DE10009820A1

DE10009820A1 - Heizgerät, insbesondere Standheizung

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Publication number: DE10009820A1
Application number: DE10009820A
Authority: DE
Inventors: Walter Blaschke
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: DE10009820B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (1), insbesondere eine motorunabhängige Standheizung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Wärmetauscher (3), der einen Kesselraum (4) umhüllt, mit einem Flammrohr (5), das in den Kesselraum (4) hineinragt, und mit einer Brennkammer (6), die über das Flammrohr (5) im Kesselraum (4) mündet, wobei ein Strömungsweg die Abgase der Brennkammer (6) von der Brennkammer (6) bis zu einem Austritt (11) des Wärmetauschers (3) führt. DOLLAR A Um die Schallemission des Heizgerätes zu reduzieren, ist im Strömungsweg oder entlang wenigstens eines Teils des Strömungsweges ein Schallabsorber (13) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere eine mo torunabhängige Standheizung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Wärmetauscher, der einen Kesselraum umhüllt, mit einem Flammrohr, das in den Kesselraum hineinragt, und mit einer Brennkammer, die über das Flammrohr im Kesselraum mündet, wobei ein Strömungsweg die Abgase der Brennkammer von der Brennkammer bis zu einem Austritt des Wärmetauschers führt.

Insbesondere für den Fall, daß ein derartiges Heizgerät als motorunabhängige Standheizung in einem Kraftfahrzeug, z. B. Personenkraftwagen oder Boot, verwendet werden soll, wird für das Heizgerät eine kleine, kompakte Bauweise bevorzugt, wobei das Heizgerät eine hohe Leistungsabgabe aufweisen und gleichzeitig eine möglichst geringe Geräuschemission besit zen soll. Ein externer, nachgeschalteter Schalldämpfer weist einen relativ großen Raumbedarf auf, der bei vielen Einbau situationen jedoch nicht zur Verfügung steht. Auch andere Maßnahmen, die zur Reduzierung der Schallemissionen beitra gen, erfordern regelmäßig eine Vergrößerung einzelner Kompo nenten und somit des gesamten Aufbaus des Heizgerätes. Beispielsweise kann ein Gehäuse des Heizgerätes mit einem schalldämpfenden Mantel gekapselt sein.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Heizgerät der eingangs genannten Art eine Ausfüh rungsform anzugeben, bei der die Schallemission reduziert ist, wobei gleichzeitig ein kompakter Aufbau für das Heizge rät gewährleistet werden soll.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Heizgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Luft schallausbreitung bereits im Heißgasbereich zu behindern. Durch einen Schallabsorber im Strömungsweg oder entlang we nigstens eines Teils des Strömungsweges zwischen Brennkammer und Wärmetauscheraustritt wird der Luftschall bedämpft, so daß der Schalldruck des vom Heizgerät letztlich abgestrahl ten Schalls reduziert ist. Der Schallabsorber ist dabei so im oder am bzw. entlang des Strömungswegs angeordnet, daß er mit dem in den Abgasen transportierten Schall zusammenwirken kann, um dessen Intensität zu dämpfen. Die Schallemission des Heizgerätes wird somit durch interne Maßnahmen verrin gert, die grundsätzlich keine Vergrößerung im Aufbau des Heizgerätes erfordern.

Je nach Ausführungsform des Schallabsorbers können Anpas sungsmaßnahmen oder Umbaumaßnahmen am Heizgerät sogar vollständig unterbleiben, so daß insbesondere auch eine Nachrü stung bereits vorhandener Heizgeräte möglich ist.

Da der Schallabsorber am oder im Strömungsweg der heißen Ab gase der Brennkammer angeordnet ist, muß der Schallabsorber aus einem entsprechenden hitzebeständigen Material bestehen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Heizgerätes kann zumindest ein Teil des Flamm rohres durch den Schallabsorber gebildet sein. Auf diese Weise erhält das Flammrohr eine Doppelfunktion. Diese Inte gration der schallabsorbierenden Wirkung in das Flammrohr kann ohne bauliche Veränderungen am übrigen Heizgerät aus kommen. Der Schallabsorber kann hierbei aus einem gasdurch lässigen porösen Material bestehen, z. B. aus einem Metall drahtgestrick oder aus Schaumkeramik.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Schallabsorber eine rohrförmige, radial durchlässige Stützstruktur besit zen, die zentrisch zum Flammrohr angeordnet ist und die sich radial über eine Absorberschicht aus einem schallabsorbie renden Material an der Innenseite des Flammrohres abstützt. Diese Ausführungsform läßt sich ohne Umbaumaßnahmen am Heiz gerät realisieren, da die Stützstruktur mit der Absorber schicht bei der Montage des Heizgerätes in das Flammrohr eingesteckt werden kann. Die Stützstruktur kann dabei bei spielsweise aus einem Drahtgitterrohr oder aus einem Loch blechrohr gebildet sein. Auch hier kann die Absorberschicht aus einem Metalldrahtgestrick oder aus einer Schaumkeramik oder aus einem sonstigen metallischen oder keramischen Fa sergewebe aufgebaut sein.

Entsprechend einer besonderen Ausführungsform kann der Schallabsorber einteilig mit dem Wärmetauscher ausgebildet sein, wobei der Wärmetauscher aus einem Sintermaterial be steht, dessen Dichte in einem Außenbereich des Wärmetau schers so gewählt ist, daß der Außenbereich gasdicht ist und als Wärmetauscher dient, und dessen Dichte in einem Innenbe reich des Wärmetauschers so gewählt ist, daß der Innenbe reich gasdurchlässig ist und als Schallabsorber dient. Auch durch diese Maßnahme wird die Teileanzahl des Heizgerätes nicht vergrößert, so daß der Montageaufwand im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizgerät unverändert bleibt. Diese Aus führungsform weist jedoch zusätzlich eine verbesserte Wär meabgabe an den Wärmetauscher auf, wodurch sich der Wir kungsgrad des Heizgerätes durch die Integration des Schall absorbers erhöht. Das hierbei verwendete Sintermaterial kann dabei aus metallischen oder keramischen Grundstoffen aufge baut sein.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung an hand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Heizgerätes nach der Erfindung, in dem ein Schallabsorber angeordnet ist,

Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch einer weite ren Ausführungsform.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 weist ein erfindungsgemäßes Heizgerät 1 in einem Gehäuse 2 einen Wärmetauscher 3 auf, der auf seiner Außenseite von einem Wärmeübertragungsmedium umströmt ist. Je nach Typ des Heizgerätes 1 kann es sich bei diesem Wärmeübertragungsmedium entweder um eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder um ein Gas, z. B. Luft, handeln, wobei das Wärmeübertragungsmedium durch das Heizgerät 1 erwärmt werden soll. Im Inneren des Wärmetauschers 3 ist ein Kesselraum 4 ausgebildet, der somit vom Wärmetauscher 3 umhüllt ist. In den topfförmigen oder glockenförmigen Kesselraum 4 ragt koa xial ein zylindrisches Flammrohr 5 hinein.

Das Heizgerät 1 weist außerdem eine Brennkammer 6 auf, die mit einer Flammenaustrittsöffnung 7 im Flammrohr 5 mündet. Die Flammenaustrittsöffnung 7 kann auch als "Flammblende" bezeichnet werden. Über das Flammrohr 5 mündet die Brennkam mer 6 somit auch im Kesselraum 4. In der Brennkammer 6 fin det die eigentliche Verbrennung eines Kraftstoff-Luft- Gemischs statt, wobei die Brennkammer 6 einen Bestandteil eines nicht näher zu erläuternden Brenners, z. B. Verdampfer brenner oder Zerstäuberbrenner, bildet.

Die Frischluftversorgung der Kraftstoffverbrennung erfolgt hier mittels eines Gebläses 8, das mit einem nur zum Teil dargestellten Elektromotor 9 angetrieben ist. Über einen Frischlufteintritt 10 wird die Frischluft der Brennkammer 6 zugeführt. Insbesondere durch die Gebläsewirkung werden die heißen Verbrennungsabgase und teilweise auch die Verbren nungsflammen durch die Flammblende 7 in das Flammrohr 5 an getrieben. Die Heißgasströmung umströmt dann das Flammrohr 5 und strömt entlang des Wärmetauschers 3 bis zu einem Aus tritt 11 des Wärmetauschers 3. Durch einen Abgasaustritt 12 verlassen die Verbrennungsabgase das Heizgerät 1. Innerhalb des Heizgerätes 1 ist somit ein Strömungsweg ausgebildet, der sich von der Brennkammer 6 bis zum Austritt 11 des Wär metauschers 3 erstreckt. In oder an diesem Strömungsweg bzw. entlang dieses Strömungsweges ist beim erfindungsgemäßen Heizgerät 1 ein Schallabsorber 13 angeordnet.

Entsprechend der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist dieser Schallabsorber 13 eine rohrförmige Stützstruk tur 14 auf, die hier durch ein Lochblechrohr gebildet ist. Der Außendurchmesser der Stützstruktur 14 ist hierbei klei ner als der Innendurchmesser des Flammrohres 5, wodurch ein Ringraum entsteht. Dieser Ringraum ist durch eine Absorber schicht 15 ausgefüllt, die aus einem schallabsorbierenden Material besteht. Auf diese Weise stützt sich die Absorber schicht 15 radial außen an der Innenseite des Flammrohres 5 und radial innen an der Außenseite der Stützstruktur 14 ab. Die Absorberschicht 15 kann dabei an der Stützstruktur 14 und/oder am Flammrohr 5 befestigt sein. Das Material der Ab sorberschicht ist gasdurchlässig und hitzebeständig. Bei spielsweise besteht die Absorberschicht aus einem Metall drahtgestrick oder aus einer Schaumkeramik. Die Stützstruk tur 14 besteht vorzugsweise aus Metall; ebenso kann ein ke ramischer Werkstoff verwendet werden.

Der Innendurchmesser der Stützstruktur 14 ist zweckmäßiger weise gleich groß wie oder größer als der Durchmesser der Flammenaustrittsöffnung 7.

Die hier aus einem Lochblech aufgebaute Stützstruktur 14 be sitzt radiale Öffnungen 16, durch welche Schallwellen vom Inneren der Stützstruktur 14 radial nach außen in die Absor berschicht 15 eindringen können. Auf diese Weise kommt es zu einer Dämpfung der Schallwellen, wodurch sich die Intensität des Luftschalldruckes reduziert.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann der in Fig. 1 dargestellte Schallabsorber 13 als Einsteckbauteil ausgebildet sein, das durch einen einfachen Montagevorgang in das Flammrohr 5 eines herkömmlichen Heizgerätes 1 ein steckbar ist. Die Dimensionierung dieses Schallabsorbers 13 ist dabei so gewählt, daß sich zwischen der Absorberschicht 15 und der Innenseite des Flammrohres 5 ein Preßsitz ausbil det, der den Schallabsorber 13 ohne weitere Befestigungsmaß nahmen im Flammrohr 5 sicher fixiert.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 weist das als Stütz struktur 14 dienende Lochblechrohr identische radiale Öff nungen 16 auf. Ebenso sind Ausführungsformen möglich, bei denen unterschiedliche Öffnungsquerschnitte Verwendung fin den. Ebenso kann die Dichte der Absorberschicht 15, z. B. des Metalldrahtgewirks, entlang der axialen Erstreckung des Flammrohres 5 variieren.

Entsprechend Fig. 2 kann bei einer zweiten Ausführungsform der Schallabsorber 13 so ausgebildet sein, daß er einen Teil des Flammrohres 5 bildet. Dabei mündet die Brennkammer 6 mit ihrer Flammenaustrittsöffnung 7 in ein Flammenleitrohr 17, an das der als Schallabsorber 13 ausgebildete Teil des Flammrohres 5 angeschlossen ist. Das Flammenleitrohr 17 kann dabei grundsätzlich wie ein herkömmliches Flammrohr aufge baut sein. Der als Schallabsorber 13 dienende Abschnitt des Flammrohres 5 besteht aus einem schallabsorbierenden Materi al. Beispielsweise ist der schallabsorbierende Abschnitt des Flammrohres 5 aus einer porösen oder gasdurchlässigen metal lischen oder keramischen zylindrischen Hülse 21 gebildet, deren Oberfläche auf der Innenseite und/oder auf der Außen seite so ausgebildet ist, daß Schallwellen in den Werkstoff der Hülse 21 eindringen können. Durch Reflektionen im Inne ren des Werkstoffes wird der Luftschall gedämpft. Ein beson derer Vorteil dieser Ausführungsform kann darin gesehen wer den, daß die schallabsorbierende Wirkung entlang eines Groß teils der Innenfläche des Flammrohres 5 sowie entlang der gesamten Außenseite des Flammrohres 5 auftritt. Außerdem wird bei dieser Ausführungsform ein herkömmliches Flammrohr durch das hier gezeigte Flammrohr 5 mit integriertem Schall absorber 13 (Hülse 21) ersetzt, so daß bei der Montage des Heizgerätes 1 kein zusätzliches Bauteil montiert werden muß.

Entsprechend Fig. 3 ist bei einer dritten Ausführungsform das komplette Flammrohr 5 als Schallabsorber 13 ausgebildet. Auch dieser Schallabsorber 13 besitzt eine zentrale Stütz struktur 18, an der sich eine Absorberschicht 19 abstützt. In diesem Falle dient die Stützschicht 18, die hier als Drahtgitterrohr ausgebildet ist, zur Befestigung des Flamm rohres 5 bzw. des Schallabsorbers 13 innerhalb des Kessel raumes 4. Das Flammrohr 5 ist hier am Gehäuse der Brennkam mer 6 befestigt. Die Absorberschicht 19 umhüllt die Stütz struktur 18 radial. Außerdem bedeckt die Absorberschicht 19 die Stützstruktur 18 axial an ihrer von der Flammenaus trittsöffnung 7 abgewandten axialen Stirnseite. Das aus der Brennkammer 6 ausströmende Gas wird auf diese Weise gezwun gen, die Absorberschicht 19 zu durchdringen. Es ist klar, daß das Material der Absorberschicht 19 in entsprechender Weise gasdurchlässig ausgebildet ist. Beispielsweise besteht die Absorberschicht 19 aus einem porösen Material, insbeson dere aus einem Sintermaterial aus metallischen oder kerami schen Bestandteilen. Um eine definierte Durchströmung des Kesselraumes 4 zu erhalten, ist die Absorberschicht 19 des Schallabsorbers 13 vorzugsweise so aufgebaut, daß die Gas durchlässigkeit der Absorberschicht 19 mit zunehmendem Ab stand von der Flammenaustrittsöffnung 7 zunimmt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß nahe der Flammenaustrittsöff nung 7 möglichst wenig heiße Abgase unter Umgehung des Flammrohres 5 auf kurzem Wege zum Austritt 11 des Wärmetau schers 3 gelangen.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 kann die variierende Gasdurchlässigkeit des Schallabsorbers 13 beispielsweise durch unterschiedliche Porengrößen oder durch eine unter schiedliche Materialdichte des gasdurchlässigen Werkstoffes erzielt werden.

Auch bei dieser Ausführungsform wird zur Ausbildung des er findungsgemäßen Heizgerätes 1 lediglich ein herkömmliches Flammrohr durch das als Schallabsorber 13 ausgebildete Flammrohr 5 ersetzt, so daß auch hier der Montageaufwand gleich bleibt.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 bewirkt die Poro sität des Absorbermaterials bzw. der Absorberschicht 19, daß heiße Abgase in das Absorbermaterial eindringen bzw. dieses durchdringen können. Dies hat zur Folge, daß sich das Absor bermaterial aufheizt und zur Abgabe von Strahlungswärme an geregt wird. Die Ausbildung zumindest eines Teilbereichs des Flammrohres 5 als Schallabsorber 13 verbessert somit die Wärmeübertragung an den Wärmetauscher 3, wodurch sich der Wirkungsgrad des Heizgerätes 1 verbessert.

Bei allen Ausführungsformen kann das Absorbermaterial mit einer katalytischen Beschichtung versehen sein, wodurch be reits im Inneren des Heizgerätes 1 der Schadstoffgehalt der Abgase reduziert werden kann.

Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen stützt sich der Wärmetauscher 3 an seiner Innenseite über Längsrippen 20 auf der Außenseite des Flammrohres 5 ab. Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizgerätes 1 kön nen die zwischen benachbarten Rippen 20, Flammrohr 5 und Wärmetauscher 3 ausgebildeten Zwischenräume mit schallabsor bierendem Material ausgefüllt sein, wobei hier auf eine re lativ große Gasdurchlässigkeit zu achten ist, um den Strö mungswiderstand durch das Heizgerät 1 hinreichend klein zu halten. Es ist klar, daß diese Maßnahmen alternativ oder zu sätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen ausgeführt wer den können.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, ermöglichen die erfin dungsgemäßen Maßnahmen eine Reduzierung der Schallemission des Heizgerätes 1, ohne daß sich der für das Heizgerät 1 er forderliche Bauraum vergrößert. Ebenso kann der Aufbau eines herkömmlichen Heizgerätes 1 ohne grundlegende konstruktive Änderungen übernommen werden, wodurch die Erfindung problem los in eine bestehende Fertigung integriert werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Heizgerät

2

Gehäuse

3

Wärmetauscher

4

Kesselraum

5

Flammrohr

6

Brennkammer

7

Flammenaustrittsöffnung/Flammblende

8

Gebläse

9

Elektromotor

10

Frischlufteintritt

11

Austritt von

3

12

Abgasaustritt

13

Schallabsorber

14

Stützstruktur

15

Absorberschicht

16

Öffnung

17

Flammenleitrohr

18

Stützstruktur

19

Absorberschicht

20

Längsrippe

21

Hülse

Claims

1. Heizgerät, insbesondere motorunabhängige Standheizung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Wärmetauscher (3), der ei nen Kesselraum (4) umhüllt, mit einem Flammrohr (5), das in den Kesselraum (4) hineinragt, und mit einer Brennkammer (6), die über das Flammrohr (5) im Kesselraum (4) mündet, wobei ein Strömungsweg die Abgase der Brennkammer (6) von der Brennkammer (6) bis zu einem Austritt (11) des Wärmetau schers (3) führt, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg oder entlang wenigstens eines Teils des Strömungsweges ein Schallabsorber (13) angeordnet ist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) an der Innenseite des Flammroh res (5) angeordnet oder ausgebildet ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) an der Außenseite des Flammroh res (5) angeordnet oder ausgebildet ist.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) an der Innenseite des Wärmetau schers (3) angeordnet oder ausgebildet ist.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) zwischen Flammrohr (5) und Wär metauscher (3) angeordnet ist.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Flammrohrs (5) durch den Schall absorber (13) gebildet ist.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) eine rohrförmige, radial durch lässige Stützstruktur (14; 18) besitzt, an der sich eine Ab sorberschicht (15; 19) aus einem schallabsorbierenden Materi al abstützt.

8. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur (14; 18) zentrisch zum Flammrohr (5) angeordnet ist und sich radial über die Absorberschicht (15; 19) an der Innenseite des Flammrohres (5) abstützt.

9. Heizgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur durch ein Gitterrohr (18) oder durch ein Lochblechrohr (14) gebildet ist.

10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht (15; 19) aus einer Schaumkeramik oder aus einem Metalldrahtgestrick gebildet ist.

11. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schallabsorber (13) einteilig mit dem Wärmetauscher (3) ausgebildet ist, wobei der Wärmetauscher (3) aus einem Sintermaterial besteht, dessen Dichte in einem Außenbereich des Wärmetauschers (3) so gewählt ist, daß der Außenbereich gasdicht ist und als Wärmetauscher dient, und dessen Dichte in einem Innenbereich des Wärmetauschers (3) so gewählt ist,
daß der Innenbereich gasdurchlässig ist und als Schallabsor ber dient.

12. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) ein gasdurchlässiges poröses Ma terial aufweist.

13. Heizgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gasdurchlässige poröse Material aus Metalldrahtge strick oder Schaumkeramik besteht.

14. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallabsorber (13) eine katalytisch wirkende Be schichtung aufweist.

15. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (5) zumindest teilweise durch den Schall absorber (13) gebildet ist, der aus einem gasdurchlässigen porösen Material besteht, wobei die Dichte des Schallabsor bers (13) in Richtung des Strömungsweges abnimmt und/oder die Porengröße des Schallabsorbers (13) in Richtung des Strömungsweges zunimmt.

16. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmetauscher (3) über Rippen (20) am Flammrohr (5) abstützt, wobei die Zwischenräume zwischen Rippen (20), Flammrohr (5) und Wärmetauscher (3) vom Schallabsorber (13) im wesentlichen ausgefüllt sind.