DE1950612A1

DE1950612A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Fasersuspension zur Herstellung von Vliesbahnen und Vorrichtung zu seiner Durchfuehrung

Info

Publication number: DE1950612A1
Application number: DE19691950612
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Schuller GmbH
Current assignee: Schuller GmbH
Priority date: 1969-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1331482A; DE1950612B2; DE1950612C3; US3758375A; SE357353B

Description

Patentonwdf DipUng. C-H. Hum

Garmisch - Parfenkirchen Sch 332 - Hs 1950612

Rathauatraee 14

Garmisch-Partenkirchen, 3« Oktober 1969

Hs-H

Glaswerk SCHULIER GmbH, Wertheim/Main, Faserweg

Verfahren zur Erzeugung einer Fasersuspension zur Herstellung von Vliesbahnen und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Die Erfindung richtet sich im weiteren Sinne auf die Herstellung von allgemein "Vliese" genannten, dünnen Bahnen aus einer Aufschwemmung von Glasfasern in starker Verdünnung in Wasser, die auf eine bewegte, siebartige, durchlässige Ablage gebracht, dort entwässert und anschließend getrocknet wird« Hierzu werden die auf beliebige, bekannte Weise erzeugten Fasern einem Vorrat entnommen und, meist in einem Stofflöser, mit Wasser zu einer Faser-Wasser-Suspension vermischt, die über eine oder mehrere Mischbütten stark verdünnt einem über dem fortlaufenden Sieb befindlichen Blattbildner zugeführt wird. Hier wird das Wasser unter vliesbildendem Niederschlag der Fasern der bewegten Ab-

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lage der Auf selrvirenimäag-_e,3atzogen und in einem Kreislauf denk JStroin zwischen_Miselibiitte und BlattMldner wieder zugeführt. Um den Zusammenhalt der Pasern im Vliesverband' zu erzielen oder zu erhöhen, wird der Vliesbahn vor der Trocknung meist noch ein Bindemittel zugegeben.

Bekanntlich lassen sich "bei Anwendung dieser Methode. nur sehr kurze lasern verarbeiten, für die im allgemeinen eine Länge von 10 mm "bereits als hoch angesehen wird. Uur unter besonderen Bedingungen gelingt es, die !Faserlänge "bis etwa 20 mm zu steigern₉ z.B. dann, wenn man auf den Stofflöser, der durGh seine rotierenden !Deile zwangsläufig die Fasern zerschlägt und somit weiter kürzt, verzichtet. 33a andererseits gerade der Stofflöser eine gleichmäßige Mischung herbeiführen soll, folgt daraus, daß man u.TJ. und vor allem dann, auch auf ihn verzichten kann_t wenn man sehr kurze Fasern verarbeitet, die weniger verfilzt sind.

Es ist aber ebenso bekannt, daß viele Verarbeiter Vliese aus längeren Pasern bevorzugen^ da diese bessere Eigenschaften aufweisen, insbesondere weniger knick- und bruchempfindlich sind und somit auch eine höhere Festigkeit haben. Da aber der Verarbeitung längerer Fasern die genannten Hindernisse entgegenstanden, ging man dazu über, durch Erhöhung des Bindemittelanteils dem sog. Kurzfaservlies eine höhere Festigkeit zu verleihen. Ein hoher Bindemittelanteil aber führt gegenüber nach anderen bekannten Glasfaservlies-Herstellungsverfahren gefertigten Vliesen zu einer niedrigeren

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Brosität und gleichzeitig zu einer Versteifung des Vlieses, welche die Knickgefahr^sieTgert/iJachdem Glasfaservliese hauptsächlich als Träger- und/oder Verstärkun^seinTageri~iu?" Bitumendachbahnen oder -anstriche sowie für Kunststoffgegenstände verwendet werden, müssen diese neben einer hohen Knickbeständigkeit vor allem einen hohen, durch die Porosität bestimmten Tränkungs- oder Sättigungsgrad aufweisen« Für so wird gewährleistet, daß z_oB. bei der Herstellung von Dach- und Dichtungsbahnen, wie Rohrumwicklungen,Tunnelabdichtungen, oder von verstärkten Kunststoffgegenständen, das Bitumen oder der Kunststoff die Einlagen schnell und vollständig durchtränkt bzw. in sich aufnimmt.

Der Verarbeitung längerer Pasern, beispielsweise Pasern über 20 mm Länge, stand bisher die Tatsache entgegen, daß Pasern mit zunehmender länge auch in steigendem Maße dazu neigen, Batzen, Klumpen oder Plocken zu bilden. Obwohl die Faserlänge wohl in erster Linie Bestimmungsgröße für die gleichmäßige, batzenfreie Verteilung ist, nimmt die Batzen- oder Flockenbildung nicht nur mit der Länge, sondern auch mit der Feinheit der· Pasern zu, was in vielen Fällen ebenfalls als Nachteil angesehen wird, da Vliese aus dünneren gegenüber denen aus dickeren Pasern eine bessere Rollfähigkeit, Griffigkeit usw. aufweisen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der Fasern hat auf den Verfilzungsgrad einen großen Einfluß, da Fasern mit z.B. angeätzter oder gekräuselter Oberfläche eher zur Batzenbildung neigen als Pasern mit glatter Oberfläche. Durch geeignete Maßnahmen kann man zwar

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die Batzenbildung weitgehend ausschalten, aber hierzu werden nach bisher bekannten Verfahren mechanische Mittel, wie z.B. schnell umlaufende Rührwerke im Stofflöser oder Mahlwerke verwendet, wodurch erfahrungsgemäß die längeren Fasern zerschlagen und gekürzt werden. Somit treten wieder Schwierigkeiten auf, qualitativ hochwertige, ganz oder vorwiegend ' aus längeren Fasern aufgebaute Vliese herzustellen.

ITm die geringere Festigkeit von aus kürzeren Fasern hergestellten Vliesen zu erhöhen, hat man außer dem Einsatz eines höheren Bindemittelanteiles auf dem Papiergebiet bereits vorgeschlagen, die Festigkeit durch Einlagerung von organischen endlosen Fäden oder durch Einlagerung von Geweben zu erhöhen, z.B. dadurch, daß man dem Flüssigkeitsstrom endlose unverzwirnte Fadenstränge zuführt. Diese sollen sich im schnell fließenden Flüssigkeitsstrom in ihre Einzelfäden auflösen und durch Einhalten einer bestimmten Geschwindigkeitsdifferenz gegenüber dem Ablagesieb auf diesem in Schlingen- oder Schleifenform ablegen (AS 1 254 450). Diese endlosen Fadenstränge besitzen infolge der Vielzahl der parallel liegenden Elementarfäden eine höhere Masse und neigen infolge ihrer Geschlossenheit bei ihrer

Anlieferung auch weniger zur Flockenbildung,, Man nimmt ferendlosen "ner an, daß auch das Fehlen der Enden bei/Fadensträngen Ursache der Vermeidung der Batzenbildung ist. Der festigkeitserhöhende Wert derartiger Manipulationen ist jedoch begrenzt, da sich die Lage der Fäden im Vliesverband bei

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der Beigabe der Fadenstränge und deren Aufgliederung in endlose Einzelfäden nur schwer kontrollieren läßt« Eine merkbare Festigkeitssteigerung läßt sich, zudem nur durch Beigabe eines verhältnismäßig großen Anteiles endloser Fäden erzielen. Schließlich läßt sich dieser Vorschlag nicht oder nur sehr schwer auf die Verarbeitung von endlosen anorganischen Fadensträngen übertragen. Gerade bei der Herstellung von Glasfadensträngen werden die einzelnen Fäden mit einem Überzug versehen, der ein späteres Auflösen des aus einer Vielzahl von endlosen Einzelfäden gebildeten Stranges vereitelt oder zumindest sehr erschwert.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß insbesondere bei der Herstellung von dünnen Glasfaservliesen, bei der im allgemeinen die direkt von der Fasererzeugung kommenden oder gegebenenfalls als"unverfilzte Rohware angelieferten Fasern einen das Gut aufschließenden Stofflöser nicht durchlaufen, das Einbringen der Fasern in eine Flüssigkeit zu einer homogenen Suspension außerordentlich kritisch und schwierig ist, weil bereits bei der Anlieferung der Fasern, also auf dem Wege zur Flüssigkeit, batzenartige Verfilzungen auftreten können. Außerdem ist die Energie beim Auftreffen -der einzelnen Fasern auf eine Wasseroberfläche, bedingt durch deren geringe Masse, zu gering, um in die Wasseroberfläche einzutauchen. Je langer und/oder dünner die Faser ist, desto mehr besteht die Gefahr, daß sie sich bereits auf der Wasseroberfläche kringelartig ablegt und sich so mit

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anderen, zu Batzen oder Flocken oder Wolken verfilzt, wobei, wie vorhergehend erwähnt, auch die Oberflächenbeschaffenheit der Paser eine Rolle spielen kann. Diese Nachteile konnten bisher nur dadurch in Grenzen gehalten werden, daß man eine Aufschwemmung von sehr kurzen Fasern mit einem geringeren Fasersnteil, also geringerer Stoffdichte, erzeugte.

Pur eine wirtschaftliche Herstellung hochwertiger Yliesbahnen nach dem laßvliesverfahren ist man auf eine hohe Produktionsgeschwindigkeit angewiesen. Diese wird aber nur erzielt, wenn man eine sehr hohe Wasserumwälzung oder eine möglichst hohe Stoffdichte einhält. Da im Falle einer niedrigeren S to ff dichte und hohen Leistung abnormal große Wassermengen umgewälzt werden müssen, wird man immer bestrebt sein, mit einer möglichst hohen Stoffdichte zu arbeiten.

Demnach war es Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren zur Herstellung dünner Glasstapelfaservliese mittels einer Aufschwemmung der Pasern im Wasser bei einer möglichst hohen Stoffdichte eine batzenfreie Paserverteilung zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß allgemein dadurch gelöst, daß den Fasern auf dem Wege der Anlieferung zu dem die Aufschwemmung bildenden Behälter eine sie einzeln führende, streckende und ihre Eintauchwucht erhöhende Energie mit einem dem Aufschwemmungsmedium entsprechenden Medium mitgeteilt wird. Vorwiegendgelangen hierbei Pasern endlicher Länge, die jedoch bis mehrere Meter betragen kann, in Anwendung.

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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufrechterhai tung des Anteiles und der gleichmäßigen, batzenfreien Verteilung von Glasstapelfasern in einem diese aufgeschwemmt enthaltenden Flüssigkeitsbehälter, aus dem für die Herstellung eines Glasstapelfaservlieses fortlaufend eine im Maße des Verbrauches erneuerte Menge entnommen wird, die über einen Stoffauflauf einem Blattbildner zugeführt und auf einer fortlaufend bewegten, siebartigen Unterlage nach Ent-Wässerung der Aufschwemmung zu einem Vlies abgelegt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Fasern einzeln, in einem Luftstrom suspendiert, in einen Ram oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche im Flüssigkeitsbehälter angeliefert werden, der von einem den Luftanteil verdrängenden und ersetzenden, die Fasern streckenden und beschleunigenden, dem Faserluftstrom gegenüber eine erhöhte Geschwindigkeit und gegenüber der im Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeitssäule einen geringeren Querschnitt aufweisenden Flüssigkeitsstrom geschnitten wird, mit dem die Fasern in die im Behälter befindliche Flüssigkeit eingebracht und dabei bis unter deren Oberfläche gedrückt werden. Die Flüssigkeit ist in der Regel Wasser, dem jedoch u.U. auch bereits Bindemittel oder sonstige Zusätze beigemischt sein können.

In der Zeiähnung ist das Verfahren nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Es stellen dar: ^-

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch den die Faser-Wasser-Suspension einer Faservlies-Erzeugungsanlage erzeugenden Teil,

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Pig. 2 eine Draufsicht nach dem Schnitt II-II - - gemäß Fig» 1.

Mit 1 ist .ein FaserZuführungskanal mit beliebigem, z.B. rundem,Querschnitt bezeichnet, in dem ein Faserluftstrom 2 in Richtung auf einen allgemein mit 3 bezeichneten, die Faseraufschwemmung 4 enthaltenden Flüssigkeitsbehälter geführt wird und der oberhalb des Spiegels 5 der Flüssigkeit in diesem Behälter mündet. Der Flüssigkeitsbehälter 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schachtförmig ausgeführt und kann einen beliebigen, z.B. rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Der schachtförmige Flüssigkeitsbehälter 3 ist über einen Kanal 6 mit dem Stoffauflauf 7 verbunden, der in einem nicht dargestellten Blattbildner endet· Der Kanal 6 erweitert sich, wie aus Fig. 2 hervorgeht, zweckmäßig von der Breite des Flüssigkeitsbehälters 3 zur Breite des St off auf lauf es diffusorartig.

Der Faserluftstrom 2 und insbesondere die in ihm enthaltenen Fasern können auf beliebige Weise erzeugt werden. Das Verfahren nach der Erfindung wurde jedoch im Hinblick auf die Anlieferung einer großen Faserminge konzipiert, so daß sich für die Faserherstellung alle entsprechenden rationellen Verfahren anbieten. Damit sind andere Möglichkeiten der Faserherstellung, z.B. in Abschnitte gleicher Länge gehackte Stücke von mittels des TrommelVerfahrens er- · zeugter Strangwolle verwertbar.

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Durch ein im Winkel zum Faserzuführungskanal 1 angeordnetes Strahlrohr 8 wird erfindungsgemäß mit hohem Druck und damit hoher Geschwindigkeit eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gedruckt, die nach Verlassen des Strahlrohres 8 in einem den Faserstrom 2 schneidenden Strahl 9 unter Verdrängung des Luftanteiles die Fasern mitreißt, beschleunigt und dabei druckvoll in die für die Faseraufschwemmung 4 verwendete Flüssigkeit bis unter deren Oberfläche 5 einbringt. Dadurch wird den Fasern die Möglichkeit genommen, sich bereits oberhalb des Spiegels der Faseraufschwemmung 4 batzenartig aneinanderzuhängen bzw. zu verfilzen. Es hat sich gezeigt, daß dann auf der Oberfläche der Faseraufschwemmung 4 im schachtförmigen Behälter 3 die vor allem bisher durch die starke Bremswirkung der Flüssigkeitsoberfläche 9 auf die angelieferten Fasern-erzeugte Verfilzung und Batzenbildung unterbleibt. Zudem wurde erkannt, daß die lasern, wenn sie erst einmal tief genug in die Aufschwemmung 4 eingebracht worden sind, infolge der starken Verdünnung, insbesondere dann, wenn die Faseraufschwemmung 4 im schachtförmigen Behälter 3 in sich bewegt wird, nicht mehr zur batzenartigen Verfilzung neigen. Dabei wird es oft zweckmäßig sein, nicht nur die Faseraufschwemmung 4 im schachtförmigen Behälter 3 in sich zu bewegen, sondern im besonderen Maße auch ddren Oberfläche. Dies wird an sich schon dadurch, bewirkt, daß der bzw. die Wasserstrahlen 8 und die Wasserwand 11 entsprechend auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirken.

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Zudem können geeignete, an sich bekannte Mittel Verwendung finden, wodurch eine zusätzliche Energie zur Bewegung der Wasseroberfläche 5 zugeführt wird. Hierzu können beispielsweise an sich bekannte Rührwerke und/oder Pumpen in Anwen-

auch

dung gelangen, die im Rahmen des Mischprozesses die Flüssigkeit soberf lache 5 mit gleicher oder höherer Geschwindigkeit als die angelieferten Pasern bewegen.

Da es vorkommen kann, daß sich einzelne Fasern an der Innenwandung des Behälters 3 festhängen bzw. durch den scharfen Strahl in dem äußersten oberen Bereich des Strahlkegels an der Wand nach oben verschoben werden können, wird nach einem weiteren Alternativmerkmal der Erfindung diese Wand fortlaufend freigespült. Hierzu kann man sich z.B. in einfacher Weise einer aus einem Wasserbehälter 10 auslaufenden Wasserwand 11 bedienen, welche für die Fortschwemmung der sich eventuell ansammelnden Fasern sorgt.

Zur Einstellung und Aufrechterhaltung der gewünschten bzw. für die Vliesbildung erforderlichen Stoffdichte kann ebenfalls die Wasserwand 11 durch Regelung ihrer Stärke herangezogen werden. Dabei genügt es meist, sie drucklos, doh. ohne Anwendung zusätzlichen Druckes in die Faseraufschwemmung 4 eintreten zu lassen. Ferner besteht über eine Zuleitung 12 die Möglichkeit, der Faseraufschwemmung 4 beispielsweise aus dem Kreislauf entnommenes, zusätzliches Wasser oder anderes bereits aufgeschwemmtes Fasermaterial anderer Art und Beschaffenheit, z.B. organische und/oder anorganische Fasern

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mit anderen Längen und/oder Dicken zuzuführen. Das Verdünnungsverhältnis bzw. die Stoffdichte in der Faseraufschwemmung 4-sollte immer so eingestellt sein, daß jede Easer sich einzeln im Wasser bewegen kann. ·

Es ist auch möglieh und insbesondere bei der Verarbeitung einer großen Fasermenge je Zeiteinheit und im Hinblick auf das erstrebte Ziel zweckmäßig, mit mehreren Strahlrohren zu arbeiten, deren Strahlen alle den Faserluftstrom 2 sehneiden und aufeinander zu gerichtet sind. So kann z.B. außer dem Strahlrohr 8 ein weiteres' nur durch seine strichpunktierte

8a

Mittelachse angedeutetes zweites Strahlrohr/Vorgesehen sein» In diesem Falle kann natürlich auch die Faserzuführung, z.B. in Gestalt des Faserzuführungskanals 1 so liegen, daß sie mittig auf den Zusammenlauf des von mehreren Strahlrohren gebildeten gemeinsamen Strahls mündet.

Über den Kanal 6 und den Stoffauflauf 7 gelangt die Wasser-Fasersuspension in einen nicht dargestellten und allgemein gebräuchlichen Blattbildner, in dem die Fasern an einer die Ablagefläche begrenzenden Auflauflippe auf eine Ablagefläche, z.B. einem siebförmigen Transportband, abgelegt bzw. aufgeschwemmt werden· Das Transportband läuft dabei in bekannter Weise über Entwässerungskammern, welche die für die Suspension verwendete flüssigkeit, wie z.B. Wasser, weitgehend der aufgeschwemmten Faserschicht entziehen. Diese Flüssigkeit wird im Kreislauf über die Faseraufschwemmung 4 dem Stoffauflauf 7 wieder zugeführt»

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Das Verfahren nach, der Erfindung kann mit Vorteil auch dazuverwendet werden, der Faseraufschwemmung 4 im Behälter 3 nicht bereits aufgeschwemmtes, sondern"trockenes", in einem luftstrom geführtes Fasermaterial anderer Art, z.B. anderer Länge und/oder Dicke zuzuführen. Auch auf diese Weise kann die Struktur des herzustellenden Produktes, beispielsweise seine Porosität, Griffigkeit, Saugfähigkeit, Biegsamkeit

oder sein Gewicht je m "beeinflußt werden. Hierzu kann beispielsweise gegenüber dem PaserZuführungskanal T ein weiterer, die Fasern anderer Art im Luftstrom suspendiert führender Kanal münden, dessen in den freien Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 5 austretende Pasern von dem Strahl 8 und bzw· oder 8a erfaßt wurden. Damit sind aber selbstverständlich die im Rahmen der Erfindung liegenden Möglichkeiten, Pasern verschiedener Art in der Aufschwemmung zusammenzuführen, nicht erschöpft. Nur beispielsweise sei erwähnt, daß der zweite Faserzuführungskanal auch unterhalb des dargestellten Kanales 1 münden kann.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Aufrechterhaltung des Anteils und der gleichmäßigen batzenfreien Verteilung von Glasötapelfasern in einem diese aufgeschwemmt enthaltenden Flüssigkeitsbehälter, aus dem für die Herstellung eines Glasstapelfaservlieses fortlaufend eine im Maße des Verbrauchs erneuerte Menge entnommen wird, die über einen Stoffauflauf einem Blattbildner zugeführt und auf einer fortlaufend bewegten, siebartigen Unterlage nach Entwässerung der Aufschwemmung zu einem Vlies abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern einzeln, in einem Luftstrom suspendiert, in einen Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche im Flüssigkeitsbehälter -angeliefert werden, der von einem den-'Luftanteil verdrängenden und ersetzenden, die Fasern streckenden und beschleunigenden, dem Faserluftstrom gegenüber eine erhöhte Geschwindigkeit und gegenüber der im Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit einen geringeren Querschnitt aufweisenden Flüssigkeitsstrom geschnitten wird, mit dem die Fasern in die im Behälter befindliche Flüssigkeit eingebracht und dabei bis unter deren Oberfläche gedrückt werden»
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Flüssigkeitsströme jeweils verschiedener Strahlrichtung auf den Faserluftstrom einwirken.

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3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß der Flüssigkeitsstrom oder die Flüssigkeitsströme mehrere, Fasern verschiedener und oder gleicher Art führende Luftströme schneiden.
4o Verfahren nach den Ansprüchen 1 Ms 3_f dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Flüssigkeitsoberflache mit gleicher oder höherer Geschwindigkeit als die angelieferten Pasern bewegt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3_f dadurch g e k e η η ze 1 c h η e t , daß neben der die Fasern mit hoher Geschwindigkeit niederschlagenden Flüssigkeit die Stoffdichte im Behälter durch im Rahmen des Mischungsprozesses annähernd drucklos zugeführte Flüssigkeit geregelt wirdY '-".'- -
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e.k e η η ze ic h η e t , daß in einen eine Paseraufschwemmung (4) aufnehmenden Flüssigkeitsbehälter (3) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (5) ein oder mehrere einen Faser-Luftstrom (2) zuführende Kanäle (1) münden, die selbst oder im Raum oberhalb des Spiegels (5) von einem oder mehreren Flüssigkeit unter hohem Druck in Richtung auf den Spiegel führenden Strahlrohren (8) geschnitten werden.

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