleichspannung an den Elek- troden im Gebiet der Coronaentladung zu halten, die die Vorstufe zur Lichtbogenentladung darstellt. Dies ist aber verhältnismässig schwierig, da sich die Widerstandsverhältnisse im Filter häufig und sehr unter- schiedlich ändern. Diese Änderungen bewirken, dass die angelegte Gleichspannung entweder zu niedrig ist und infolgedessen nur ein schlechter Abscheidungsgrad erreicht wird, oder zu hoch ist, so dass es, be- dingt durch die Spannungserhöhung, zu Lichtbogenentladungen kommt, was nach Möglichkeit vermieden werden soll.
Bei einem Teil der bekannten Anlagen wird die Spannungsregulierung von Hand mit Hilfe regelbarer
Widerstände, Dreh- oder Regeltransformatoren im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators vor- genommen. Das bedingt jedoch eine ständige, sorgfältige und deshalb kostspielige Überwachung der An- lage.
Es sind aber auch bereits Anlagen bekannt geworden, die weitgehend automatisch und in Abhängig- keit vom Primärkreis arbeiten, um auf diese Weise die Gleichspannung im Bereich der Coronaentladung zu halten ; jedoch erfordern diese durchweg einen verhältnismässig komplizierten und teuren Schal- tungs- und GerÅateaufwand, ohne dass sie in der Praxis zu befriedigen vermochten.
In neuerer Zeit ging man dazu über, die Spannungsregelung mit Hilfe von spannungs- oder strom- steuernden Transduktoren vorzunehmen. Die Wirkungsweise ist folgende :
Mit Hilfe einer von Hand einstellbaren Gleichspannung wird die Erregerwicklung des Transduktors so weit ausgesteuert, bis die optimale Filterspannung erreicht ist. Tritt nun im Filter ein Überschlag auf, so sinkt, verursacht durch den angestiegenen Primärstrom, die Primärspannung und damit auch die Sekundärspannung so weit ab, bis der Überschlag beseitigt ist, worauf sich wieder der normale Betriebszustand einstellt.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass der Kurzschlussstrom im Verhältnis zum Nennstrom sehr hoch ist. Diesen Nachteil hat man dadurch zu beseitigen versucht, indem man die bei Kurzschluss zusammengebrochene Primärspannung oder den stark angestiegenen Primärstrom zur zusätzlichen Aussteuerung des Transduktors mitbenutzt. Dies erfordert wiederum einen beträchtlichen Aufwand an Transformatoren, Gleichrichtern und Relais usw.
Es ist aber auch schon bekannt, Transduktoren, die bei Niederspannungsanlagen Verwendung finden können, zusätzlich durch sekundärseitige Grössen zu steuern.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass sich die für Niederspannungsanlagen brauchbaren Transduktoren überhaupt nicht für Hochspannungsanlagen verwenden iassen, da im mittleren Schenkel der Compounddrossel, offenbar infolge nur geringer Ungleichheiten der äusseren Schenkel, derart hohe Wechsels pannungen auftreten, dass Spuleni'berschläge stattfinden, die auch eine Zerstörung der Drossel herbeizuführen vermögen. Versuche, mittels der gebräuchlichen Massnahmen die aufgezeigten erheblichen Mängel zu beseitigen, waren praktisch ergebnislos.
Die Mängel der bekannten Einrichtungen konnten auch durch den weiterhin bekannt gewordenen Vorschlag (deutsche Patentschrift Nr. 889589) nicht beseitigt werden, auf die Elektroden des Niederschlaggerätes von einer Wechselstromquelle über einen Aufwärtstransformator und Gleichrichter Gleichstromhochspannungen wirken zu lassen, deren Grösse unter Verwendung einer Compounddrossel gesteuert wird.
Dabei traten die gleichen Nachteile auf, von denen bereits im Zusammenhang mit der Erörterung der Niederspannungstransduktoren die Rede war.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Mängel zu vermeiden, um bei möglichst einfacher, wirtschaftlicher Anordnung und ohne grossen apparativen Aufwand eine optimale Anpassung an die Verhältnisse im Filter zu erreichen.
Bekanntlich fällt bei sinkender Wechselspannung die abgegebene Gleichspannung eines Trockengleichrichters unverhältnismässig stärker ab als die Wechselspannung. Ebenso schwankt der Wirkungsgrad eines Transformator-Gleichrichter-Aggregates bei wechselnder Belastung in weiten Grenzen. Aus diesen Gründen entspricht auch eine Spannungs-oder Stromänderung im Filter nicht einer solchen auf der Primärseite des Hochspannungstransformators. Hieraus ergibt sich, dass bei Verwendung von Primärgrössen zur Spannungsregelung den effektiven Verhältnissen im Filter in keiner Weise entsprochen wird.
Um aber eine optimale Regelung zu erreichen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, bei einem Niederschlaggerät mit Elektroden, auf die von einer Wechselstromquelle über einen Aufwärtstransforma- tor und Gleichrichter Gleichstromspannungen zur Wirkung gelangen, deren Grösse unter Verwendung einer Compounddrossel gesteuert wird, diese derart auszubilden, dass die Compounddrossel in einer an sich aus der brit. Patentschrift Nr. 291, 101 bekam : tgewordenen Weise von einer Kurzschlusswicklung umgebene Gleichstromwicklungen aufweist, von denen mindestens eine an den Sekundärkreis des Transformators angeschlossen ist.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung und Anordnung erzielt man :
1. Eine unmittelbare Anpassung an die Verhältnisse im Filter, 2. eine wesentliche Vereinfachung der Anlage durch Fortfall von Stelltransformator, Zusatztransformatoren, spannung-un stromabhängigen Relais und Regelwiderständen, 3. eine beträchtliche Verminderung der elektrischen und mechanischen Trägheit der Anlage und 4. eine ständige, stufenlose und vollautomatische Regelung der Spannung, nachdem das Gerät einmal zu Beginn der Betriebsperiode von Hand bis zur Ausbildung der Coronaentladung
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Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in den Zeichnungen in Form von Schaltbildern dargestellt sind. Es zeigen :
Fig. 1 die erfindungsgemässe Dreischenkeldrossel ; Fig. 2 einen Wirkschaltplan einer selbsttätig ge- steuerten Hochspannungs-Gleichstrom -Elektrofilter-Anlage, bei welcher die Kurzschluss-Abschaltung unter Nutzbarmachung des Spannungsabfalls an der selbsttätig geregelten Drossel gemäss Fig. 1 erfolgt und Fig. 3 einen Schaltplan einer gleichen Anlage, bei der die Kurzschluss-Abschaltung über ein im sekundären Gleichstromkreis liegendes.. Überstromrelais, welches auf den Hauptschalter der Anlage einwirkt, vorgenommen wird.
Die im Rahmen der Erfindung anzuwendende Dreischenkel-Compounddrossel ist folgendermassen ausgebildet : Wie aus Fig. 1 hervorgeht, trägt der mittlere Schenkel MS die beiden Gleichstromwicklungen
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ASwicklungen WW und WW im mittleren Schenkel Mb aufheben, damit in den Gleichstromwicklungen keine Wechselspannung induziert wird.
Die Regulierung der Spannung erfolgt derart, dass durch den in der Wicklung GW fliessenden Gleichstrom das Eisen vormagnetisiert und der induktive Spannungsabfall an der Wicklung WW verringert wird.
Diese Wirkung der Wicklung GW kann durch Beschickung der Wicklung GW mit Gleichstrom entsprechender Höhe ganz oder teilweise wieder aufgehoben werden. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es in den seltensten Fällen möglich, die beiden Wechselstromwicklungen WW und WW und deren Kerne, die beiden äusseren Schenkel AS undAS völlig gleichmässig herzustellen. Die geringste Ungleichheit in der Ausführung der beiden Schenkel AS und AS hat die Ausbildung von Streuspannungen zur Folge, was nun aber die Entstehung einer Wechselstromkomponente im mittleren Schenkel der Drossel bewirkt.
Da bei der Verwendung der Compounddrossel zur Steuerung von Elektrofilteranlagen in der Wicklung GW nur sehr geringe Ströme fliessen, muss die Windungszahl dieser Wicklung, um die erforderliche Amperewindungszahl zu erreichen, verhältnismässig hoch gewählt werden. Infolgedessen kann der Wert der induzierten Wechselspannung sehr gross werden. Dies kann aber zur Beschädigung und sogar Zerstörung der Drossel und der Steuerorgane führen. Deshalb wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die beiden Gleich- stromwicklungenGW und GW auf dem mittleren Schenkel MS mit einer kurzgeschlossenen Windung KW, vorzugsweise in Form eines Metall- z. B. Kupferzylinders, zu umgeben.
Bei entsprechender Dimensionierung der kurzgeschlossenen Windung wird erreicht, dass die gesamte, in den mittleren Schenkel MS induzierte Wechselstromleistung in dieser verbraucht und von deren Oberfläche als Wärme abgeführt wird.
Der Metallzylinder kann gegebenenfalls hohl ausgebildet sein, um durch den Innenraum ein Kühlmittel
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fliessen zu lassen, oder auch mit Kühlrippen besetzt sein.
In den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen bedeuten : 1 das Wechselstromnetz ; 2 die Hauptsicherung ; 3 den Hauptschalter ; 4 den thermischen Überstromauslöser ; 5 die Compounddrossel ; mit Gleichrichter 6 und Steuertransformator 7, der durch die Sicherung 8 geschützt ist ; 9 einen Strommesser zum Messen des Primärstromes ; 10 einen Spannungsmesser zum wahlweisen Messen der Netz- oder der geregelten Spannung, der durch den Taster 11 umschaltbar ist ; 12 den Einphasen-Hochspannungstransformator ; 13 den Hochspannungs-Gleichrichter in Brückenschaltung ; 14 das Filter ; 15 Überspannungsableiter ; 16 einen Regelwiderstand oder einen Stelltransformator ; 17 einen Strommesser zum Messen des Filterstromes ;
18 einen Drucktaster, der bei normalem Betrieb den Strommesser überbrückt ; 23 den Kurzschlussauslöser, z. B. einen Bi-Metall-Auslöser ; 24 den Kontakt des Auslösers 23 ; 25 einen Transformator ; und 26 ein Überstromrelais, das, im Gleichstrom-Sekundärkreis liegend, an Stelle der Kurzschlussauslöseeinrichtung 23, 24 und 25 Verwendung findet.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anlage ist folgende : Das einmalige Einregulieren der Spannung erfolgt von Hand bei eingeschaltetem und beschicktem Filter 14 mit Hilfe des Steuertransformators 7 derart, dass durch den in der Wicklung 19 der Compounddrossel 5 fliessenden Gleichstrom die Drossel 5 vormagnetisiert und der induktive Spannungsabfall an der Wicklung 20 verringert wird.
Dadurch steigt die Primärspannung am Hochspannungs-Transformator 12, ebenso die Gleichspannung im Filter 14. Der nun im Filterkreis 21 fliessende Gleichstrom wird durch die Wicklung 22 geleitet u. zw. im umgekehrten Sinn wie der Strom in der Wicklung 19. Bei gleicher Amperewindungszahl heben sich also die Wirkungenbeider Spulen auf. Bei normalem Betrieb muss deshalb die Amperewindungszahl der Spule 19 wesentlich grösser sein als die der Spule 22, um den Spannungsabfall an der Wicklung 20 möglichst niedrig zu halten.
Bekanntlich kündigt sich ein bevorstehender Überschlag im Filter 14 durch einen vorhergehenden Stromanstieg an. Dieser Stromanstieg wird dergestalt ausgenutzt, dass durch die Wirkung der Spule 22 die der Spule 19 teilweise aufgehoben wird. Dadurch erhöht sich die vorhandene Reaktanz der Wicklung 20, was ein Absinken der Spannung im Filter 14 bewirkt. Sinkt hingegen der Gleichstrom, bedingt durch eine Änderung der Betriebsverhältnisse im Filter 14, so kommt die Wirkung der Spule 19 stärker zur Geltung.
Die Spannung im Filter 14 steigt bis dicht unterhalb der Lichtbogengrenze.
Auf diese Weise wird im Filter 14 sowohl jeder Überschlag, als auch ein zu starkes Absinken der Spannung vermieden ; die Spannung wird also immer im Bereich der günstigsten Betriebsverhältnisse und damit auch des optimalen Abscheidungsgrades gehalten.
Durch zusätzliche Anzapfungen an der Spule 20 sowie die Anordnung eines Regelwiderstandes 16 parallel oder in Reihe zur Steuerwicklung 22 kann eine Vielzahl von weiteren Einsatzmöglichkeiten auf verschiedensten Anwendungsgebieten erreicht werden.
Tritt im Filter 14 ein Dauerkurzschluss auf, so fliesst der Kurzschlussstrom über die Wicklung 22, wodurch die Wirkung der Wicklung 19 aufgehoben wird. Dadurch kommt die Drosselwirkung der Spule 20 voll zur Geltung und der Primärstrom wird auf ein Minimum herabgedrückt. Der Überstromauslöser 4 kann somit nicht ansprechen ; die Anlage verharrt in dem geschilderten Zustand. Um dem abzuhelfen, ist beispielsweise, wie Fig. 2 erkennen lässt, parallel zur Spule 20 ein Transformator 25 geschaltet, in dessen Sekundärstromkreis ein thermischer Überstromauslöser 23 liegt.
Durch den hohen Spannungsabfall an der Wicklung 20 bei einem Kurzschluss im Filter 14 wird der Auslöser 23 zum Ansprechen gebracht, der Kontakt 24 betätigt. die Anlage abgeschaltet und ein Signalgeber eingeschaltet. Der Auslöser 23 wird vorzugsweise so bemessen, dass er nur bei Kurzschlüssen von längerer Dauer anspricht.
Zum Zwecke der Abschaltung der Anlage nach Eintritt eines Dauerkurzschlusses kann an Stelle des Auslösers 23 mit Schalter 24 und Transformator 25 auch, wie in Fig. 3 dargestellt, ein im Sekundärkreis 21 liegendes Überstromrelais 26 Verwendung finden, wodurch in noch einfacherer Weise der gleiche Zweck erreicht wird.
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Precipitation device with electrodes
The invention relates to a precipitation device with electrodes. As is well known, the best degree of separation is achieved with such precipitation devices if it is possible to keep the direct voltage at the electrodes in the area of the corona discharge, which represents the preliminary stage to the arc discharge. This is relatively difficult, however, since the resistance ratios in the filter change frequently and very differently. These changes have the effect that the applied DC voltage is either too low and, as a result, only a poor degree of separation is achieved, or too high so that arcing discharges occur due to the increase in voltage, which should be avoided if possible.
In some of the known systems, the voltage regulation can be regulated by hand with the help of
Resistors, rotary or regulating transformers are made in the primary circuit of the high-voltage transformer. However, this requires constant, careful and therefore expensive monitoring of the system.
However, systems have already become known which work largely automatically and as a function of the primary circuit in order to keep the direct voltage in the range of the corona discharge in this way; however, these consistently require a relatively complicated and expensive circuit and equipment effort, without being able to satisfy in practice.
More recently there has been a move towards regulating the voltage with the help of voltage or current-controlling transducers. The mode of action is as follows:
With the help of a manually adjustable DC voltage, the excitation winding of the transducer is controlled until the optimum filter voltage is reached. If a flashover now occurs in the filter, the primary voltage and thus also the secondary voltage decreases, caused by the increased primary current, until the flashover is eliminated, whereupon the normal operating state is restored.
However, this arrangement has the disadvantage that the short-circuit current is very high in relation to the rated current. Attempts have been made to eliminate this disadvantage by using the primary voltage, which has collapsed in the event of a short circuit, or the greatly increased primary current for additional control of the transducer. This in turn requires a considerable amount of transformers, rectifiers and relays, etc.
However, it is already known to additionally control transducers, which can be used in low-voltage systems, by means of secondary-side variables.
However, it has now been shown that the transducers usable for low-voltage systems cannot be used at all for high-voltage systems, since in the middle leg of the compound choke, apparently as a result of only slight inequalities in the outer legs, such high alternating voltages occur that coil flashovers occur able to cause destruction of the throttle. Attempts to eliminate the significant deficiencies identified by means of the usual measures were practically inconclusive.
The shortcomings of the known devices could not be eliminated by the suggestion (German patent specification No. 889589), which has become known, to let high-voltage direct current act on the electrodes of the precipitation device from an alternating current source via a step-up transformer and rectifier, the magnitude of which is controlled using a compound choke .
The same disadvantages occurred that were already mentioned in connection with the discussion of the low-voltage transducers.
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The object of the invention is to avoid the deficiencies indicated in order to achieve an optimal adaptation to the conditions in the filter with the simplest possible, economical arrangement and without great expenditure on equipment.
As is known, when the AC voltage drops, the DC voltage output of a dry-type rectifier drops disproportionately more than the AC voltage. The efficiency of a transformer-rectifier unit also fluctuates within wide limits with changing loads. For these reasons, a voltage or current change in the filter does not correspond to one on the primary side of the high-voltage transformer. It follows from this that when primary variables are used for voltage regulation, the effective conditions in the filter are not met in any way.
In order to achieve optimal regulation, however, it is proposed according to the invention, in the case of a precipitation device with electrodes to which direct current voltages come into effect from an alternating current source via a step-up transformer and rectifier, the magnitude of which is controlled using a compound choke, to be designed in such a way that the Compound choke in a manner that has become from British patent specification No. 291, 101: t has become surrounded by a short-circuit winding DC windings, of which at least one is connected to the secondary circuit of the transformer.
The design and arrangement according to the invention achieve:
1. A direct adaptation to the conditions in the filter, 2. a significant simplification of the system by eliminating the variable transformer, additional transformers, voltage-independent relays and variable resistors, 3. a considerable reduction in the electrical and mechanical inertia of the system and 4. a constant , stepless and fully automatic regulation of the voltage after the device has been manually operated once at the beginning of the operating period until the corona discharge has developed
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The object of the invention is described in more detail below with reference to two exemplary embodiments, which are shown in the drawings in the form of circuit diagrams. Show it :
1 shows the three-legged throttle according to the invention; 2 shows an active circuit diagram of an automatically controlled high-voltage direct current electric filter system in which the short-circuit disconnection takes place using the voltage drop at the automatically regulated throttle according to FIG. 1; and FIG. 3 shows a circuit diagram of the same system in which the short-circuit shutdown is carried out via an overcurrent relay in the secondary DC circuit, which acts on the main switch of the system.
The three-leg compound choke to be used within the scope of the invention is designed as follows: As can be seen from FIG. 1, the middle leg MS carries the two direct current windings
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Cancel the windings WW and WW in the middle leg Mb so that no alternating voltage is induced in the direct current windings.
The voltage is regulated in such a way that the direct current flowing in the winding GW premagnetises the iron and the inductive voltage drop across the winding WW is reduced.
This effect of the winding GW can be completely or partially canceled again by charging the winding GW with direct current of a corresponding amount. For manufacturing reasons, it is only possible in the rarest cases to produce the two alternating current windings WW and WW and their cores, the two outer legs AS and AS, completely uniform. The slightest inequality in the design of the two legs AS and AS results in the formation of stray voltages, which, however, now causes an alternating current component to develop in the middle leg of the choke.
Since only very low currents flow in the winding GW when the compound choke is used to control electrostatic precipitators, the number of turns of this winding must be selected to be relatively high in order to achieve the required number of ampere turns. As a result, the value of the induced AC voltage can become very large. However, this can lead to damage and even destruction of the throttle and the control elements. Therefore, it is proposed according to the invention that the two direct current windings GW and GW on the middle leg MS with a short-circuited turn KW, preferably in the form of a metal z. B. copper cylinder to surround.
With the appropriate dimensioning of the short-circuited turn it is achieved that the entire alternating current power induced in the middle leg MS is consumed in this and is dissipated from its surface as heat.
The metal cylinder can optionally be made hollow in order to pass a coolant through the interior
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to let flow, or be occupied with cooling fins.
In Figures 2 and 3 of the drawings: 1 is the alternating current network; 2 the main fuse; 3 the main switch; 4 the thermal overcurrent release; 5 the compound throttle; with rectifier 6 and control transformer 7, which is protected by fuse 8; 9 an ammeter for measuring the primary current; 10 a voltmeter for optionally measuring the mains voltage or the regulated voltage, which can be switched by means of the button 11; 12 the single-phase high voltage transformer; 13 the high-voltage rectifier in a bridge circuit; 14 the filter; 15 surge arresters; 16 a variable resistor or a variable transformer; 17 an ammeter for measuring the filter current;
18 a push button which bypasses the ammeter during normal operation; 23 the short-circuit release, e.g. B. a bi-metal trigger; 24 the contact of the trigger 23; 25 a transformer; and 26, an overcurrent relay which, located in the direct current secondary circuit, is used in place of the short-circuit release device 23, 24 and 25.
The operation of the system according to the invention is as follows: The one-time regulation of the voltage takes place manually with the filter 14 switched on and loaded with the aid of the control transformer 7 in such a way that the direct current flowing in the winding 19 of the compound choke 5 premagnetizes the choke 5 and the inductive voltage drop occurs the winding 20 is reduced.
This increases the primary voltage at the high-voltage transformer 12, as does the DC voltage in the filter 14. The direct current now flowing in the filter circuit 21 is passed through the winding 22 and the like. in the opposite sense to the current in winding 19. With the same number of ampere-turns, the effects of the two coils cancel each other out. During normal operation, the number of ampere turns of the coil 19 must therefore be significantly greater than that of the coil 22 in order to keep the voltage drop across the winding 20 as low as possible.
It is known that an impending flashover in the filter 14 is indicated by a previous increase in current. This increase in current is used in such a way that the action of the coil 22 partially eliminates that of the coil 19. This increases the reactance present in the winding 20, which causes the voltage in the filter 14 to drop. If, on the other hand, the direct current drops due to a change in the operating conditions in the filter 14, the effect of the coil 19 is more pronounced.
The voltage in the filter 14 rises to just below the arc limit.
In this way, both any flashover and an excessive drop in voltage are avoided in the filter 14; the voltage is therefore always kept in the range of the most favorable operating conditions and thus also the optimal degree of separation.
With additional taps on the coil 20 and the arrangement of a variable resistor 16 in parallel or in series with the control winding 22, a large number of further possible uses in a wide variety of application areas can be achieved.
If a permanent short circuit occurs in the filter 14, the short circuit current flows via the winding 22, whereby the effect of the winding 19 is canceled. As a result, the throttling effect of the coil 20 comes into its own and the primary current is suppressed to a minimum. The overcurrent release 4 can therefore not respond; the system remains in the state described. In order to remedy this, for example, as FIG. 2 shows, a transformer 25 is connected in parallel to the coil 20, in whose secondary circuit there is a thermal overcurrent release 23.
The high voltage drop across the winding 20 in the event of a short circuit in the filter 14 causes the trigger 23 to respond and the contact 24 to operate. the system switched off and a signal transmitter switched on. The trigger 23 is preferably dimensioned such that it only responds in the event of short circuits of a long duration.
For the purpose of switching off the system after a permanent short circuit occurs, an overcurrent relay 26 located in the secondary circuit 21 can be used instead of the release 23 with switch 24 and transformer 25, as shown in FIG. 3, whereby the same purpose is achieved in an even simpler manner becomes.
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