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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit einer mit Titandioxid
beschichteten Oberfläche.
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Jede
Dusche ist in der heutigen Zeit mit mindestens einer transparenten
Duschtrennwand ausgestattet. Dabei kann es sich auch um transparente Türen handeln.
Bei derartigen Duschtrennwänden besteht
generell das Problem, dass die gewünschte Sauberkeit, insbesondere
Transparenz, nach dem Duschen durch Wassertropfen und Seifenrückstände getrübt ist.
Daher ist es üblich,
die Innenflächen
der Duschtrennwände
mit einem mit einer Gummilippe versehenen Abzieher oder einem Tuch
zu trocknen. Erfolgt dies nicht, so bleiben nach dem Ablaufen und Verdunsten
des Wassers unter Umständen
Kalkränder
oder Seifenrückstände auf
der Oberfläche
der Duschtrennwände,
die als optisch störend
empfunden werden.
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Um
den diesbezüglichen
Reinigungsaufwand der Duschtrennwände zu reduzieren, ist es bekannt,
ihre nach innen weisenden Oberflächen
mit hydrophobierenden Chemikalien zu beschichten (
DE 199 11 004 A1 ). Die
Funktion dieser Beschichtungen beruht darauf, dass die Oberflächenspannung
von Wasser auf ihnen größer ist
als auf der unbehandelten Oberfläche
der Duschtrennwände.
Als Maß für die Oberflächenspannung
wird der Benetzungswinkel des Wassers auf der Oberfläche angegeben.
Bei beschichteten Glasscheiben liegt dieser z. B. bei maximal 120°. Demgegenüber hat
eine ofenfrische Floatglasoberfläche
(Kalk-Natron-Glas) einen Kontaktwinkel zwischen 30 und 50°. Bei älterem Glas, das
bereits eine Gelschicht aus Silanolgruppen gebildet hat, kann der
Kontaktwinkel unter 30° fallen.
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Durch
die Beschichtung mit hydrophobierenden Materialien sollen sich große Wassertropfen
bilden, die dann leicht ablaufen können. Dieser Effekt tritt bei
reinem Wasser auch auf. Allerdings wird er bei Anwesenheit von Tensiden,
wie sie in Seifen und Duschgelen vorkommen, wieder reduziert, da
diese die Oberflächenspannung
von Wasser durch Reduzierung des Kontaktwinkels verringern. Zudem
sind alle derzeit bekannten hydrophobierenden Schichten nicht dauerhaft
beständig.
Insbesondere mechanische Beanspruchungen derartiger Schichten führen dazu,
dass die Hydrophobierung in gewissen Abständen wieder aufzufrischen ist.
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Da
es bei Duschtrennwänden
vorrangig um die ungleichmäßige Verschmutzung
durch Wasserränder
geht, die auf der Oberfläche
der Duschtrennwände
entstehen, wenn die Wassertropfen nicht ablaufen oder verdunsten,
ist es sinnvoll, diesen Effekt dadurch zu verhindern, in dem die
Tropfenbildung insgesamt unterbunden wird. Dies kann dadurch erreicht
werden, in dem man die Oberflächenspannung soweit
reduziert, dass das Wasser keine Tropfen mehr bildet, sondern sich
auf der Oberfläche
der Duschtrennwände
zu einem Film ausbreitet. Dazu ist es erforderlich, die Oberflächenspannung
der Oberfläche
der Duschtrennwände
unter das natür liche Maß zu reduzieren.
Als ausreichend zur Filmbildung kann man dabei bei einer Paarung
Glas-Wasser einen Kontaktwinkel < 20° annehmen.
Dieser Effekt wird als Hydrophilierung bezeichnet und ist zur Anwendung
in Duscheinrichtungen auch schon vorgeschlagen worden (z. B.
DE 199 11 004 A1 ).
Der Vorteil einer hydrophilen Beschichtung ist insbesondere darin
zu sehen, dass mit Tensiden versetztes Wasser, wie es in Duscheinrichtungen
in aller Regel vorkommt, mit einer geringeren Oberflächenspannung sogar
noch eher zur Filmbildung neigt, als reines Wasser und damit den
Effekt sogar unterstützt.
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Es
sind hydrophile Beschichtungen bekannt, die ihre Funktion durch
Tenside erreichen. Ein Beispiel hierfür sind Antibeschlagtücher. Allerdings
sind derartige Beschichtungen nicht sehr beständig, da die Tenside beim Kontakt
mit Wasser in dieses diffundieren und somit die Wirkung zusammenbricht,
sobald das Tensiddepot verbraucht ist.
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Weiterhin
ist es bekannt, dass Beschichtungen mit Titandioxid hydrophilierend
wirken. Titandioxid besitzt eine Elektronenbandlücke von ca. 3eV. Dies entspricht
einer Wellenlänge
im W-Spektrum der solaren Strahlung. Bei Anregung dieser Elektronenbandlücke durch
UV-Licht entstehen im Titandioxid Elektronen-Lochpaare. Diese Elektronen-Lochpaare
kombinieren innerhalb von Mikrosekunden mit Molekülen wie
z.B. Sauerstoff und Wasser zu freien Radikalen. Diese wiederum können durch
ihre Reaktivität
die Wasserstoffbrückenbindung
der Wassermoleküle
unterbrechen, wodurch die Oberflächenspannung
auf der Beschichtung so stark herabgesetzt wird, dass man Kontaktwinkel
von Wasser auf Glas im Bereich von < 5° erzielt.
Damit ist sichergestellt, dass Wasser auf derart ausgestatteten
Oberflächen
immer einen Film bildet.
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Derartige
Beschichtungen werden z. B. im CVD-Verfahren (Pyrolyse) auf ein
Substrat, z. B. Glas, aufgetragen und sind daher stabil gegenüber mechanischer
und chemischer Beanspruchung. Die Erneuerung der Beschichtung in
regelmäßigen Abständen entfällt somit.
Ein besonderer Vorteil von Beschichtungen mit Titandioxid ist darin
zu sehen, dass die Hydrophilierung durch Anregung der Elektronenbandlücke selbstregenerierend
ist. Dieser Effekt wird im Bereich von Fassaden, Fenstern und Gewächshäusern, bei
denen die Beschichtung dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt wird,
bei bereits auf dem Markt befindlichen Produkten (z. B. Saint Gobain Aquaclean,
Pilkington Active) bereits genutzt.
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In
der
EP 0 820 967 A1 wird
ein Antibeschlagelement offenbart, bei dem ebenfalls die fotokatalytische
Wirkung von Titandioxid ausgenutzt wird. Dieses Antibeschlagelement
besteht aus einem durchsichtigen Substrat, z. B. aus Glas, einer
Titandioxidschicht und einer Deckschicht aus einem transparenten
porösen
anorganischen Oxid, z. B. Siliziumdioxid. Die Hydrophilierung erfolgt
hier durch die rauhe Oberfläche
der Deckschicht. Die darunter liegende fotokatalytische Titandioxid-Schicht
bewirkt aufgrund ihrer starken Oxidationskraft eine Beseitigung
von in den Zwischenräumen
der porösen
Deckschicht angelagerten organischen Materialien, so dass die Antibeschlagswirkung
nicht durch Zusetzen der Poren der Deckschicht beeinträchtigt wird.
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Als
Beispiele für
die Anwendung des Antibeschlagelementes werden im Außenbereich
Autoscheiben oder Gebäudefensterscheiben
angegeben, wobei die fotokatalytische Reaktion der Titandioxidschicht
durch das Sonnenlicht ausgelöst
werden soll. Bei der Anwendung im Innenbereich, z. B. bei Badspiegeln,
soll die fotoka talytische Reaktion durch eine Bestrahlung mit einer
UV-Leuchte ausgelöst werden.
Diese Bestrahlung hat den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer augenschädigenden
Wirkung praktisch nur dann benutzt werden kann, wenn sich keine Personen
in dem entsprechenden Raum aufhalten bzw., wenn diese eine Schutzbrille
tragen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen, bei der der Reinigungsaufwand für die Oberfäche, insbesondere wenn diese
transparent ist, bei möglichst
hoher Keimfreiheit dauerhaft auf ein Minimum reduziert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
also sogenannte Tageslichtleuchtquellen eingesetzt, die ein Lichtspektrum
erzeugen, welches das Spektrum des natürlichen Sonnenlichts abbildet,
also den Bereich von 280nm bis 780nm bei einem UV-Lichtanteil von
ca. 5–7%
der Gesamtenergie. Die durch derartige Tageslichtbeleuchtungen bereitgestellte
Strahlungsintensität
ist ausreichend, um eine Funktion der Titandioxidbeschichtung, nämlich die
Hydrophilierung der Oberfläche
der Einrichtung zu gewährleisten.
Neben diesem Effekt werden durch den UV-Anteil im Licht in der Titandioxidbeschichtung
biozide Radikale gebildet, die dafür sorgen, dass die Oberfläche keimfrei bleibt.
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Die
vorliegende Erfindung ist aufgrund dieser Effekte insbesondere für Duscheinrichtungen, Kühlschränke, Verkaufsvitrinen,
Glastrennwände bzw.
kunststoffbeschichtete Wände
in Krankenhäu sern
und anderen Einrichtungen mit hohen hygienischen Anforderungen einsetzbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Oberflächen mit
Titandioxid in der Anastasmodifikation beschichtet. Titandioxid
hat in dieser Modifikation einen geringeren Brechungsindex als in
seiner rutilen Ausprägung,
was bei transparenten Oberflächen
hinsichtlich der Beibehaltung der Transparenz vorteihaft ist.
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Die
das künstliche
Licht abstrahlenden Leuchten sind vorteilhaft auf der der Beschichtung zugewandten
Seite der Oberfläche
angeordnet, können
aber bei transparenten Oberfächen
auch auf der entgegengesetzten Seite angeordnet sein.
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Es
ist bekannt, bei der Lichttherapie eine Beleuchtungsstärke von
ca. 10 000 Lux einzusetzen, um die sogenannte Winterdepression zu
vermeiden. 10 000 Lux entsprechen der horizontalen solaren Leuchtstärke an einem
Wintertag mit bedecktem Himmel, führen also damit weder zu einer
Blendung noch zu anderweitigen physiologischen Problemen bei einer
behandelten Person. Für
die Zwecke einer Lichttherapie werden bereits Lichtduschen und Lichtwecker
im Handel angeboten. Die für
die Aufrechterhaltung der Hydrophilie erforderliche UV-Intensität entspricht
in etwa einer Leuchtstärke
von 1000 Lux der benötigten
Leuchtmittel. Somit ist es möglich,
die erforderliche Versorgung der Beschichtung mit UV-Licht mit einer
physiologisch sinnvollen Lichtmenge zu kombinieren. Daher wird in
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Beleuchtungsstärke von ca.
10 000 Lux gewählt.
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Während des
Duschens erhält
also ein Nutzer gleichzeitig eine Lichtdusche, wobei das Trocknen
der Oberfläche
der Duschabtrennungen nach dem Duschen entfällt, da sich zum einen bei
einem homogenen Film keine lokalen Wasserflecken bilden können, zum
anderen aber ein dünner
Wasserfilm schon aufgrund seines günstigeren Oberflächen-Massen-Verhältnisses
wesentlich schneller trocknet als ein Wassertropfen gleicher Masse.
Zudem wird durch die Bildung eines Wasserfilms die Streulichtbildung
durch Wasserkondensat unterdrückt,
so dass z. B. Duschtrennwände
aus Glas beschlagfrei und damit transparent bleiben.
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Die
Trocknungswirkung aufgrund der Hydrophilierung durch die Titandioxid-Beschichtung
ist aber nicht nur für
transparente Duschtrennwände – obwohl
hier der Effekt besonders augenfällig
ist – interessant,
sondern auch für
geflieste Duschtrennwände.
Zum einen trocknen auch titandioxidbeschichtete Fliesen aufgrund
des sich bildenden Wasserfilms schneller ab, zum anderen töten die
durch die UV-Bestrahlung der Titandioxidbeschichtung gebildeten
bioziden Radikale Keime ab. Dadurch wird eine Schimmelbildung auf
den Fliesen, insbesondere aber in den Fugen vermieden; zumindest
aber stark eingeschränkt.
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Eine
Anordnung der Leuchtmittel in der Duscheinrichtung oder oberhalb
von dieser bringt die besten Effekte sowohl hinsichtlich der Trocknungswirkung,
der Keimfreiheit als auch der Lichttherapie.
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Bei
transparenten Duschtrennwänden
ist es jedoch auch möglich,
diese von außen
her zu bestrahlen. Die Leuchtmittel sind in diesem Falle also außerhalb
der Dusche angeordnet. Das von den Leuchtmitteln emittierte Licht
durchläuft
hier zunächst
die Duschtrennwand und trifft dann auf die Titandioxidschicht auf
der Innenseite der Duschtrennwand. Hier geht zwar bei dem Durchlaufen
der Duschtrennwand aufgrund der Absorptionswirkung etwas an Energie
verloren, dennoch ist der Hydrophilierungseffekt ausreichend. Ein
Vorteil der Außenanordnung
der Leuchtmittel kann darin gesehen werden, dass Oberflächen ausserhalb
der Duscheinrichtung, die mit Titandioxid beschichtet sind, z. B.
Spiegel, ebenfalls beschlagfrei gehalten werden können.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In
der dazugehörigen
Zeichnung zeigt in schematischer Weise:
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1–3 Grundrisse
von Duschkabinen in verschiedenen Ausführungen mit im Innenraum der Duschkabine
angeordneten Leuchtmitteln,
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4–6 Grundrisse
von Duschkabinen gemäß den 1 und 3 mit außerhalb der Duschkabine angeordneten
Leuchtmitteln,
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7 eine perspektivische Ansicht
einer Duschkabine mit oberhalb der Duschkabine angeordneten Leuchtmitteln,
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8 eine Draufsicht auf die
Darstellung gemäß 7,
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9 eine Seitenansicht eines
Kühlschranks,
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10 eine Vorderansicht des
Kühlschranks,
und
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11 eine Seitenansicht einer
Verkaufsvitrine.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden für gleiche
oder gleichwirkende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die
in 1 gezeigte Duschkabine
besitzt drei U-förmig
angeordnete, undurchsichtige, z. B. gemauerte Duschtrennwände 1,
deren inneren Oberflächen 1.1 mit
einem Fliesenspiegel versehen sind. Der Zugang zur Duschkabine ist
durch eine transparente Duschtrennwand 2 in Form einer
Klapp- oder Schiebetür
gebildet. Die innere Oberfläche 2.1 der Duschtrennwand 2 ist
mit einer Titandioxidbeschichtung versehen. Um diese fotoaktive
Beschichtung anzuregen, ist auf der inneren Oberfläche 1.1 der
der Duschtrennwand 2 gegenüberliegenden Duschtrennwand 1 eine
Tageslichtleuchte 3 angeordnet, die Licht mit dem Spektrum
des natürlichen
Sonnenlichts emittiert. Die Tageslichtleuchte 3 kann ein
linienförmiges
Leuchtmittel enthalten oder aber auch mit übereinander angeordneten spotartigen
Leuchtmitteln ausgestattet sein. Sie ist spritzwassergeschützt.
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Ein
Benutzer der Duschkabine erhält
bei eingeschalteter Tageslichtleuchte neben der üblichen Wasserdusche also auch
gleichzeitig eine Lichtdusche, wodurch das allgemeine Wohlbefinden
insbesondere in den lichtarmen Wintermonaten erhöht wird. Neben diesem positiven
Effekt wird gleichzeitig die Transparenz der Duschtrennwand 2 ohne
großen Reinigungsaufwand
gesichert.
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Wenn
auch die Fliesen auf den inneren Oberflächen 1.1 der Duschtrennwände 1 mit
einer Titandioxidschicht versehen sind, ist die Anordnung weiterer
Tageslichtleuchten 3 sinnvoll, deren Anordnung in 1 beispielsweise in Strichlinien
angedeutet ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist die Duschkabine aus
zwei undurchsichtigen Duschtrennwänden 1 und zwei transparenten
Duschtrennwänden 2 gebildet,
wobei zumindest eine der transparenten Duschtrennwände 2 als
Tür ausgebildet
ist. Die transparenten Duschtrennwände 2 sind auf ihren inneren
Oberflächen 2.1 wiederum
mit einer Titandioxidbeschichtung versehen. Zu deren Aktivierung reicht
die Anordnung einer Tageslichtleuchtquelle 3 in der Ecke
der beiden Duschtrennwände 1 aus. Wenn
auch die inneren Oberflächen 1.1 der
Duschtrennwände 1 mit
einer Titandioxidbeschichtung versehen sind, ist die Anordnung einer
weiteren Tageslichtleuchte 3 angebracht, die – sofern
die baulichen Möglichkeiten
es zulassen – in
der Ecke der beiden transparenten Duschtrennwände 2 angeordnet sein kann,
wie mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 besteht die Duschkabine
aus einer undurchsichtigen Duschtrennwand 1 und drei transparenten
Duschtrennwänden 2,
deren inneren Oberflächen 2.1 eine Titandioxidbeschichtung
aufweisen. Zu deren Aktivierung sind auf der Innenseite 1.1 der
festen Duschtrennwand 1 zwei Tageslichtleuchten 3 angeordnet.
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Die
Ausführungsbeispiele
gemäß den 4–6 unterscheiden
sich von den vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispielen
dadurch, dass die Tageslichtleuchten 3 jeweils außerhalb
der Duschkabine angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Tageslichtleuchten 3 ist
natürlich
nur dann sinnvoll, wenn die örtlichen
Gegebenheiten eine solche Anordnung zulassen.
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Bei
den Anordnungen gemäß den 4–6 durchlaufen
die von den Tageslichtleuchten 3 emittierten Lichtstrahlen
zunächst
die transparenten Duschtrennwände 2,
bevor sie auf die fotoaktive Titandioxidbeschichtung auf den inneren
Oberflächen 2.1 der
transparenten Duschtrennwände 2 treffen. Beim
Durchlaufen der transparenten Duschtrennwände 2 wird der UV-Lichtanteil
durch die Absorption im Titandioxid aus dem Gesamtspektrum herausgefiltert,
so dass die in die Duschkabine eintretenden Lichtstrahlen keinen
oder nur einen sehr geringen UV-Lichtanteil haben. Eine Außenanordnung
der Tageslichtleuchten 3 ist daher für für eine Anregung von auf den
inneren Oberflächen 1.1 der
undurchsichtigen Duschtrennwände 1 aufgebrachten
Titandioxidbeschichtungen ungeeignet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 7 und 8 sind die Tageslichtleuchten 3 oberhalb der
Duschkabine angeordnet. Die Tageslichtleuchten 3 können dabei – wie dargestellt – als Spots
oder aber auch linienförmig
ausgeführt
sein. Die Anordnung der Tageslichtleuchten 3 oberhalb der
Duschkabine hat den Vorteil, dass sie keinen Raum in der Duschkabine
einnehmen, gleichzeitig aber eine Bestrahlung aller inneren Oberflächen 1.1, 2.1 der Duschkabine
gewährleisten.
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Der
in den 9 und 10 gezeigte Kühlschrank
ist mit transparenten Einlegeböden 2 ausgestattet,
deren Oberseiten 2.1 eine Beschichtung aus Titandioxid
aufweisen. Auf der Innenseite der Rückwand ist eine Tageslichtleuchte 3 angeordnet.
Diese be leuchtet die Oberseiten 2.1 der Einlegeböden 2 sowohl
von oben als auch von unten. Es ist ausreichend, die Tageslichtleuchte 3 von
Zeit zu Zeit, z.B. über
eine Zeitschaltung, in Betrieb zu setzen, um in der Titanoxidschicht
biozide Radikale zu bilden, die Keime auf den Einlegeböden 2 abtöten.
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11 zeigt eine Verkaufsvitrine
mit einer transparenten Abdeckung 2. Die Titandioxidschicht befindet
sich auf der Innenseite 2.1 der Abdeckung 2 und
ist der Bestrahlung durch eine Tageslichleucht 3 direkt
ausgesetzt. Auch hier werden Keime auf der Innenseite 2.1 abgetötet.