AT505247B1 - Vakuumunterstütztes entwässerungsverfahren und rotierender filter zur durchführung des entwässerungsverfahrens - Google Patents
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Description
2 AT 505 247 B1
Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Verfahren zur Verbesserung der Entwässerung von Feststoffsuspensionen durch einen rotierenden Filter, sowie ein Filter zur Durchführung des Verfahrens. Ein der Erfindung entsprechender rotierender Filter ist besonders geeignet zum Entfernen von Fasern aus einer Faserstoffsuspension. 5
Zum Entfernen von festen Stoffen, insbesondere Fasern, aus einer Suspension werden im Allgemeinen rotierende Filter benutzt, die im Betrieb teilweise in die zu filtrierende Suspension eintauchen. Grundsätzlich unterscheidet man dabei zwischen Scheibenfiltern und Trommelfiltern. ‘ 10
Bei Scheibenfiltern ist auf einer drehbaren Achse eine Anzahl von Filterscheiben hintereinander befestigt. Jede Filterscheibe ist in einzelne Filtersektoren unterteilt, die in ihrem Inneren zur Aufnahme der abfiltrierten Flüssigkeit hohl sind. Jeder der Sektoren ist durch eine Ablauföffnung mit dem Inneren der drehbaren Achse des Scheibenfilters, die pro Sektor einen eigenen 15 Kanal aufweist, verbunden. Ein Trommelfilter ist ebenso wie eine Filterscheibe in einzelne Sektoren unterteilt, die durch radial verlaufende Ablaufkanäle mit einem Steuerkopf an der Filterachse verbunden sind, die Entwässerung erfolgt hier über die Sektoroberfläche am Trommelmantel. 20 Durch eine Steuerung an der Filterachse können die einzelnen Kanäle der Filterachse bzw. die einzelnen Ablaufkanäle und somit auch die einzelnen Sektoren einer Filterscheibe bzw. Filtertrommel unabhängig voneinander mit Unterdrück beaufschlagt werden.
Im Betrieb taucht der rotierende Filter zum Teil in ein Becken, das mit einer die festen Stoffe 25 enthaltenden Suspension gefüllt ist. Wenn ein Sektor in die zu filtrierende Faserstoffsuspension eintaucht, wird er durch die Steuerung an der Filterachse mit Unterdrück beaufschlagt, wodurch das in der Suspension enthaltene Wasser in das Sektorinnere gesaugt und anschließend durch einen Kanal nach außen geleitet wird. Bei diesem Vorgang lagern sich die festen Stoffe auf der Sektoroberfläche in Form einer Feststoffschicht, insbesondere Faserstoffmatte, ab. Nachdem 30 der Sektor wieder aus der Faserstoffsuspension aufgetaucht ist, wird die Feststoffschicht mit Hilfe des angelegten Unterdrucks trocken gesaugt. Danach wird der betreffende Sektor mit Normaldruck bzw. mit Überdruck beaufschlagt und die gebildete Feststoffschicht mit Hilfe von Wasserstrahlen oder Schabern von der Sektoroberfläche abgelöst und in einer Schurre für die weitere Verarbeitung aufgefangen. 35
Derartige Filter sind in der DE 3542736 und der AT 232094 beschrieben.
Die bekannten Entwässerungs- bzw. Filtrationsverfahren haben den Nachteil, dass der erreichbare Trockengehalt der entwässerten Stoffe begrenzt ist, da der am Filter angelegte Unterdrück 40 und die damit verbundene Saugwirkung nicht beliebig hoch sein darf. Bei einer zu starken Saugwirkung würde man über die Sektoren, die gerade aus der Suspension aufgetaucht sind, zu viel Luft mitsaugen, wodurch der abgesaugte Flüssigkeitsstrom in den Kanälen der Filterachse abreißen und somit die Entwässerungsleistung des Filters schlagartig abnehmen würde (Vakuum wird gebrochen). Ist dem Eindicker ein Dispergiersystem nachgeschaltet, bzw. ist die 45 gewünschte Austrittskonsistenz zur Verhinderung von „carry over“ in die nachfolgenden Prozessstufen zu gering, ist es notwendig, weitere Entwässerungsaggregate (z.B. Schneckenpressen oder Doppelsiebpressen) nachzuschalten, was nicht nur mit höheren Investitionskosten verbunden ist, sondern auch technologische Nachteile mit sich bringen kann. so Die DE 3614668A1 beschreibt einen Filter zum kontinuierlichen Filtern einer Suspension unter Druck. Dabei sind mehrere Filterzonen vorgesehen, an die jeweils ein Differenzdruck angelegt wird, wobei die Differenzdrücke unabhängig voneinander gesteuert werden können. Die im Filtratstrom mitgeführte Luft wird dabei wieder dem Druckbehälter zugeführt. 55 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und sanfteres Entwässe- 3 AT 505 247 B1 rungsverfahren mit einem rotierenden Filter, vorzugsweise Scheiben- oder Trommelfilter, zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile umgeht und dadurch eine bessere Entwässerung fester Stoffe als herkömmliche Verfahren ermöglicht. Außerdem betrifft die Erfindung einen entsprechenden Filter, mit dem dieses verbesserte Entwässerungsverfahren durchgeführt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Entwässerungsverfahren, bei dem nach einer ersten Entwässerungszone, in der ein erster Unterdrück an einem Sektor angelegt wird, in einer zweiten Entwässerungszone ein zweiter Unterdrück an einem Sektor angelegt wird, der zur Trockensaugung der Feststoffschicht dient. Durchgesaugte Luft wird, nachdem sie den Filter verlassen hat, einem Wasserabscheider zugeführt, in dem das in der durchgesaugten Luft enthaltene Wasser abgeschieden wird. Die in der zweiten Unterdruckzone abgesaugte Luft wird für den Abwurf der trocken gesaugten Feststoffschichten in einer Abwurfzone verwendet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese abgesaugte Luft wieder einem Sektor, der sich in der Abwurfzone befindet, zugeführt wird. Beziehungsweise kann diese abgesaugte Luft auch in Form eines Luftstrahls zum Ablösen der trocken gesaugten Feststoffschicht auf die Sektoroberfläche gerichtet sein. Durch die Nutzung der abgesaugten Luft kann auf ein separates Überdrucksystem verzichtet werden.
Die Entwässerung in zwei Entwässerungszonen hat den Vorteil, dass eine verbesserte Entwässerung von Feststoffsuspensionen, insbesondere Faserstoffsuspensionen, ermöglicht wird, da der Unterdrück in der ersten Entwässerungszone so gewählt wird, dass möglichst viel Flüssigkeit jedoch möglichst wenig Luft durch die Sektoren aus der Suspension abgesaugt wird, damit es zu keinem Strömungsabriss im abgesaugten Flüssigkeitsstrom kommen kann. Die zweite Entwässerungszone folgt nach der ersten Entwässerungszone und dient der weiteren Entwässerung und Trockensaugung, wobei dabei durchgesaugte Luft keinen Einfluss auf die Strömung der in der ersten Entwässerungszone abgesaugten Flüssigkeit hat. Besonders gut eignet sich dieses Verfahren zur Entwässerung von Faserstoffsuspensionen, da dadurch eine schonende Behandlung der Fasern möglich wird.
In einer günstigen Ausführungsform des Verfahrens, wird der zweite Unterdrück unabhängig vom ersten Unterdrück angelegt, dadurch lassen sich die jeweiligen Unterdrücke unabhängig voneinander auf jeweils optimale Betriebsparameter regeln.
Der zweite Unterdrück wird vorzugsweise mit Hilfe eines Vakuum-Ventilators erzeugt, da damit die Saugleistung in einfacherWeise geregelt werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die Feststoffmatte mit Druckluft anstatt mit Wasser abgelöst wird. Durch den Abwurf bzw. das Ablösen mit Hilfe von Luft, wird eine Rückbefeuchtung der festen Stoffe verhindert.
Es ist zweckmäßig, wenn dieses Entwässerungsverfahren in einem geschlossenen Behälter, vorzugsweise einem Druckbehälter, durchgeführt wird. Dadurch kann eine geschlossene Luftzirkulation realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gesamte Entwässerung in einem einstufigen Prozess also mit einer einzigen Entwässerungsvorrichtung durchgeführt wird, sodass die entwässerten Stoffe ohne weitere Entwässerungsschritte direkt nach dem Filter weiterverarbeitet werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Faserstoffe auf einen Trockengehalt von über 20 %, vorzugsweise auf 25 - 30 %, entwässert werden, wodurch bei vielen Anwendungen auf weitere Entwässerungsschritte verzichtet werden kann.
Gegenstand der Erfindung bildet auch ein rotierbarer Filter, wobei ein Filterelement mehrere Sektoren aufweist und mit einem ersten und einem zweiten Unterdrucksystem verbunden ist. 4 AT 505 247 B1
Das zweite Unterdrucksystem, welches auch einen Wasserabscheider aufweist, ist dabei mit Sektoren, die sich zumindest teilweise oberhalb einer Suspensionsoberfläche befinden, verbunden. Ein Ende des zweiten Unterdrucksystems, welches zur Abfuhr von Luft dient, ist mit einem anderen Sektor, der sich in der Abwurfzone befindet, verbunden, dadurch kann eine trocken gesaugte Feststoffschicht von der Sektoroberfläche abgeworfen werden.
In einer anderen günstigen Ausführungsform des Filters ist das Ende des zweiten Unterdrucksystems, welches zur Abfuhr von Luft dient, mit einer Luftdüse zum Ablösen der Feststoffschicht von der Sektoroberfläche verbunden. Durch das Ablösen mit Hilfe von Luft wird eine Rückbefeuchtung der Feststoffschicht verhindert.
Mit diesem Filter kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Filter eine oder mehrere in einer Richtung der Mittelachse hintereinander befindlichen Filterscheiben auf. In einer anderen vorteilhaften Ausführung weist der Filter eine Filtertrommel auf. Durch diese an sich bekannten Bauformen, können handelsübliche Bauteile verwendet werden. Günstig dabei ist, wenn die beiden Unterdrucksysteme unabhängig voneinander sind, damit sie separat gesteuert bzw. geregelt werden können.
Das zweite Unterdrucksystem kann zweckmäßigerweise einen Vakuum-Ventilator aufweisen, der eine einfache Regelbarkeit des Unterdruckes ermöglicht.
Es ist sinnvoll, wenn der Filter in einem geschlossenen Behälter, vorzugsweise einem Druckbehälter, angeordnet ist, da dadurch eine geschlossene Luftzirkulation realisiert werden kann. Für eine möglichst lange Saugzone kann die Schurre zur Aufnahme der abgeworfenen Stoffe an der Filterseite, an der die Sektoren in die Suspension eintauchen, angeordnet sein.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Filters;
Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Filters;
Der in Fig. 1 dargestellte Filter 4 besteht aus einer bzw. mehreren Filterelementen 5, die auf einer drehbaren Mittelachse 8 des Filters 4 befestigt sind. Bei einem Filterelement 5 kann es sich um eine Filterscheibe oder um eine Filtertrommel handeln. Ein Filterelement 5 besteht aus einzelnen mit einem Filtermaterial bespannten Sektoren 6', 6", die in ihrem Inneren hohl sind. Bei einer Filterscheibe erfolgt die Entwässerung über die Sektoroberfläche 7 und bei einer Filtertrommel über die Sektoroberfläche 7’, also über den Trommelmantel.
Das Innere der Mittelachse 8 ist bei einem Scheibenfilter in mehrere Kanäle 22, die parallel zur Mittelachse 8 des Filters 4 verlaufen, unterteilt, wobei jeder der Sektoren 6', 6" durch eine Ablauföffnung mit einem Kanal 22 verbunden ist. Der Filter 4 ist in einer Wanne 23, die teilweise mit einer Suspension 9 gefüllt ist, so angeordnet, dass einige der Sektoren 6', 6" vollständig in die Suspension 9 eintauchen, die Wanne 23 bildet mit einer Abdeckung einen geschlossenen Behälter 15, in dem zur verbesserten Entwässerung auch ein Überdruck vorherrschen kann. An den einzelnen Kanälen 22 der Mittelachse 8 kann über die Unterdruckleitungen 11 und 24 getrennt voneinander ein Unterdrück angelegt werden. Dies geschieht über einen Steuerkopf, der am Ende der Mittelachse 8 angeordnet ist.
Im Betrieb rotiert ein Filterelement 5 in Rotationsrichtung A, sodass an einer Seite die Sektoren 5 AT 505 247 B1 6', 6" nacheinander in die Suspension 9 eintauchen, während an der anderen Seite die Sektoren aus der Suspension 9 auftauchen. Über das erste Unterdrucksystem 17, welches durch eine Vakuumpumpe gebildet werden kann, wird im Bereich in der ersten Entwässerungszone 1 an den in dieser Zone befindlichen Sektoren 6', 6" über die erste Unterdruckleitung 11 und die Kanäle 22 ein erster Unterdrück angelegt, wodurch das Wasser aus der Suspension 9 durch die Sektoroberfläche 7, 7' in das Sektorinnere und darauf folgend in die Kanäle 22 und die erste Unterdruckleitung 11 abgesaugt wird. Während das Wasser in das Sektorinnere abgesaugt wird, lagert sich auf der Sektoroberfläche 7, 7' der in der Suspension 9 enthaltene Feststoff in Form einer Feststoffschicht ab. Dem ersten Entwässerungsschritt in der ersten Entwässerungszone 1 folgt ein weiterer Entwässerungsschritt in der zweiten Entwässerungszone 2, bei dem über ein zweites Unterdrucksystem 18, das in diesem Fall aus einem Vakuum-Ventilator 13 besteht, über die zweite Unterdruckleitung 24 ein zweiter Unterdrück an den Kanälen 22 und Sektoren 6', 6", die sich in der zweiten Entwässerungszone 2 befinden, angelegt wird.
Die zweite Entwässerungszone 2 ist so angeordnet, dass die entsprechenden Sektoren 6, 6", während sie aus der Suspension auftauchen, durch den angelegten Unterdrück entwässert werden. Dies hat den Vorteil, dass die auf der Sektoroberfläche 7, 7' abgelagerte Feststoffschicht, die sich bereits über der Suspensionsoberfläche 10 befinden, trocken gesaugt werden. Bei der Trockensaugung wird Wasser und Luft abgesaugt, daher wird das abgesaugte Wasser-Luft-Gemisch über die zweite Unterdruckleitung 24 einem Wasserabscheider 14 zugeführt, wo das Wasser abgeschieden und über eine Filtratwasserleitung 25 durch ein nicht dargestelltes Wasserschloss in einen Filtrattank geleitet wird. In der zweiten Unterdruckleitung 24 kann zur Regelung des Unterdrucks in der Entwässerungszone 2 auch eine Unterdruckregelung integriert sein.
Die vom Wasser befreite Luft wird über Leitung 12 in den Vakuum-Ventilator 13 gesaugt, selbstverständlich kann das zweite Unterdrucksystem 18 neben einem Vakuum-Ventilator 13 auch durch andere Vorrichtungen gebildet werden, die geeignet sind, einen entsprechenden Unterdrück zu erzeugen. Die Druckseite des Vakuumventilators 13 bzw. des zweiten Unterdrucksystems 18 ist über Leitung 19 mit einem Sektor 6', 6" in der Abwurfzone 3, in der die Feststoffschicht von der Sektoroberfläche 7, 7' abgeworfen oder abgelöst wird, verbunden. Vorteilhafterweise erfolgt diese Verbindung über die Mittelachse 8 des Filters 4 und den entsprechenden Kanälen 22. Die Sektoren 6', 6", die die Abwurfzone 3 durchlaufen, können aber auch an ihrem äußeren Rand über ein Ventil mit der Luftleitung 19 verbunden werden, so dass die Luft aus der Luftleitung 19 in das Sektorinnere gelangen kann. Die in das Sektorinnere einströmende Luft tritt durch die Sektoroberfläche 7, 7' aus, wodurch die trocken gesaugte Feststoffschicht abgeworfen wird. Die abgeworfenen festen Stoffe werden durch eine Schurre 16, die unterhalb der Abwurfzone 3 angeordnet ist, aufgefangen. In der dargestellten Fig. 1 ist die Abwurfzone 3 und die Schurre 16 an der Seite des Filters 4 angeordnet, an der die einzelnen Sektoren 6', 6" wieder in die Suspension 9 eintauchen. In einer anderen Ausführungsform kann die Abwurfzone 3 und die Schurre 16 aber auch an der gegenüberliegenden Seite, an der die Sektoren 6', 6" aus der Suspension 9 auftauchen, angeordnet sein.
Durch die Anordnung des Filters 4 in einem geschlossenen Behälter 15, wird eine geschlossene Luftzirkulation erreicht, da die über die zweite Unterdruckleitung 24 abgesaugt Luft wieder über die Luftleitung 19 dem Behälter 15 zugeführt wird.
Fig. 2 stellt eine weitere Ausführung der Erfindung dar, wobei die verwendeten Bezugszeichen denen in Fig. 1 entsprechen. Bei dieser Variante wird die an der Druckseite des Vakuumventilators 13 austretende Luft über die Luftleitung 19 einer Luftdüse 20 zugeführt, an der die Luft in Form eines Luftstrahls 21 austritt. Dieser Luftstrahl 21 trifft dabei auf eine Sektoroberfläche 7, 7’, die sich in der Abwurfzone 3 befindet, auf und löst dabei die Feststoffschicht von der Sektoroberfläche 7, 7'. Die festen Stoffe fallen darauf in eine Schurre 16.
Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich eine bevorzugte
Claims (19)
- 6 AT 505 247 B1 Ausführung der Erfindung dar. Die Erfindung umfasst auch andere Ausführungsformen, z.B. Filter, die nicht in einem geschlossenen Behälter angeordnet sind und Ausführungsformen, bei denen der Abwurf bzw. das Ablösen der Feststoffschicht von der Sektoroberfläche 7, 7' mit Hilfe von Wasserstrahlen und/oder (Druck-)Luft durchgeführt wird, wobei die (Druck-)Luft auch aus einem Druckluftbehälter stammen kann. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Entwässern von Feststoffsuspensionen, insbesondere Faserstoffsuspensionen, durch einen rotierenden Filter, wobei ein Filterelement mehrere Sektoren, an die ein Unterdrück angelegt wird, aufweist, wobei nach einer ersten Entwässerungszone, in der ein erster Unterdrück an einem Sektor angelegt wird, in einer zweiten Entwässerungszone ein zweiter Unterdrück an einem Sektor angelegt wird, wobei der zweite Unterdrück zum Trockensaugen der Feststoffschicht verwendet wird und dabei durchgesaugte Luft einem Wasserabscheider (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zweiten Entwässerungszone (2) durchgesaugte Luft für den Abwurf von trocken gesaugten Feststoffschichten in einer Abwurfzone (3) verwendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Faserstoffsuspensionen entwässert werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Unterdrück unabhängig vom ersten Unterdrück angelegt wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Unterdrück mit Hilfe eines Vakuum-Ventilators (13) erzeugt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablösen der Feststoffmatte mit Druckluft erfolgt.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Sektor (6', 6") abgesaugte Luft zum Abwurf der trocken gesaugten Feststoffschicht einem anderen Sektor (6', 6"), der sich in der Abwurfzone (3) befindet, zugeführt wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesaugte Luft in Form eines Luftstrahls (21) zum Ablösen der trocken gesaugten Feststoffschicht auf eine Sektoroberfläche (7, 7') gerichtet wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem geschlossenen Behälter (15), vorzugsweise einem Druckbehälter, durchgeführt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zweiten Entwässerungszone (2) abgesaugte Luft wieder dem geschlossenen Behälter (15) zugeführt wird.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerung in einem einstufigen Prozess durchgeführt wird, sodass die entwässerten Stoffe direkt nach einer Entwässerung im Filter (4) weiterverarbeitet werden.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffe auf einen Trockengehalt von über 20 %, vorzugsweise auf 25 - 30 %, entwässert werden.
- 12. Filter, der auf einer Mittelachse rotierbar gelagert ist, wobei der Filter mehrere Sektoren 7 AT 505 247 B1 aufweist und mit einem ersten und einem zweiten Unterdrucksystem verbunden ist, wobei das zweite Unterdrucksystem (18) mit Sektoren (6', 6"), die sich zumindest teilweise oberhalb einer Suspensionsoberfläche (10) befinden, verbunden ist und dass das zweite Unterdrucksystem (18) einen Wasserabscheider (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des zweiten Unterdrucksystems (18), welches zur Abfuhr von Luft dient, mit einem Sektor (6', 6"), der sich in der Abwurfzone (3) befindet, über eine Luftleitung (19) verbunden ist.
- 13. Filter, der auf einer Mittelachse rotierbar gelagert ist, wobei der Filter mehrere Sektoren aufweist und mit einem ersten und einem zweiten Unterdrucksystem verbunden ist, wobei das zweite Unterdrucksystem (18) mit Sektoren (6’, 6"), die sich zumindest teilweise oberhalb einer Suspensionsoberfläche (10) befinden, verbunden ist und dass das zweite Unterdrucksystem (18) einen Wasserabscheider (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des zweiten Unterdrucksystems (18), welches zur Abfuhr von Luft dient, über eine Luftleitung (19) mit einer Luftdüse (20) zum Ablösen der Feststoffschicht verbunden ist.
- 14. Filter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (4) eine oder mehrere in einer Richtung der Mittelachse (8) des Filters (4) hintereinander befindlichen Filterscheiben aufweist.
- 15. Filter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (4) eine Filtertrommel aufweist.
- 16. Filter nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Unterdrucksystem (17, 18) unabhängig voneinander sind.
- 17. Filter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Unterdrucksystem (18) einen Vakuum-Ventilator (13) aufweist.
- 18. Filter nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (4) in einem geschlossenen Behälter (15), insbesondere einem Druckbehälter, angeordnet ist.
- 19. Filter nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schurre (16), die zur Aufnahme von entwässerten festen Stoffen dient, an der Filterseite, an der die einzelnen Sektoren (6', 6") in die Suspension (9) eintauchen, angeordnet ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen
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