DE102008005096A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas in Heizungsanlagen - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas in Heizungsanlagen ist insbesondere für häusliche Feuerungsanlagen vorgesehen, die mit festen und/oder flüssigen Brennstoffen betrieben werden. Die Vorrichtung weist zumindest einen in einem Ofenrohr, Schornstein o. dgl. Rauchkanal vorgesehenen Elektrofilter auf, mit dem im Rauchgas mitgeführte Partikel im Bereich zumindest einer Sprühelektrode ionisierbar und an einer in Strömungsrichtung nachgeordneten Abscheideelektrode anlagerbar sind. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Abscheideelektrode(n) zumindest ein Heizelement vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas in Heizungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Für die Reinigung von Rauchgas sind seit langem Vorrichtungen in Form von Elektrofiltern (
US 2,881,857 ) bekannt, wobei die im Rauchgas enthaltenen Staubpartikel im Bereich zumindest einer Sprühelektrode ionisiert werden, danach auf einer als Niederschlagselektrode bezeichnete Abscheideelektrode anlagerbar sind und danach die abgeschiedenen Staubpartikel entsorgt werden. - Die als Staub- oder Rußschicht angelagerten Partikel können – in einer als Abscheidebetriebe (
DE 35 19 113 A1 ,DE 20 2006 016 244 U1 ) bezeichneter Phase – insbesondere durch Schwingungen, Abrieb o. dgl. mechanische Wirkungen von der Elektrodenoberfläche entfernt werden. Auch gemäßDE 32 38 793 A1 ist zur Reinigung von Abgasen eine spezielle mechanische Säuberung aufweisender Abscheider vorgesehen und ähnliche elektrische Filtervorrichtungen sind inDE 10 2005 034 033 A1 ,DE 43 24 065 C2 ,DE 41 16 402 C2 sowieDE 102 30 816 A1 vorgeschlagen. - Für die Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, insbesondere zur Reinigung von partikelhaltigen Abgasen der Dieselmotoren (
DE 30 35 206 ,DE 38 04 779 A1 ,DE 40 03 565 A1 ) sind an spezifische Bedingungen dieser Motoren angepaßte und in den Bereich einer Auspuffanlage integrierbare Partikel-Filter vorgesehen. In diese Filter können zusätzliche elektrische Heizelement integriert sein, so daß mittels jeweiliger auf ca. 400°C bis 550°C aufzuheizender Glühkerzen o. dgl. eine zusätzliche Verbrennung von im heißen Abgas des Dieselmotors mitgeführten Kohlenstoff-Partikel möglich wird. Diese beheizbaren Filter-Konstruktionen sind damit auf eine Anwendung in Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren beschränkt. - Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, eine Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas in Heizungsanlage zu schaffen, die mit geringem technischen Aufwand als Zusatzausrüstung für insbesondere häusliche Feuerungsanlagen geeignet ist, nach einem Betrieb mit festen und/oder flüssigen Brennstoffen eine mechanische Abreinigung entbehrlich macht und die Effizienz der Rauchgasreinigung vorteilhaft erhöht.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 16.
- Die Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas in Heizungsanlagen ist in erfindungsgemäßer Ausführung nach Art eines Partikelabscheiders ausgeführt, der verfahrensgemäß zur Entfernung von Staub, Feinstaub u. dgl. leicht flüchtigen Bestandteilen aus Abgasen von Heizungen dient und dazu in häuslichen Feuerungsanlagen besonders effizient einsetzbar ist. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch wird das beim Abbrand fester oder flüssiger Brennstoffe entstehende Rauchgas so geleitet, daß im Bereich der Vorrichtung zuerst unter Hochspannung eine elektrostatische Aufladung von Staubpartikeln erfolgt und anschließend eine Beseitigung dieser Staubpartikel durch eine in das System integrierte Verbrennung durchgeführt wird.
- Die Abgase eines Ofens, einer Zentralheizung, eines Kamins o. dgl. Feuerungsanlagen, in denen flüssige oder feste Brennstoffe verbrannt werden, können innerhalb des Rauchkanals nach dem an sich bekannten Funktionsprinzip einer elektrostatischen Aufladung beeinflußt werden, wobei die im Rauchgas mitgeführten Partikel aufgeladen werden, damit diese Staub- und/oder Feinstaubpartikel von einer Gegenelektrode erfaßbar sind und so ein ungehindertes Austreten der Partikel durch den Schornstein bzw. den Kaminabzug in die Umwelt vermieden ist.
- Nachfolgende Reinigungs- und Entsorgungsaufwendungen entstehen bei bekannten Einrichtungen durch die bisher notwendigen Reinigungszyklen der Abscheidesysteme. So ist es auch bekannt, daß die in aktuellen Print- und TV-Medien zitierten Umweltbelastungen durch Feinstaub zu einem großen Anteil durch die Feinstaubemissionen von Kleinfeuerungsanlagen verursacht werden, wobei diese Belastungen bzw. ausgestoßenen Partikelmengen noch über denen des gesamten Kfz-Verkehrs liegen sollen.
- Mit der Erfindung ist eine Lösung geschaffen, die eine kostengünstige und einfach nachrüstbare Vorrichtung zur Reduktion des Feinstaubausstoßes von Kleinfeuerungsanlagen vorschlägt, deren als Feinstaubfilter wirksamer Partikelabscheider mit einer integrierten Verbrennung so kombiniert ist, daß eine nachträgliche Entsorgung der zurückgehaltenen Partikel entfällt. Diese Sammel- und Verbrennungsbaugruppe kann mit geringem Aufwand an jeweilige kundespezifische Anwendungen bzw. Heizungsanlagen angepaßt werden.
- Es ist bekannt, daß bei offenen Kaminfeuerungen schon jetzt wegen des Schadstoffausstoßes eine Begrenzung der Betriebsstundendauer vorgegeben ist. Dieser Zustand kann durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit elektrostatischem Partikelfilter und integrierter Verbrennung vermieden werden. Die Anwendung der Vorrichtung ermöglicht eine Reduzierung der Staubemissionen auf ein vertretbares Minimum, wobei die Wirkung der Vorrichtung dabei darauf gerichtet ist, zukünftig meßpflichtige Kleinfeuerungsanlagen mittels des eine beheizbare Abscheideelektrode aufweisenden Partikelabscheiders so zu verbessern, daß Staubmessungen im Bereich der Kleinfeuerungsanlagen ohne Beanstandungen bleiben bzw. längere Meßabstände und damit geringere Kosten erreichbar sind.
- Das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf der Partikel-Aufladung durch Hochspannung, wobei diese aufgeladenen Partikel an einem Gegenpol haften, der in vorteilhaft einfacher Ausführung als ein Heizstab ausgeführt ist. Mittels einer elektronischen Überwachung wird bei Bedarf diese Heizung zugeschaltet und die an der speziellen Abscheideelektrode haftenden Kohlenstoff-Feinstaubteile kön nen direkt verbrannt werden, so daß die zulässigen Grenzwerte für die Abgabe von Feinstaubmengen aus Feuerungsanlagen zuverlässig eingehalten sind.
- Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:
-
1 bis3 jeweilige Prinzipdarstellungen der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit unterschiedlichen Einbaulagen in Heizungsanlagen, -
4 eine schematische Einzeldarstellung der als in den Rauchkanal integrierbaren Baueinheit ausgebildeten Vorrichtung mit jeweiligen elektrischen bzw. elektronischen Steuerungsbaugruppen, -
5 eine Vorderansicht der in Einbaulage befindlichen Baueinheit, -
6 eine Vorderansicht ähnlich5 mit einer Darstellung einzelner Bauteile im Inneren der Baueinheit, -
7 eine teilweise geschnittene Stirnansicht gemäß einer Linie I-I in6 , -
8 und9 jeweilige Einzelansichten einer im Inneren der Baueinheit befindlichen hülsenförmigen Abscheideelektrode, -
10 und11 jeweilige Ansichten einer im Inneren der Baueinheit befindlichen Heiz- und/oder Sprühelektrode, -
12 und13 jeweilige Ansichten einer die Baueinheit umgebenden thermischen Isolierschicht, -
14 und15 jeweilige Ansichten einer zweiten Ausführungsform der Baueinheit mit veränderter Elektrodenanordnung, -
16 eine dritte Ausführung der Baueinheit mit plattenförmigen Elektroden, und -
17 eine vierte Ausführung der Baueinheit mit gitterförmiger Sprühelektrode. - In
1 bis3 ist eine insgesamt mit1 bezeichnete Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas G in einer jeweiligen Heizungsanlage2 dargestellt, wobei als die Heizungsanlage2 insbesondere eine mit festen, flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen betriebene häusliche Feuerungsanlage vorgesehen ist. Es ist bekannt, derartige Feuerungsanlagen im Bereich eines Ofenrohres3 (2 ,3 ), eines Schornsteins o. dgl. Rauchkanal4 (1 ) mit einem Elektrofilter5 zu versehen, so daß im Rauchgas G mitgeführte Partikel P im Bereich zumindest einer Sprühelektrode6 ionisierbar und an einer in Strömungsrichtung A nachgeordneten Abscheideelektrode7 anlagerbar sind (4 ). Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt im Bereich der Abscheideelektrode7 eine entsprechende Säuberung durch einen insbesondere mechanischen Reinigungszyklus. - Das erfindungsgemäße Konzept der Vorrichtung
1 ,1' ,1'' (4 ,16 ,17 ) sieht vor, daß die ionisierten Partikel P' im Bereich der zumindest einen Abscheideelektrode7 erfaßt und hier sofort bzw. zu einem späteren (einstellbaren) Zeitpunkt einer Verbrennung ausgesetzt werden. - Dieser zusätzliche Verbrennungsprozeß mittels der im Rohr
3 bzw. Rauchkanal4 befindlichen Vorrichtung1 kann bereits dadurch erreicht werden, daß die abgeschiedenen Partikel P durch eine nicht dargestellte Energiequelle, z. B. einen zur Abscheideelektrode7 gerichteten Brenner, auf Verbrennungstemperatur aufgeheizt und so die angelagerten Schadstoffe in der Vorrichtung1 bzw. auf der Abscheideelektrode7 verbrannt werden. Dem Strömungszug A folgend kann danach ein weitgehend partikelfreies Verbrennungsgas G' in die Atmosphäre abgeführt werden. - In vorteilhafter Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
1 ,1' ,1'' ist vorgesehen, daß diese jeweils zumindest eine unmittelbar beheizbare Abscheideelektrode7 aufweisen und diese in Form eines an sich bekannten Heizstabes o. dgl. Heizelement8 ausgebildet ist. - In
16 und17 sind in schematischer Darstellung zwei Grundprinzipien der Vorrichtung1' bzw.1'' gezeigt, wobei deutlich wird, daß die jeweilige Sprühelektrode6 , der im Abstand zu dieser angeordnete Heizstab8 und die nicht näher dargestellten elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen E, E' als eine an den jeweiligen Rauchkanal3 ,4 anpaßbare Baueinheit B ausgebildet sind. Diese Baueinheit B kann als Zubehör jeweiliger Feuerungsanlagen2 (1 bis3 ) in den Rauchkanal eingesetzt werden. - In der Ausführung gemäß
16 sind in Strömungsrichtung A mit einem Abstand vor dem Heizstab8 plattenförmige Sprühelektroden6 vorgesehen und weitere ionisierende Elektroden6' sind parallel zu dem die Abscheideelektrode7 bildenden Heizstab8 angeordnet. In der Ausführung gemäß17 sind die Sprühelektroden6" von einem Gitter9 gebildet, das sich über die Länge des Heizstabes8 erstreckt und so in Strömungsrichtung A eine hinreichend lange Ionisierungsstrecke K vorgebbar ist. - Ausgehend von diesen denkbaren Grundformen von Baueinheiten B sind in
4 weitere technische Verbesserungen des Systems gezeigt. Die kompakte Ausführung der Baueinheit B weist auch hier den zumindest einen zentralen Heizstab8 als die Abscheideelektrode7 auf, wobei diese mit einer mit radialem Abstand D am Innenumfang einer Wandung10 eines Stützrohres15 gehaltenen Anlagehülse11 zusammenwirkt, wobei diese als eine zweite beheizbare Abscheideelektrode7' ausgebildet ist. - In zweckmäßiger Ausführung ist dabei die mit jeweiligen in einen von der Baueinheit B gebildeten Rauchkanal
12 vorstehenden Ansätzen13 versehene Sprühelektrode6 koaxial mit dem Heizstab8 angeordnet (Längsmittelebene R), so daß eine auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten A effizient wirksame Baugruppe B in den Kanal3 ,4 einbaubar ist. In einem Verbindungsbereich C sind die Sprühelektrode6 und der als zentrale Abscheideelektrode7 anschließende Heizstab8 zumindest elektrisch so getrennt, daß sich der Aufladevorgang der Sprüh-Ansätze13 und die den Gegenpol bildende Aufheizung des zentralen Stabes8 nicht beeinflussen. Denkbar ist in diesem Bereich C eine thermische Verbindung derart, daß die Aufheizung im Bereich des Stabes8 auch zu einer Erwärmung der Sprühelektrode6 führen kann. - Die beiden Abscheideelektroden
7 ,7' sind mittels der Baugruppe E so verbunden, daß die Elektroden7 ,7' gleichzeitig auf eine eine vollständige Verbrennung der angelagerten Partikel P bewirkende Brenntemperatur aufheizbar sind. Dazu ist eine entsprechende Regeleinheit14 im Bereich der elektronischen Baugruppe E vorgesehen. - Bei der kompakten Ausführung der Baueinheit B sind zumindest die jeweiligen funktionalen Teile
6 ,7 ,8 , und11 innerhalb eines äußeren Stützrohres15 (5 bis7 ) aufgenommen und in dessen äußeren Umfangsbereich ist eine zusätzliche thermische Isolierung16 vorgesehen. Durch entsprechende Leitungsverbindungen L, L' sind die mit den ionisierenden bzw. beheizbaren Teilen verbundenen Elektro-Baugruppen E, E' im Abstand zu der Baueinheit B positionierbar, so daß eine auch für manuelle Bedienung und Kontrolle des Systems optimale Position erreichbar ist. - Zur Steuerung der ionisierenden Einrichtungen
6 ,6' ,6'' bzw. der als Heizelektrode8 ausgebildeten Abscheider7 ,7' ist vorgesehen, daß diese Bauteile nach Aktivierung der Heizungsanlage2 automatisch zuschaltbar sein können. Dazu kann ein die Aktivierung der Heizungsanlage2 erfassender und danach eine Zuschaltung der Ionisierungs- und Heizungsspannung (bei E, E') bewirkender Sensor (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Ebenso ist denkbar, daß an Stelle von Sensoren eine Zeitschaltung aktiviert wird. In zweckmäßiger Ausführung ist die elektronisch gesteuerte Filter- und Verbrennungs-Baueinheit B mit einem Temperatursensor versehen, der oberhalb einer Ansprechschwelle, z. B. von mehr als 30°C, den zusätzlichen Ionisierungs- und Verbrennungsprozeß aktivieren kann. - In
5 und6 ist in einer konstruktiv detaillierten Ausführung die zur Einbaulage in einen Rauchkanal3 vorbereitete Baueinheit B dargestellt, wobei zwischen jeweiligen eine Verbindungsmuffe18 ,18' o. dgl. Verbinder aufweisenden Enden19 ,19' des Stützrohres15 die Einzelteile der Auflade-Elektronik und der integrierten Verbrennungsbaugruppe ähnlich4 sichtbar sind.5 zeigt, daß die Baueinheit B mit einer durch Schrauben20' o. dgl. lösbar gehaltene Verschlußklappe20 versehen ist, über die die im Innenraum12 des Rohres15 befindlichen Teile einfacher zugänglich sind, so daß damit eine einfache Wartung und Revision des Systems auch in der dargestellten Einbaulage möglich wird (6 ). - In
7 zeigt eine Querschnittsdarstellung im Innenraum12 die strahlenförmige Ausrichtung der Ansatzteile13 im Bereich der zentralen Sprühelektrode6 sowie die im Stützrohr15 mit axialem Abstand D zur zentrale Sprühelektrode6 angeordnete Anlagehülse11 . Diese weist ebenfalls bereichsweise radial in den Innenraum12 vorstehende Anlageprofile21 auf, mit denen die ionisierten Partikel P' besonders einfach und weitgehend vollständig aus dem verwirbelten Rauchgas G erfaßbar sind (4 ). Für die nachfolgende Verbrennung ist auf der eine grolle Fläche mit geringer Partikel-Dichte bildenden Elektrode7' eine optimale Sauerstoffzufuhr gewährleistet und so ein effizienter Verbrennungsprozeß für unterschiedliches Partikelmaterial erreichbar. - In
8 bis13 sind die Bauteile6 ,7 ,8 ,16 des Systems B in Einzeldarstellungen verdeutlicht, womit der vorteilhaft einfache Aufbau des Systems, dessen leichte Montage und die preiswerte Herstellbarkeit verdeutlicht sind. Diese Baueinheit B ist damit vorteilhaft zur Nachrüstung in vorhandenen häuslichen Feuerungsanlagen geeignet. - In
14 und15 ist eine weitere Ausführung der Vorrichtung1''' verdeutlicht, wobei insbesondere eine keramische Isolierung16' in einem Hüllrohr21 mit der Verschluß klappe23 vorgesehen ist (ähnlich5 und6 ). Die in den Rauchkanal3 ,4 einsetzbaren Stützrohre15 ,15' bilden die Ansatzstutzen und koaxial zu diesen sind im Innenraum12 zur Ionisierung vorgesehene Draht-Elektroden22 als ein dichtes Netzwerk von Sprühelektroden6''' (15 ) angeordnet, die den zentralen Heizstab8 umgreifen (ähnlich7 ). - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (16)
- Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas (G) in Heizungsanlagen (
2 ), insbesondere mit festen und/oder flüssigen Brennstoffen betriebenen häuslichen Feuerungsanlagen, mit einem in einem Ofenrohr (3 ), Schornstein o. dgl. Rauchkanal (4 ) vorgesehenen Elektrofilter (5 ), mit dem im Rauchgas (G) mitgeführte Partikel (P') im Bereich zumindest einer Sprühelektrode (6 ,6' ,6'' ) ionisierbar und an einer in Strömungsrichtung (A) nachgeordneten Abscheideelektrode (7 ) anlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abscheideelektrode(n) (7 ,7' ) zumindest ein Heizelement vorgesehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (P') durch eine externe Energiequelle auf Verbrennungstemperatur aufheizbar sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektrode(n) (
7 ,7' ) als ein definiert zuschaltbares Heizelement in Form eines Heizstabes o. dgl. vorgesehen ist/sind, an dem angelagerte Partikel (P) unmittelbar verbrennbar sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (
6 ,6' ,6'' ) zumindest bereichsweise von der in Form eines beheizbaren Hülsenteils (11 ) ausgebildeten Abscheideelektrode (7' ) umgeben ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (
6 ,6' ,6'' ), der im Abstand zu dieser angeordnete Heizstab (8 ) bzw. das beheizbare Hülsenteil (11 ) und die elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen (E, E') eine Baueinheit (B) bilden. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (B) weitgehend vollständig in den Rauchkanal (
3 ,4 ) integrierbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (B) den zumindest einen zentralen Heizstab (
8 ) als erste Abscheideelektrode (7 ) und eine zu dieser mit radialem Abstand (D) am Innenumfang der Baueinheit (B) befindliche Anlagehülse (11 ) als eine zweite beheizbare Abscheideelektrode (7' ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektroden (
7 ,7' ) gleichzeitig auf eine eine vollständige Verbrennung der angelagerten Partikel (P) bewirkende Brenntemperatur aufheizbar sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (B) die ionisierenden bzw. die beheizbaren Elektroden-Bauelemente (
6 ,7 ,8 ) innerhalb eines äußeren Stützrohres (15 ) aufnimmt und in dessen Bereich eine zusätzliche thermische Isolierung (16 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Aktivierung der Heizungsanlage (
2 ) die Baugruppen der Elektronikfilter-Einheit (B) bzw. deren Sprüh- und Heizelemente (6 ,8 ,11 ) automatisch zuschaltbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Aktivierung der Heizungsanlage (
2 ) erfassender und danach eine Zuschaltung der Ionisierungs- und Heizspannung bewirkender Sensor vorgesehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor in die Elektronikfilter-Einheit (B) integriert ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stützrohr (
15 ) mit axialem Abstand (D) zur zentralen Sprühelektrode (6 ,6' ,6'' ) angeordnete Anlagehülse (11 ) zumindest bereichsweise radial in den Innenraum (12 ) vorstehende Anlageprofile (13 ) aufweist und mit diesen die ionisierten Partikel (P') breitflächig erfaßbar sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung im Bereich der Sprühelektrode (
6 ,6'' ) mit mehreren im we sentlichen parallel zur Strömungsrichtung (A) des Rauchgases (G) ausgerichteten Platten- und/oder Gitterteilen versehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (
15 ) der beheizbaren Elektronikfilter-Einheit (B) durch außenseitige Halteteile (18 ,18' ) im Rauchkanal (3 ,4 ) festlegbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Rauchkanals zumindest eine elektrische Zuleitungen (L, L') aufnehmende Verbindungsbohrung vorgesehen ist.
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