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Aus
der
DE 100 60 761
A1 ist im Zusammenhang mit einer pneumatischen Förder-Anlage
eine Einrichtung zur Regelung der Luftmenge, die von einem Schraubenverdichter
geliefert wird, bekannt. Bei dieser Einrichtung liegt eine Einzelversorgung
vor, d.h. jeder Förder-Anlage
ist ein eigener Druck-Erzeuger zugewiesen.
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In
der
EP 0 653 366 A2 ist
eine Einrichtung beschrieben, bei der mehreren pneumatischen Förder-Anlagen
das Fördergas
mittels einer gemeinsamen zentralen Fördergas-Versorgung parallel
zugeführt
wird. Die gemeinsame zentrale Fördergas-Versorgung
wird von mehreren parallel geschalteten Druck-Erzeugern gespeist.
Im Zusammenhang mit der Luftmengenregelung sind Sondermaßnahmen vorgesehen,
um ein Freiblasen der Förderleitungen der
jeweiligen Förder-Anlagen
zu ermöglichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur Versorgung
mehrerer Förder-Anlagen
mit Fördergas
unter Druck so auszugestalten, dass eine ausfallsichere und konstante
Versorgung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Art
gelöst,
die entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1 ausgestaltet ist. Das
Netz aus mehreren wahlweise betreibbaren Druck-Erzeugern hat verglichen
mit einer Einzelversorgung den Vorteil, dass beim Ausfall eines Druck-Erzeugers
nicht die ganze Förderung
zum Stillstand kommt. Die Funktion des ausgefallenen Druck-Erzeugers
kann zumindest bis zur Zuschaltung eines weiteren Druck-Erzeugers
durch die bereits in Betrieb befindlichen anderen Druck-Erzeuger mit übernommen
werden. Dadurch wird eine sehr hohe Versorgungssicherheit gewährleistet.
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Der
Betrieb des Netzes aus mehren Druck-Erzeugern und des Netzes aus
mehren Förder-Anlagen
kann zu unerwünschten
Druck- und Mengenschwankungen führen.
Diese entstehen beispielsweise durch Zu- oder Abspaltung eines Förderstrangs
oder eines Druck-Erzeugers, eine Veränderung eines Förderweges
innerhalb eines Förderstrangs
oder ein Leerblasen einer Förderleitung. Insbesondere
benötigen
Fördergas-Mengen-Regler, die
den Förder-Anlagen
in den jeweiligen Fördersträngen stromaufwärts vorgeschaltet
sind, am Eingang möglichst
konstante Druckverhältnisse.
Die Abblasleitung mit der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit
ermöglicht
eine Abführung überschüssigen Fördergases,
sodass die unerwünschten
Druck- und Mengenschwankungen von vornherein weitgehend unterbunden
werden. Wenn das Netz der Druck-Erzeuger so ausgelegt ist, dass
ständig
etwas mehr Fördergas,
als für
den Betrieb aller Förder-Anlagen eigentlich
erforderlich ist, erzeugt wird, arbeitet die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit
besonders effizient. Auf Schwankungen kann dann sowohl mit einer
Reduzierung als auch mit einer Erhöhung der abgeblasenen Fördergasmenge
reagiert werden. Die Abblasleitung mit der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit
führt also
insgesamt zu einer sehr konstanten Versorgung mit Fördergas,
die im Wesentlichen frei von unerwünschten Schwankungen ist.
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Als
Fördergas
kommen insbesondere normale Luft, getrocknete Luft oder auch Stickstoff
in Betracht. Unter dem Begriff Druck-Erzeuger werden alle Geräte verstanden,
die in irgendeiner Form Gas komprimieren und fördern, also beispielsweise
(Schrauben-)Verdichter, Gebläse
oder dergleichen. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur zentralen
Fördergas-Versorgung
ist für
Förder-Anlagen
sowohl mit Langsam- als auch mit Flugförderung geeignet.
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Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung. Es zeigt
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1 ein Prinzipschaltbild
eines Ausführungsbeispiels
einer Einrichtung zur zentralen Fördergas-Versorgung mit einer
geregelten Abblasleitung,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung mit einer mechanisch gesteuerten Regeleinheit
in Seitenansicht,
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3 das Ausführungsbeispiel
nach 2 in Symboldarstellung,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung mit einer elektrisch gesteuerten Regeleinheit
in teilweise schematisierter Seitenansicht,
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung mit einer elektrisch gesteuerten Regeleinheit
und mit zusätzlicher
Schnellöffnungsfunktion in
Symboldarstellung,
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6 ein viertes Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung mit zwei parallelen Zweigen in Seitenansicht
und
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7 einen Längsschnitt
eines in den Abblasleitungen gemäß den 1 bis 6 eingesetzten Schalldämpfers.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung 1 zur zentralen Fördergas-Versorgung mehrerer
Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c mit
Fördergas
unter Druck beinhaltet ein Netz aus mehreren Druck-Erzeugern 3a, 3b, 3c.
Die Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c sind
mittels vorgeschalteter Fördergas-Mengen-Regeleinheiten 4a, 4b, 4c ebenso
wie die Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c an
eine zentrale Förder-Versorgungs-Leitung 5 angeschlossen.
Bei den Fördergas-Mengen-Regeleinheiten 4a, 4b, 4c kann es
sich jeweils um eine Laval-Düse,
eine Blende oder einen elektromotorischen Regler handeln. Sie sind zusammen
mit den Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c in
Fördersträngen 6a, 6b, 6c angeordnet,
die jeweils aus der zentralen Förder-Versorgungs-Leitung 5 ausmünden.
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Die
zentrale Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 ist
im Ausführungsbeispiel
als offene Leitung ausgestaltet. Grundsätzlich kann sie jedoch auch
eine geschlossene Leitung bilden. Zwischen den Anschlüssen der
Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c einerseits und
denjenigen der Förderstränge 6a, 6b, 6c andererseits
ist in der zentralen Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 ein
Filter in Gestalt eines Wasserabscheiders 5a angeordnet.
Außerdem
ist eine Abblasleitung 7 mittels eines Anschlusses 8 an
die zentrale Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 angeschlossen. Die
Abblasleitung 7 ist hinsichtlich der sie passierenden Menge
an Fördergas
geregelt. Sie beinhaltet ein Abblasstellglied 9 sowie eine Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 10.
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Das
Abblasstellglied 9 kann entweder als Sitzventil oder als
Kugelhahn ausgebildet sein. Zum Abblasen kleiner bis mittlerer Fördergas-Mengen kommt
beispielsweise ein Sitzventil und zum Abblasen größerer Fördergas-Mengen
ein Kugelhahn zum Einsatz. Außerdem
ist stromabwärts
des Abblasstellglieds 9 ein Schalldämpfer 11 in der Abblasleitung 7 vorgesehen.
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise der Einrichtung 1 zur
zentralen Fördergas-Versorgung beschrieben.
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Den
Druck-Erzeugern 3a, 3b, 3c wird im Wesentlichen
unkomprimiertes Fördergas
zugeführt. Beim
Ausführungsbeispiel
handelt es sich um normale Umgebungsluft. Die Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c komprimieren
das Fördergas
und speisen es parallel in die zentrale Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 ein. Von
dort gelangt es über
die Fördergas-Mengen-Regeleinheiten 4a, 4b, 4c zu
den Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c.
Die Speisung der Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c mit
Fördergas
unter Druck erfolgt also zentral über die gemeinsame Fördergas-Versorgungs-Leitung 5.
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Dadurch
erreicht man eine große
Flexibilität hinsichtlich
einer Zu- oder Abschaltung einzelner Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c oder
Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c und
zugleich eine hohe Versorgungssicherheit. Bei Ausfall eines der
Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c kann der Betrieb
aufrechterhalten werden, indem die verbliebenen funktionstüchtigen
Druck-Erzeuger die Aufgabe des ausgefallenen Druck-Erzeugers mit übernehmen.
Alternativ kann auch ein weiterer Druck-Erzeuger an die zentrale
Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 zugeschaltet
werden.
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Der
Betrieb mehrerer Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c sowie
mehrerer Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c an der
gemeinsamen Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 kann
zu Mengen- und Druckschwankungen des in der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 transportierten Fördergases
führen.
Zum Ausgleich dieser unerwünschten
Schwankungen ist die geregelte Abblasleitung 7, mittels
derer eine überschüssige Menge
an Fördergas
in die Umgebung abgeblasen werden kann, vorgesehen. Das Abblasen
der überschüssigen Fördergas-Menge
verhindert hohe Druckspitzen, die anderenfalls zu einer Schutzabschaltung
der Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c und damit
auch zu einem Stillstand sämtlicher
Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c führen könnten.
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Die
abzublasende Fördergas-Menge
lässt sich
mittels des Abblasstellglieds 9 einstellen. Die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 10 veranlasst
diese Einstellung auf Basis eines Vergleichs zwischen dem erfassten
aktuellen Druck in der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 und
einem vorgebbaren Vergleichsdruckwert, sodass die aktuell überschüssige Fördergas-Menge abgeblasen
wird.
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Die
von den Druck-Erzeugern 3a, 3b, 3c zur Verfügung gestellte
Menge an komprimiertem Fördergas
ist stets etwas größer als
der tatsächliche
Bedarf der Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c,
sodass zumindest während
des normalen Betriebs ständig
eine gewisse Menge an Fördergas über die
Abblasleitung 7 abgeführt
wird. Dadurch können
plötzliche
Mengen- und Druckschwankungen in der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 besonders
gut ausgeglichen werden, da eine Nachregelung der abgeblasenen Fördergas-Menge
in beide Richtungen möglich
ist.
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Die
in der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 10 vorgenommene
Regelung erfolgt automatisch. Sie kann entweder rein pneumatisch,
also aus schließlich
mit mechanischen Mitteln, oder auch unter Zuhilfenahme elektrischer
und/oder elektronischer Mittel erfolgen. Im zuletzt genannten Fall
ist die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 10 also
teilweise auch elektrisch ausgebildet.
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In
den 2 bis 6 sind Ausführungsbeispiele der
geregelten Abblasleitung 7 und der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 10 dargestellt.
Das erste Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung 12 gemäß den 2 und 3 betrifft
eine rein pneumatische Regelung. An einer stromaufwärts des
Abblasstellglieds 9 vorgesehenen Druck-Messstelle ist ein
Manometer 13 angeordnet. Von dieser Messstelle zweigt eine
Förderdruckleitung 14,
die zu einem ersten Anschluss eines Balgantriebs 15 führt, ab.
Ein zweiter Anschluss des Balgantriebs 15 ist mittels einer
Hilfsdruckleitung 16 mit einem Druckminderer 17 und
einem Steuerluft-Anschluss 18 verbunden. Am Druckminderer 17 ist
ein weiteres Manometer 19 vorgesehen. Von der Hilfsdruckleitung 16 zweigt
eine einen Schalldämpfer 20 umfassende
Entlüftungsleitung 21 ab.
Die Förder-
und die Hilfsdruckleitung 14 bzw. 16 sowie der
Balgantrieb 15 bilden die wesentlichen Komponenten einer
mechanischen Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22.
Zwischen dem Balgantrieb 15 der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 und
dem Abblasstellglied 9 sind mechanische Verbindungsmittel 23 vorgesehen.
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Die
im Folgenden beschriebene Funktionsweise der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 beruht
auf einem mechanischen Vergleich des aktuell in der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 und
damit auch an der stromabwärts
des Anschlusses 8 angeordneten Druck-Messstelle herrschenden
Drucks mit einem Vergleichsdruck, der aus dem Druck eines am Steuerluft-Anschluss 18 angeschlossenen
Steuerluft-Netzes abgeleitet ist. Auf einer Seite eines Balgkörpers wird
der Balgantrieb 15 mittels der För derdruckleitung 14 mit
dem aktuellen Druck in der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 und
auf der anderen Seite des Balgkörpers
mittels der Hilfsdruckleitung 16 mit dem Vergleichsdruck
beaufschlagt. Je nach aktuellem Differenzdruck bewirkt der Balgantrieb 15 über die
mechanischen Verbindungsmittel 23 eine Stellungsanpassung
im Abblasstellglied 9. Der Vergleichsdruck kann anhand
des Druckminderers 17 oder auch anhand des Drucks im Steuerluft-Netz verändert werden.
Die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 hat
einen Regelbereich von etwa 1:25.
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In 4 ist eine teilweise schematisierte
Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Abblasleitung 24 gezeigt.
Im Unterschied zur Abblasleitung 12 von 2 und 3 umfasst
die Abblasleitung 24 eine zumindest teilweise elektrisch
ausgebildete Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25. Außerdem ist
ein anderer Schalldämpfer 26 vorgesehen,
der die abzublasende Fördergas-Menge
nicht wie der Schalldämpfer 11 an
die Umgebung, sondern an eine zu den Druck-Erzeugern 3a, 3b, 3c zurückführende,
in 4 nicht dargestellte
Leitung abführt. Der
Schalldämpfer 26 enthält einen
Anschluss 27 für die
rückführende Leitung.
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Die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25 hat
als Hauptkomponenten eine beispielsweise als PC ausgestaltete elektronische
Kontrolleinheit 28, einen Drucksensor 29, einen
elektro-pneumatischen Umformer 30 mit einem elektrischen
Anschluss 31 und einem Steuerluft-Anschluss 32 sowie einen
Balgantrieb 33. Letzterer steht mittels mechanischer Verbindungsmittel 34 mit
dem Abblasstellglied 9 in einer mechanischen Wirkverbindung.
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Soweit
in den Figuren Leitungen symbolisch dargestellt sind, zeigen durchgezogene
Linien Druckleitungen und gestrichelte Linien elektrische Leitungen
an.
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Die
im Folgenden beschriebene Funktionsweise der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25 unterscheidet
sich von der der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 insofern,
als der Regelvergleich zwischen dem erfassten Druck der Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 und
dem vorgebbaren Vergleichsdruck nicht mechanisch oder pneumatisch,
sondern elektrisch, insbesondere elektronisch mittels der Kontrolleinheit 28,
erfolgt. Der an die Druck-Messstelle angeschlossene Drucksensor 29 wandelt
den erfassten Druck in ein korrespondierendes elektrisches Signal
um, das zur elektronischen Kontrolleinheit 28 übertragen
wird. In Abhängigkeit des
Regelvergleichs speist die Kontrolleinheit 28 ein elektrisches
Steuersignal S am elektrischen Anschluss 31 ein. Bei dem
elektrischen Steuersignal S handelt es sich beispielsweise um ein
Standard-Stromsignal, das Werte zwischen 4 und 20 mA annehmen kann.
Der elektro-pneumatische Umformer 30 setzt das Steuersignal
S in ein korrespondierendes Drucksignal um, das aus dem Druck eines
am Steuerluft-Anschluss 32 angeschlossenen Steuerluft-Netzes
abgeleitet wird. Dieses Drucksignal veranlasst den Balgantrieb 33 über die
Verbindungsmittel 34 eine entsprechende Stellungsänderung
des Abblasstellglieds 9 vorzunehmen.
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Die
elektronische Kontrolleinheit 28 ermöglicht eine sehr einfache Veränderung
des Vergleichsdruck-Werts beispielsweise mittels einer neuen Eingabe
an einer Konsole der Kontrolleinheit 28 oder auch ferngesteuert
mittels einer Datenleitung oder einer Funkverbindung. Dies kann
insbesondere auch während
des laufenden Betriebs erfolgen.
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Das
in 5 anhand einer Symboldarstellung
gezeigte Ausführungsbeispiel
einer Abblasleitung 35 enthält verglichen mit der Abblasleitung 24 zusätzlich eine
Schnellöffnungsfunktion.
Als zusätzliche
Komponenten sind ein Stromkreis 36, ein Magnetventil 37 und
ein Druckschalter 38 vorgesehen. Ein elektrischer Anschluss
des Druckschalters 38 ist innerhalb des Stromkreises 36 angeordnet.
Sein druckseitiger Anschluss ist dagegen mit der Druck-Messstelle
zur Erfassung des Drucks in der zentralen Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 verbunden.
Außer
an die Kontrolleinheit 28 ist der Stromkreis 36 auch
an eine Betätigungsspule
des Magnetventils 37 angeschlossen. Die Betätigungsspule
ist an einem Steuereingang 37a des Magnetventils 37 angeordnet.
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Die
Schnellöffnungsfunktion
hat folgende Wirkungsweise. Mittels Einspeisung eines Stromsignals
I in den Stromkreis 36 und gleichzeitiger Vorgabe eines
entsprechenden Steuersignals S werden das Magnetventil 37 und
auch das Abblasstellventil 9 geschlossen. Dieser Betriebszustand
wird insbesondere dann gewählt,
wenn der Druck in der zentralen Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 aufgebaut
werden soll, also beispielsweise beim Anfahren der Einrichtung 1.
Der Druck in der zentralen Fördergas-Versorgungs-Leitung 5 steigt
dann solange an, bis er einen oberen Schwellwert des Druckschalters 38 überschreitet,
sodass dieser umschaltet. Dadurch wird der Stromkreis 36 unterbrochen,
das Magnetventil 37 öffnet,
und der Balgantrieb 33 wird entlüftet, sodass auch das Abblasstellventil 9 in
seine vollständig
geöffnete
oder in eine teilweise geöffnete
Position übergeht.
Der Balgantrieb 33 wirkt über die Verbindungsmittel 34 so
mit dem Abblasstellventil 9 zusammen, dass bei verschwindendem
Drucksignal am Balgantrieb 33 (also in drucklosem Zustand)
das Abblasstellventil 9 geöffnet ist. Bei geöffnetem
Abblasstellventil 9 kann das Fördergas über die Abblasleitung 35 entweichen,
sodass der Druck in der zentralen För dergas-Versorgungs-Leitung 5 wieder sinkt.
Unterschreitet der Druck einen unteren Schwellwert des Druckschalters 38,
schaltet der Druckschalter 38 wiederum und schließt den Stromkreis 36.
Der sich dann am Steuereingang 37a wieder einstellende
Stromfluss schließt
das Magnetventil 37. Wenn die Kontrolleinheit 28 ein
Steuersignal S für
den normalen Betriebszustand am elektro-pneumatischen Umformer 30 vorgibt,
kann die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25 ihre
normale Funktion übernehmen.
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Tritt
während
des normalen Betriebs eine unerwartete Druckspitze auf, unterbricht
der Druckschalter 38 den Stromkreis 36, sodass
wie vorstehend beschrieben das Abblasstellventil 9 geöffnet wird.
Aufgrund der Direktverdrahtung erfolgt dies insbesondere ohne, dass
die Kontrolleinheit 28 eingreift. Dadurch ergibt sich eine
schnelle Reaktion auf diese kritische Betriebssituation.
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Die
im Beispiel von 5 in
Verbindung mit einer elektrischen Regelung vorgesehene Schnellöffnungsfunktion
lässt sich
in vergleichbarer Weise auch mit einer rein mechanischen Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 kombinieren.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Abblasleitung 39 in Seitenansicht dargestellt. Die Abblasleitung 39 hat
zwei parallel geschaltete Zweige 40 und 41, die
jeweils ein Abblasstellglied 9' bzw. 9" und eine elektrische Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25' bzw. 25" entsprechend
denen der Ausführungsbeispiele
gemäß den 4 und 5 aufweisen. Die beiden Zweige 40 und 41 sind
jeweils für
einen unterschiedlichen Regelbereich ausgelegt. Anhand der Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25" des Zweigs 41 lassen
sich kleine Druckschwankungen ausregeln. Die Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25' von Zweig 40 übernimmt
die Regelung, wenn der Regelbereich von Zweig 41 überschritten
ist. Damit kann die insgesamt abgeblasene Fördergas-Menge klein gehalten
und der Druck sehr fein geregelt werden. Es resultiert ein Gesamtregelbereich
von bis zu 1:80. Die Abblasleitung 39 kommt insbesondere
dann zum Einsatz, wenn sehr viele Druck-Erzeuger 3a, 3b, 3c und
sehr viele Förder-Anlagen 2a, 2b, 2c vorgesehen
sind.
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Nicht
dargestellt ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem in
den beiden Zweigen 40 und 41 jeweils unterschiedliche
Typen von Überström- und Druckhalte-Regeleinheiten 10 zum
Einsatz kommen. So kann im ersten Zweig 40 eine mechanische Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 und
im zweiten Zweig 41 eine elektrische Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25 vorgesehen
sein. Hierdurch wird eine hohe Ausfallsicherheit erreicht. Bei Ausfall
der elektrischen Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 25 übernimmt
die mechanische Überström- und Druckhalte-Regeleinheit 22 die
Regelung, und die Betriebsfähigkeit
der Einrichtung 1 bleibt weiterhin gewährleistet. Dies ist insbesondere in
Ländern
von Interesse, in denen die Stromversorgung unsicher ist.
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In 7 ist ein Längsschnitt
durch den Schalldämpfer 11 bzw. 26,
der in den Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 6 vorgesehen ist, gezeigt. Er enthält mehrere
ineinander gesteckte Hutsiebe 42a, 42b, 42c.
Je nach Anwendungsfall kann der Schalldämpfer 11 oder 26 unterschiedlich dimensioniert
und auch aufgebaut sein. So ist beispielsweise ein Schalldämpfer 11,
der zum Abblasen in die Umgebung bestimmt ist, anders ausgebildet, als
ein Schalldämpfer 26,
der zum Anschluss an eine rückführende Leitung
bestimmt ist.