CH683049A5 - Surface shaped insulating electrical machinery or apparatus, in particular slot insulation. - Google Patents
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Description
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Beschreibung description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem flächenförmigen Isolierstoffkörper nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Solche Isolierstoffkörper werden vorzugsweise als Nutisolation rotierender elektrischer Maschinen der Hoch- und Mittelspannungstechnik verwendet, können aber auch anderweitig in elektrischen Maschinen und Apparate verwendet werden. The invention is based on a sheet-like insulating material body according to the preamble of claim 1. Such insulating material bodies are preferably used as slot insulation for rotating electrical machines of high and medium voltage technology, but can also be used for other purposes in electrical machines and apparatus.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik von flächenförmigen Isolierstoffkörpern, wie er etwa in der Patentschrift US-A 3 974 314 beschrieben ist. Der bekannte Isolierstoffkörper kann als Nutisolation mit U- oder L-förmigen Profil ausgebildet sein und weist mehrlagige Isolationsbahnen aus aromatischem Polyamid (Aramid) und Polyheterocyclen auf. Werden solche Isolationen in eine Nut einer rotierenden elektrischen Maschine eingesetzt, so können bei einer durch die geforderten elektrischen Eigenschaften bestimmten Wandstärke der Nutisolation infolge der Verformungen am Radius auf der Aussenseite Beschädigungen auftreten. Dies kann zu einem Versagen der Nutisolation führen. With the preamble, the invention relates to a state of the art of sheet-like insulating material bodies, as is described, for example, in US Pat. No. 3,974,314. The known insulating body can be designed as a groove insulation with a U-shaped or L-shaped profile and has multilayer insulation sheets made of aromatic polyamide (aramid) and polyheterocycles. If such insulations are inserted into a groove of a rotating electrical machine, damage may occur on the outside due to the deformation of the radius if the wall thickness of the groove insulation is determined by the required electrical properties. This can lead to failure of the slot insulation.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION
Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere als Nutisolation ausgebildeten flächenförmigen Isolierstoffkörper zu schaffen, der auch bei starken Verformungen im Bereich des mindestens einen Radius ohne Beschädigungen in eine elektrische Maschine oder einen elektrischen Apparat eingebaut werden kann. The invention, as defined in claim 1, is based on the object of creating a sheet-like insulating material body, in particular in the form of slot insulation, which can be installed in an electrical machine or an electrical apparatus without damage even in the case of severe deformations in the region of the at least one radius .
Der Isolierstoffkörper nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass er an selektiv festgelegten Stellen hohe mechanische Festigkeit aufweist und an anderen Stellen beschädigungsfrei nahezu beliebigen Verformungen unterworfen werden kann. Bei Ausbildung als Nutisolation kann der Isolierstoffkörper nach der Erfindung beim Einbau in eine elektrische Maschine daher leicht an beliebige Nutformen mit nahezu beliebig kleinen Krümmungsradien an-gepasst werden. Zugleich ist gewährleistet, dass unerwünschte, das Isoliervermögen der Nutisolation beeinträchtigende Fremdkörper nicht zwischen die einzelnen Lagen der Nutisolation eindringen können, wie dies etwa bei mehrlagigen Nutisolationen mit unverklebten Schenkeln der Fall sein kann. Welligkeiten der Schenkelisolationsbahnen, welche bei mehrlagigen Nutisolationen mit unverklebten Schenkeln auftreten können, entfallen weitgehend. The insulating body according to the invention is distinguished by the fact that it has high mechanical strength at selectively defined points and can be subjected to almost any deformation at other points without damage. When designed as groove insulation, the insulating body according to the invention can therefore be easily adapted to any groove shape with almost any small radius of curvature when installed in an electrical machine. At the same time, it is ensured that undesired foreign bodies which impair the insulating ability of the slot insulation cannot penetrate between the individual layers of the slot insulation, as can be the case, for example, in the case of multi-layer slot insulation with unglued legs. Waviness of the leg insulation sheets, which can occur with multi-layer groove insulation with unglued legs, is largely eliminated.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAY OF CARRYING OUT THE INVENTION
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt: The invention is explained below with reference to the drawing. Here shows:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen quer zu einer Nut geführten Schnitt durch einen als Nutisolation ausgebildeten flächenförmigen Isolierstoffkörper nach der Erfindung, 1 is a plan view of a cross-section of a groove through a sheet-like insulating body designed as groove insulation according to the invention,
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine bei der Herstellung der Nutisolation gemäss Fig. 1 verwendete und mit Klebemittel beschichtete Isolierstofflage, und Fig. 2 is a plan view of an insulating material layer used in the production of the slot insulation according to Fig. 1 and coated with adhesive, and
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen quer zu einer Nut geführten Schnitt durch einen Teil eines weiteren ebenfalls als Nutisolation ausgeführten Isolierstoffkörpers nach der Erfindung. Fig. 3 is a plan view of a section made transversely to a groove through part of another insulating material body according to the invention, also designed as groove insulation.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine beispielsweise im Rotor eines Hochspannungsgenerators verwendete Nutisolation mit U-förmigem Profil. Diese Nutisolation besteht im wesentlichen aus zwei schichtförmig angeordneten Lagen 2, 3 eines flexiblen Isolierstoffes von typischerweise 0,5 mm Dicke. Als Material des Isolierstoffes wird bevorzugt ein hochtempera-turfestes und insbesondere Fasern und/oder Flok-ken enthaltenden aromatisches Polymer, etwa auf der Basis Polyamid, verwendet. Ein typisches Material ist ein unter der eingetragenen Handelsmarke Nomex® der Fa. Dupont vertriebenes Papier. In FIG. 1, 1 denotes a slot insulation with a U-shaped profile used, for example, in the rotor of a high-voltage generator. This groove insulation essentially consists of two layers 2, 3 of flexible insulating material, typically 0.5 mm thick, arranged in layers. A high-temperature-resistant and in particular fibers and / or flakes containing aromatic polymer, for example based on polyamide, is preferably used as the material of the insulating material. A typical material is a paper sold under the registered trademark Nomex® by Dupont.
Ein die beiden Schenkel des U verbindender Abschnitt 4 ist vergleichsweise starr ausgebildet und dient als mechanisch hochbelastbares, auf dem Grund der nicht dargestellten Rotornut aufsitzendes Teil. Die Steifigkeit und mechanisch hohe Belastbarkeit des Abschnittes 4 wird dadurch erreicht, dass die beiden Isolierstofflagen 2, 3 im Bereich des Abschnitts 4 mittels einer zwischen ihnen befindlichen Haftschicht 5 verbunden sind. Die Haftschicht 5 wird vorzugsweise von einem wärmeausgehärteten oder getrockneten Polymer, etwa auf der Basis Epoxid oder Polyester, gebildet. Zur Verstärkung des den Leiter des Rotors auf dem Nutgrund abstützenden Abschnittes 4 kann - falls erwünscht - zusätzlich eine laminierte Glasfaserplatte vorgesehen sein. A section 4 connecting the two legs of the U is designed to be comparatively rigid and serves as a mechanically highly resilient part which rests on the base of the rotor groove (not shown). The rigidity and high mechanical strength of section 4 is achieved in that the two layers of insulating material 2, 3 are connected in the area of section 4 by means of an adhesive layer 5 located between them. The adhesive layer 5 is preferably formed from a thermoset or dried polymer, for example based on epoxy or polyester. In order to reinforce the section 4 which supports the conductor of the rotor on the groove base, a laminated glass fiber plate can additionally be provided, if desired.
Die Schenkel des U enthalten jeweils einen im wesentlichen vertikal erstreckten Abschnitt 6 bzw. 7 sowie jeweils einen zwischen den Abschnitten 4 und 6 bzw. 4 und 7 in die Isolierstofflagen 2, 3 eingeformten Radius 8 bzw. 9. Zwischen den übereinanderliegenden Teilen der Isolierstofflagen 2, 3 sind im Bereich der Abschnitte 6, 7 plastisch oder elastisch verformbare Haftschichten 10, 11 vorgesehen. Solche Haftschichten sind wie auch die vergleichsweise starre Haftschicht 5 typischerweise ca. 50 um dick und können aus einem warmhärtenden oder getrockneten, polymeren, vorzugsweise wärmebeständigen, Klebstoff etwa auf der Basis Po-lyacrylat, hergestellt werden. Ein typisches Material für die Haftschichten 10 und 11 ist beispielsweise ein gummiartig verformbarer, acrylathaltiger Kleber. Die Haftschicht 11 ist bis in den Bereich des Radius 9 hinein erstreckt, kann aber auch wie die Haftschicht 10 vor dem Bereich des Radius 8 aufhören. Entsprechendes gilt für die Haftschicht 10, welche bis in den Bereich des Radius 8 hinein erstreckt sein kann. The legs of the U each contain a substantially vertically extending section 6 and 7 and a radius 8 and 9 formed between the sections 4 and 6 or 4 and 7 in the insulating layers 2, 3. Between the superimposed parts of the insulating layers 2 , 3 are provided in the region of the sections 6, 7 plastically or elastically deformable adhesive layers 10, 11. Such adhesive layers, like the comparatively rigid adhesive layer 5, are typically approximately 50 μm thick and can be produced from a thermosetting or dried, polymeric, preferably heat-resistant, adhesive, for example based on polyacrylate. A typical material for the adhesive layers 10 and 11 is, for example, a rubber-like deformable, acrylate-containing adhesive. The adhesive layer 11 extends into the area of the radius 9, but can also stop in front of the area of the radius 8 like the adhesive layer 10. The same applies to the adhesive layer 10, which can extend into the area of the radius 8.
Auf der freiliegenden, dem Leiter des nicht gezeichneten Rotors zugewandten Oberfläche der Isolierstofflage 3 ist ein Belag 12 aufgebracht. Dieser A coating 12 is applied to the exposed surface of the insulating material layer 3 facing the conductor of the rotor (not shown). This
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Belag hat die Aufgabe, darunterliegende Fasern und/oder Flocken der Isolierstofflagen 2 und 3 vor Abrieb zu schützen und eine möglichst glatte, faserfreie Oberfläche zu schaffen. Wird zusätzlich auch ein gleichartiger Belag auf der freiliegenden Oberfläche des Isolierstofflage 2 aufgebracht, so wird die Nutisolation 1 zusätzlich vor Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt. Der Belag 12 kann vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa einem polyester- oder epoxidharzgetränkten Vlies auf der Basis Polyester oder Polyamid, hergestellt werden. Ein solcher Belag zeichnet sich durch Kratzfestigkeit, Kriechstromfestigkeit und Abweisung von Feuchtigkeit aus. The purpose of the covering is to protect the fibers and / or flakes of the insulating layers 2 and 3 underneath from abrasion and to create a surface that is as smooth and fiber-free as possible. If a similar covering is also applied to the exposed surface of the insulating layer 2, the slot insulation 1 is additionally protected against moisture and dirt. The covering 12 can preferably be produced from a composite material, such as a fleece based on polyester or polyamide, which is impregnated with polyester or epoxy resin. Such a covering is characterized by scratch resistance, tracking resistance and moisture resistance.
Die Nutisolation 1 kann aus einem vorgefertigten Prepreg gepresst werden, kann aber auch in herkömmlicher Weise durch sukzessives Übereinan-derbringen und Pressen der verschiedenen Lagen hergestellt werden. The groove insulation 1 can be pressed from a prefabricated prepreg, but can also be produced in a conventional manner by successively overlapping and pressing the different layers.
Die Herstellung des Prepregs kann entsprechend Fig. 2 wie folgt erfolgen: Zunächst wird die Lage 2 mit einer Schicht 13 eines Polymers auf der Basis Polyester oder Epoxid und mit Schichten 14 und 15 auf der Basis eines Acrylatklebers versehen. Die Schichten 14 und 15 können als typischerweise 50 um dicke Beläge aufgebracht werden, indem sie trocken von einer Trägerfolie abgenommen werden. Hierbei ist zu beachten, dass die beschichteten Flächen den getrockneten oder ausgehärteten Haftschichten 5, 10 und 11 entsprechen. Sodann wird die Lage 3 über die Lage 2 geschichtet. Falls erwünscht, kann die freiliegende Fläche der Lage 3 entsprechend der Lage 2 beschichtet und mit einer weiteren Lage Isolierstoff belegt werden. Die oberste Lage des Stapels kann sodann noch mit einem den Belag 12 liefernden Verbundwerkstoff auf der Basis eines harzgetränkten Polyestervlieses versehen werden. Ein solches Prepreg kann entsprechend den erwünschten Abmessungen der Nutisolation 1 zugeschnitten und bei erhöhten Temperaturen in einer Form unter Aushärtung der verwendeten Harze bzw. Klebstoffe verpresst werden. 2, the prepreg can be produced as follows: First, the layer 2 is provided with a layer 13 of a polymer based on polyester or epoxy and with layers 14 and 15 based on an acrylate adhesive. The layers 14 and 15 can be applied as typically 50 µm thick coverings by dry removal from a carrier film. It should be noted here that the coated surfaces correspond to the dried or hardened adhesive layers 5, 10 and 11. Layer 3 is then layered over layer 2. If desired, the exposed surface of layer 3 can be coated in accordance with layer 2 and covered with a further layer of insulating material. The uppermost layer of the stack can then also be provided with a composite material providing the covering 12 on the basis of a resin-impregnated polyester fleece. Such a prepreg can be cut to the desired dimensions of the groove insulation 1 and pressed in a mold at elevated temperatures while the resins or adhesives used are hardened.
Es ist auch möglich, nur die Schicht 13 auf die Lage 2 aufzubringen und nach Auflegen der Lage 3 in einer Form bei erhöhter Temperatur zunächst nur die Haftschicht 5 herzustellen. Anschliessend können dann die Haftschichten 10 und 11 und der Verbundwerkstoff aufgetragen und die Nutisolation 1 durch Warmpressen endgültig fertiggestellt werden. It is also possible to apply only the layer 13 to the layer 2 and, after the layer 3 has been placed in a mold at elevated temperature, initially only to produce the adhesive layer 5. The adhesive layers 10 and 11 and the composite material can then be applied and the groove insulation 1 can be finally finished by hot pressing.
Die Nutisolation 1 weist nach dem Pressen die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Form auf. Beim Einlegen in die nicht dargestellte Rotornut richten sich die Abschnitte 6 und 7 an den Nutflanken auf. Hierbei kann die Nutisolation 1 im Bereich der Radien 8 und 9 nicht beschädigt werden, da die Isolierstofflagen 2 und 3 sich auch bei sehr kleinen Krümmungsradien noch gegeneinander verschieben können. Lediglich im Bereich des Abschnitts 4 sind die Isolierstofflagen 2 und 3 praktisch starr aneinander gekoppelt. Die dort vorgesehene Haftschicht 5 hat eine Bruchdehnung von höchstens einigen Prozent. Hierdurch ist jedoch ein fester Sitz der Nutisolation 1 auf dem Nutboden gewährleistet. Hingegen haben die Haftschichten 10 und 11 Bruchdehnungen von ca. 100%, was auch nach der Aushärtung der After pressing, the groove insulation 1 has the shape shown in broken lines in FIG. 1. When inserting into the rotor groove, not shown, sections 6 and 7 stand up on the groove flanks. Here, the groove insulation 1 in the area of the radii 8 and 9 cannot be damaged, since the insulating layers 2 and 3 can still move relative to one another even with very small radii of curvature. Only in the area of section 4 are the insulating layers 2 and 3 practically rigidly coupled to one another. The adhesive layer 5 provided there has an elongation at break of at most a few percent. This, however, ensures a tight fit of the groove insulation 1 on the groove bottom. In contrast, the adhesive layers 10 and 11 have elongations at break of approximately 100%, which is also after the hardening of the
Nutisolation noch starke Biegebeanspruchungen ohne Beschädigung der Isolierstofflagen 2 und 3 ermöglicht. Zusätzliche, etwa durch Abkröpfungen 16 gekennzeichnete, Radien können in einfacher Weise in die mechanisch nur geringfügig belasteten Abschnitte 6, 7 der Nutisolation 1 eingeformt werden. Eine besonders gute nachträgliche Verformbarkeit der Nutisolation 1 im Bereich eines Radius, z.B. 8, wird dadurch erreicht, dass dort die Isolierstofflagen 2 und 3 frei von einer Haftschicht, z.B. 10, sind. Die im anschliessenden Abschnitt, z.B. 6, vorgesehene Haftschicht 10, verhindert dann, dass wie bei nach oben offenen Isolierstofflagen 2 und 3 unerwünschte Fremdkörper zwischen die Isolier-stofflagen 2 und 3 treten können. Groove insulation allows even strong bending stresses without damaging the insulating layers 2 and 3. Additional radii, such as those marked by angled portions 16, can be formed in a simple manner into the sections 6, 7 of the slot insulation 1 which are only slightly loaded mechanically. Particularly good subsequent deformability of the groove insulation 1 in the area of a radius, e.g. 8, is achieved in that the insulating layers 2 and 3 are free of an adhesive layer, e.g. 10, are. The in the subsequent section, e.g. 6, provided adhesive layer 10, then prevents undesirable foreign bodies from entering between the insulating layers 2 and 3, as in the case of insulating layers 2 and 3 which are open at the top.
Die in Fig. 3 teilweise dargestellte Nutisolation 17 von vorzugsweise U-förmigem Profil enthält zwei schichtförmig angeordnete Lagen 18, 19 eines flexiblen und mechanisch hoch belastbaren Isolierstoffs von typischerweise 0,5 mm Dicke. Geeignetes Material ist beispielweise das bereits bei der Isolierstofflage 2 und 3 der Nutisolation 1 beschriebene und unter der Handelsmarke Nomex® der Firma Dupont vertriebene Papier. Zwischen beiden Isolierstofflagen 18, 19 ist eine weitere Lage 20 eines Isolierstoffs vorgesehen. Dieser Isolierstoff ist dielektrisch höherwertiger aber mechanisch weniger hoch beanspruchbar wie der Isolierstoff der Lagen 18 und 19 und kann beispielsweise eine unter der Handelsmarke Kapton® von der Firma Dupont vertriebene Folie sein. The groove insulation 17, which is preferably shown in FIG. 3 and preferably has a U-shaped profile, contains two layers 18, 19 of a flexible and mechanically highly resilient insulating material, typically 0.5 mm thick. A suitable material is, for example, the paper already described for insulating layer 2 and 3 of slot insulation 1 and sold under the trademark Nomex® by Dupont. A further layer 20 of an insulating material is provided between the two layers of insulating material 18, 19. This insulating material is of higher dielectric quality but less mechanically stressable than the insulating material of layers 18 and 19 and can be, for example, a film sold by the Dupont company under the trademark Kapton®.
Im Bereich des Nutgrundes sind die drei Isolierstofflagen 18, 19 und 20 mittels Haftschichten 21, 22 auf der Basis eines wärmeausgehärteten oder getrockneten Polymers starr miteinander verbunden. Im Bereich des Nutgrundes kann die Isolation daher mechanisch hoch belastet werden. In the area of the groove base, the three layers of insulating material 18, 19 and 20 are rigidly connected to one another by means of adhesive layers 21, 22 based on a thermoset or dried polymer. The insulation can therefore be subjected to high mechanical loads in the area of the groove base.
Im Bereich der Schenkel der Nutisolation werden die Isolierstofflagen 18, 19 und 20 mittels elastisch oder plastisch verformbaren Haftschichten 23, 24 zusammengehalten. Die Haftschichten 23, 24 können die gleiche Bemessung und den gleichen Materialaufbau aufweisen wie die Haftschichten 10, 11 der Nutisolation 1. Sie können sich - wie in Fig. 3 dargestellt - von den Schenkeln des U-Profils über einen Radius bis in den Nutgrund hinein erstrecken. In the area of the legs of the groove insulation, the insulating layers 18, 19 and 20 are held together by means of elastically or plastically deformable adhesive layers 23, 24. The adhesive layers 23, 24 can have the same dimensions and the same material structure as the adhesive layers 10, 11 of the groove insulation 1. As shown in FIG. 3, they can extend from the legs of the U-profile over a radius into the groove base extend.
Gegenüber der Nutisolation 1 weist die Nutisolation 17 zusätzlich noch folgende Vorteile auf. Sie ist dielektrisch besonders hochwertig und trotz Verwendung eines gegen mechanische Beanspruchung vergleichsweise empfindlichen Materials äusserst robust. Die mechanisch hoch beanspruchbaren äusseren Isolierstofflagen 18 und 19 schützen die mechanisch weniger robuste, aber dielektrisch besonders hochwertige Isolierstofflage 20 vor unzulässig hohen Kräften. Hierbei werden die Kräfte zum grös-sten Teil durch die äusseren Schichten 18 und 19 aufgenommen und wird deren Übertragung durch die flexiblen Haftschichten 23 und 24 wesentlich reduziert. Unerwünschte Rissschäden in der gegen mechanische Kräfte vergleichsweise anfälligen Schicht 20 werden so weitgehend vermieden. Compared to the slot insulation 1, the slot insulation 17 additionally has the following advantages. It is of particularly high dielectric quality and, despite the use of a material that is comparatively sensitive to mechanical stress, is extremely robust. The outer insulating material layers 18 and 19, which can be subjected to high mechanical stress, protect the mechanically less robust, but dielectric high-quality insulating material layer 20 against impermissibly high forces. For the most part, the forces are absorbed by the outer layers 18 and 19 and their transmission is considerably reduced by the flexible adhesive layers 23 and 24. Undesired crack damage in the layer 20, which is relatively susceptible to mechanical forces, is largely avoided in this way.
Entsprechend der Nutisolation 1 können auch bei der Nutisolation 17 die freiliegenden Oberflächen durch einen Belag, etwa auf der Basis eines feuch5 Corresponding to the groove insulation 1, the exposed surfaces can also be covered with a groove, for example on the basis of a damp 5
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tigkeitsabweisenden und kriechstromfesten Verbundwerkstoffs, abgedeckt werden. repellent and creep-resistant composite material.
Je nach Anforderungen an Isolationsvermögen und Dicke der verwendeten Isolierstofflagen können die Nutisolationen 1 bzw. 17 selbstverständlich auch aus mehr als 2 bzw. 3 Isolierstofflagen aufgebaut sein. Depending on the requirements for insulation capacity and thickness of the insulating material layers used, the slot insulation 1 or 17 can of course also be constructed from more than 2 or 3 insulating material layers.
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1991
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PUE | Assignment |
Owner name: MICAFIL ISOLIERTECHNIK AG |
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NV | New agent |
Representative=s name: ASEA BROWN BOVERI AG ABT. TEI-IMMATERIALGUETERRECH |
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PUE | Assignment |
Owner name: ABB SCHWEIZ AG Free format text: MICAFIL ISOLIERTECHNIK AG#BADENERSTRASSE 780#8048 ZUERICH (CH) -TRANSFER TO- ABB SCHWEIZ AG#BROWN BOVERI STRASSE 6#5400 BADEN (CH) |
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