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Die Erfindung betrifft ein sogenanntes Online-System und eine Vorrichtung zum Reinigen von Verschmutzungen bzw. Anbackungen oder Verschlackungen, sogenannte heiße Massen, in Behältern und Verbrennungsanlagen mittels Sprengtechnik. Dazu wird ein explosive pyrotechnische Komponente oder Gemisch in der Nähe der Verschmutzungen bzw. Anbackungen oder Verschlackungen zur Explosion gebracht. Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein System zum Reinigen von verschmutzten und verschlackten Behältnissen mit heißen Massen an dessen Innenwänden, insbesondere von Verbrennungsanlagen, mittels Sprengtechnologie. Ein solches System wird auch Sprengreinigen genannt.
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Heizflächen z. B. von Müllverbrennungsanlagen oder Kohlekesseln unterliegen im Allgemeinen starken Verschmutzungen. Diese Verschmutzungen entstehen typischerweise durch Ablagerung von Ascheteilchen an der Wand. Beläge im Bereich von hohen Rauchgastemperaturen sind meist sehr hart, da sie entweder geschmolzen oder angeschmolzen auf der Wand kleben bleiben. Solche Beläge lassen sich durch bekannte Reinigungssysteme nur schwer und teilweise unzureichend entfernen. Dies führt dazu, dass der Kessel periodisch abgestellt, langsam abgekühlt und manuell oder mittels Sandstrahlen gereinigt werden muss. Da solche Kessel relativ große Abmessungen aufweisen, ist dazu meistens der Aufbau eines Arbeitsgerüsts innerhalb der Verbrennungsanlage notwendig. Diese Art der Reinigung erfordert zudem einen Betriebsunterbruch von mehreren Tagen oder Wochen und ist außerdem für das. Reinigungspersonal wegen des starken Staub- und Schmutzanfalls äußerst unangenehm und ungesund. Neben den Reinigungskosten sind die Kosten für den Anlagenstillstand durch den Produktions- bzw. Einnahmenausfall ein wichtiger Kostenfaktor.
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Herkömmliche Reinigungssysteme sind typischerweise Wasserlanzenbläsern, Russbläser, Klopfvorrichtungen und Kugelregen.
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Es ist ein Reinigungssystem bekannt, bei dem der erkaltete und auch der in Betrieb befindliche heiße Kessel mittels Einbringen und Zünden von Sprengkörpern mit industriellem Sprengstoff gereinigt wird. Bei dem im Dokument
EP1067349 beschriebenen System, wird ein gekühlter Sprengkörper mittels einer gekühlten Lanze in die Nähe der verschmutzten Heizfläche gebracht, wo die Sprengladung gezündet wird. Die Heizflächenanbackungen werden durch die Wucht der Detonation, sowie durch die von den Schockwellen erzeugten Wandschwingungen abgesprengt. Die Reinigungszeit kann mit dieser Methode im Vergleich zu den herkömmlichen Reinigungssystemen wesentlich verkürzt werden. Die Reinigung kann mit den nötigen Sicherheitsvorkehrungen, online, d.h. während des Betriebs des Verbrennungsofens bzw. noch im heißen Zustand des Behälters stattfinden. Es ist möglich einen Kessel auf diese Art innerhalb von Stunden zu reinigen, wozu mit einer herkömmlichen Reinigungsmethode Tage gebraucht werden.
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Nachteilig bei dem in
EP1067349 beschriebenen System ist die Notwendigkeit von Industrie-Sprengstoff. Neben den hohen Kosten für das Sprengmaterial muss zur Vermeidung von Unfällen, beispielsweise bei der Lagerung und Handhabung des Sprengstoffs, ein großer Sicherheitsaufwand betrieben werden. Weiterhin sind die behördlichen Vorgaben bei der Verwendung dieses Sprengmaterials sehr streng und verlangen einen Sprengberechtigten nach § 20 SprengG.
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Das Einbringen von Sprengmaterial in einen heißen Behälter erfordert zudem ein absolut zuverlässiges und effizientes Kühlsystem um ein vorzeitiges Detonieren des Sprengstoffs zu verhindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und eine Vorrichtung zur Reinigung von verschmutzten bzw. verschlackten Verbrennungsanlagen oder Behältern zu schaffen, bei welchem/r die Anlage während der Reinigung nicht abgestellt werden muss, die Anlage in kurzer Zeit wieder in sauberem Zustand ist und im Speziellen die Lagerung und Handhabung des verwendeten Sprengmittels erleichtert, sowie die Gefährdung von Personal und Anlageteilen während des Reinigungsvorganges weiter minimiert wird. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, wie sie in den Schutzansprüchen definiert ist.
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Das hier offenbarte Reinigungssystem beruht darauf flüssige, pastöse und/oder feste Stoffe bzw. Komponenten, die einzeln oder erst als Gemisch explosiv sind, in die Nähe eines zu reinigenden Objekts, wie zum Beispiel die beschriebenen heißen Massen, zu bringen und zur Explosion zu bringen. Bei diesen Stoffen oder Gemischen handelt es sich speziell nicht um industrielle Sprengstoffe, sondern um, als sogenannte Feuerwerkskörper/Pyrotechnik eingestufte, Sprengmittel (z.B. der Klassen IV, T1 oder T2).
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Für die bisher verwendeten industriellen Sprengstoffe gelten die EU-Richtlinie 2008/43/EG und 2012/4/EU. Sie beinhaltet die Verpflichtung zur Datenerfassung und Aufzeichnung aller Explosivstoffe durch alle betroffenen Unternehmen ab dem 5. April 2015. Dies bedeutet für die Sprengreinigungsunternehmen einen erheblichen zeitlichen, logistischen und finanziellen Mehraufwand.
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Die verwendeten Mengen an industriellem Sprengstoff bei der Anwendung im Bereich der o.g. Anlagen müssen gering seien, um Beschädigungen bei der Sprengung von heißen Massen zu verhindern.
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Auf dieser Tatsache beruht die hier beschriebene Erfindung. Eine ähnliche Sprengwirkung kann man mit, als sogenannte Feuerwerkskörper/Pyrotechnik eingestuften Sprengmitteln erzielen. Diese fallen nicht unter die EU-Richtlinie 2008/43/EG und 2012/4/EU.
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Weiterhin wird eine für die Handhabung und Anwendung dieser pyrotechnischen Explosivkörper eine weniger aufwendige Ausbildung benötigt, da deren Nutzung ein geringeres Gefährdungspotential hat. Auch hier ergibt sich eine Verbesserung zu bisherigen Systemen.
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Das erfindungsgemäße Reinigungssystem ist besonders geeignet für Verbrennungsanlagen mit klebriger, zu Anbackungen neigender Flugasche, hervorgerufen speziell durch die Verbrennung von Kohle, Müll, Biomasse, Klärschlamm und/oder Sondermüll.
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Dies gilt insbesondere bei Sprengungen in sogenannten heißen Massen, wie die Anbackungen auch genannt werden, von Dampferzeugern von Verbrennungsanlagen.
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Das Reinigungssystem lässt sich aber auch zur Beseitigung von Verschmutzungen in anderen Anlagen mit harten Schmutzablagerungen anwenden, wie z.B. in Rauchgasreinigungsanlagen, Papiermühlen, Silos, in der Zementindustrie usw.. Die Sprengreinigung kann während des Betriebs einer Anlage, d.h. On-line, bzw. bei noch heißen Behältern und äußerst gezielt und genau dosiert durchgeführt werden. Dadurch werden Betriebsausfallkosten gesenkt und keine Anlagenteile oder Behälterabschnitte werden unnötig belastet. Auch werden die Gefahren für das Anlagenpersonal minimiert. Dies insbesondere durch eine äußerst kurze Verweildauer der explosiven Komponente oder des Gemischs in der heißen Umgebung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungssystems wird ein pyrotechnischer Explosivstoff oder dessen Komponenten in die Nähe einer zu reinigenden Fläche bzw. heißen Massen gebracht. Dort werden die pyrotechnischen Komponenten gezündet. Die Wucht der Explosion und die durch die Stoßwellen in Schwingung gebrachte Fläche, z.B. eine Behälter- oder Rohrwand, bewirken das Absprengen der Anbackungen oder Anhäufung von heißen Messen und somit das Reinigen der Fläche.
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Die für eine Reinigung notwendige Stärke der Explosion und somit die Menge der verwendeten Materialien, richtet sich nach der Art der Verschmutzung, der Menge der heißen Massen und nach Größe und Art des verschmutzten Behälters. Dosierung und Stärke der Explosion können und werden so gewählt, dass keine Schäden an Installationen entstehen. Dies geschieht über die Auswahl der jeweiligen pyrotechnischen Explosivstoffe oder deren Komponenten, die als sogenannte Feuerwerkskörper/Pyrotechnik eingestufte, Sprengmittel (z.B. der Klassen IV, T1 oder T2) sein müssen.
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Die Möglichkeit der optimalen Auswahl der verwendeten pyrotechnischen Komponenten vermindert einerseits die Reinigungskosten, andererseits das Gefahren- und Schadensrisiko für Anlage und Personen.
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Eine vorzugsweise rohrähnliche Vorrichtung, z.B. eine Lanze, wird in eine Anlage bzw. einen Behälter eingeführt und in die Nähe der zu reinigenden Stelle gebracht.
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Mittels dieser Vorrichtung können nach der Positionierung der Vorrichtung der bzw. die pyrotechnischen Komponenten in die Anlage bzw. den Behälter eingebracht werden. Bei einer Online-Reinigung können der zu reinigende Behälter und z.B. das strömende Rauchgas bis zu 1200°C heiß sein. Dies bedeutet, dass zur Vermeidung einer vorzeitigen Explosion die für die Reinigung verwendeten pyrotechnischen Materialien, schneller an die gewünschte Stelle gebracht werden sollten als diese sich z.B. durch Wärmestrahlung erhitzen können. Vorzugsweise wird das Rohr thermisch isoliert und/oder gekühlt. Dies kann durch ein Rohr aus thermisch isolierenden Materialien bzw. durch eine am Rohr angebrachte oder durch das Rohr geführte Kühlung geschehen. Vorzugsweise wird die Kühlung für ein Rohr und/oder die zur Reinigung verwendeten Materialien so gestaltet, dass sie ohne ständigen Zufluss von Kühlmittel von außen in die Reinigungsvorrichtung bzw. zu den Komponenten oder zu dem sogenannten Feuerwerkskörper auskommt.
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Wird zur Kühlung ein Kühlmittel wie Wasser, Druckluft oder eine Kombination von verschiedenen Kühlmitteln für die Lanze und/oder das pyrotechnische Material verwendet, so sind dafür Anschlüsse an der Lanze anzubringen. Benötigte Schläuche können, falls gewünscht, vor der eigentlichen Benutzung der Lanze zum Reinigen entfernt werden. Ist eine Kühlung der Lanze in positioniertem Zustand mittels Kühlmittelfluss gewünscht, so geschieht dies vorzugsweise indem ein Kühlmittel durch die Lanze hindurch geführt wird, so dass dieses direkt in den heißen Behälter strömt. Eine Reinigungsvorrichtung kann aber auch so gestaltet sein, dass ein Kühlmittel in der Vorrichtung wieder zurückströmt.
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Eine Kopfkühlung der Lanze, bspw. die Kühlung eines so genannten Feuerwerkskörpers mit den pyrotechnischen Komponenten geschieht beispielsweise mittels passiver Kühlmethoden. Bei einer passiven Kühlung von explosiven pyrotechnischen Komponenten, werden im eingeführten Zustand der Reinigungsvorrichtung keine zusätzlichen Kühlmittel von außen zum bzw. in die Schutzhülle geführt. Bei einer passiven Lanzenkühlung, kann das; gesamte Reinigungssystem im Wesentlichen unabhängig von einer örtlich gegebenen Infrastruktur gehalten werden.
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Ein sogenannte Feuerwerkskörper, und somit auch die in ihm befindlichen pyrotechnischen Materialien, kann mittels einer thermisch isolierenden Schutzhülle oder mittels einer bereits mit Kühlmittel versehenen Schutzhülle vor unerwünscht hoher Erhitzung geschützt werden.
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Ein Beispiel für letztere Schutzhülle kann sehr einfach gestaltet sein und bestände beispielsweise im Wesentlichen aus möglichst saugfähigem Material, z. B. Krepp, oder schwammartigem Material, welches vor dem Einführen in eine heiße Anlage mit Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, getränkt wird. Es ist aber auch möglich ein gelförmiges Kühlmittel zu verwenden.
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Weiterhin kann der sogenannte Feuerwerkskörper für das pyrotechnische Material selber aus Kühlmittel aufnehmendem bzw. speicherndem Material hergestellt werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich den sogenannte Feuerwerkskörper mittels eines geeigneten Kühlmittels z. B. durch Aufsprühen von Wasser, Luft oder einer Mischung beider Medien auf den Behälter, zu kühlen. Möglich ist auch das Eindüsen von Wassertropfen oder eines anderen Kühlmittels in die Schutzhülle des sogenannten Feuerwerkskörper, so dass seine Oberfläche von innen her gekühlt wird.
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Eine weitere bevorzugte Möglichkeit den sogenannten Feuerwerkskörper zu schützen besteht darin, den sogenannten Feuerwerkskörper in einer geeigneten Schutzvorrichtung in den zu reinigenden Behälter einzuführen. Dies geschieht beispielsweise mittels einer an der Reinigungsvorrichtung angebrachten Schutzvorrichtung, z. B. einer an und um eine Lanze angebrachten Schutzglocke oder -trichter.
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Der sogenannte Feuerwerkskörper kann in der Schutzvorrichtung verstaut werden. Die Schutzvorrichtung ist so ausgestaltet, dass sie der Explosion die Möglichkeit zur im Wesentlichen freien Entfaltung bietet bzw. sogar eine bevorzugte Ausbreitungsrichtung der Druckwelle vorgibt. Dies kann durch eine geöffnete oder eine durch Kraft bzw. Druck sich öffnende Schutzvorrichtung realisiert werden. Eine beispielsweise kopfseitig, angebrachte Öffnung der Schutzvorrichtung kann mit einer Abdeckung versehen sein.
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Sie ist vorzugsweise aus Materialien gefertigt, die mit Kühlmittel getränkt werden können. Je nach Gestaltung einer Abdeckung kann die gesamte Schutzvorrichtung damit umschlossen werden. Damit werden der Sogenannte Feuerwerkskörper mit den pyrotechnischen Komponenten, sowie eine Schutzvorrichtung gleichzeitig geschützt, z.B. gekühlt.
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In einer möglichen Ausführungsform wird eine indirekte, passive Kühlung aus bereits oben erwähnten Gründen, sowohl für den sogenannten Feuerwerkskörper, wie auch für die Lanze verwendet. Eine passive Kühlung für einen sogenannten Feuerwerkskörper und eine Lanze ist unabhängig von aktiv, von außen zugeführtem Kühlmittel während des Reinigungsvorgangs selber, d.h. im eingeführten Zustand der Lanze.
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Eine passive Lanzenkühlung geschieht vorzugsweise durch das Anbringen von geeigneten Materialien um das Rohr bzw. durch Herstellung des Rohres aus geeigneten Materialien. Dies sind beispielsweise isolierende, im Wesentlichen hitzebeständige und/oder Kühlmittel aufnehmende Materialien oder geeignete Materialanordnungen. Beispiele für Letztere sind saugfähige Materialien, wie Papier, Watte oder Stoff, die vor dem Gebrauch in Wasser oder anderem Kühlmittel getränkt werden.
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Zum Schutz vor Verletzung einer kühlenden Schicht, können äußere Schutzschichten angebracht werden. Im Falle von saugfähigem Papier kann dies eine einfache Umwicklung aus Stoff sein. Es ist aber auch möglich eine beständigere Schutzschicht aus beispielsweise einem Metallgitter oder - geflecht oder einem zweiten Metallrohr anzubringen.
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Kühlmittel aufnehmende Materialien können dieses bei Bedarf wieder abgeben und durch die dabei entstehende Verdunstungskälte das Rohr oder einen sogenannten Feuerwerkskörper kühlen. Passive Kühlungen können beispielsweise auch dichte Metallgeflechte oder Keramiken sein, die in Hohlräumen oder Poren Kühlmittel aufnehmen können. Ein weiteres Beispiel für eine isolierende Lanzenkühlung sind Doppelrohre, die mit Isolationsmaterial gefüllt werden können.
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Bei Bedarf können die verschiedensten Kühlungsmethoden und Schutzvorrichtungen auch kombiniert, weggelassen oder ergänzt werden.
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Die Zündung des, als Pyrotechnik eingestuften, Sprengmittels, mit oder ohne Schutzhülle, erfolgt mit aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln. Vorzugsweise geschieht dies durch elektrisch ausgelöste Funkenzündung oder durch pyrotechnische Zündung mit Hilfe von entsprechend angebrachten Zündmitteln und Zündvorrichtungen. Die Zündmittel sind vorzugsweise im Bereich eines der Enden der Lanze, an einem Rohr selber oder am sogenannten Feuerwerkskörper angebracht. Das Betätigen der Zündvorrichtung geschieht vorzugsweise und sicherheitshalber mittels einer Steuervorrichtung.
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Der Ablauf einer Sprengung in einem heißen Behälter geschieht in einer bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen:
- - Der sogenannte Feuerwerkskörper wird außerhalb des zu reinigenden Behälters an der Lanze befestigt.
- - Falls gewünscht, wird eine Kopfkühlung aktiviert, z.B. eine Schutzhülle (isolierend und/oder kühlend) befestigt bzw. mit Kühlmittel getränkt und/ oder die Kühlung gestartet.
- - Die Lanze wird von außen in den zu reinigenden Kessel oder Behälter eingeführt, z. B. durch eine Einstiegsöffnung, so dass das Rohrende inklusive sogenannte Feuerwerkskörper vor der zu reinigenden Fläche platziert wird.
- - Die Zündvorrichtung wird betätigt und die Explosion ausgelöst.
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Einzelne Schritte des oben erwähnten Ablaufs eines erfindungsgemäßen Sprengreinigungssystems können auch durch Zwischenschritte ergänzt und/oder automatisiert werden. Beispielsweise kann das Auslösen des Explosionsvorgangs mit Sicherheitsmechanismen verbunden sein.
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Die Kühlmittelleitungen und die Zündvorrichtung oder Teile davon können auch gemeinsam in einer rohrähnlichen Hülle, z. B. einem Rohr, untergebracht werden.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung auch mit einer Kühlung versehen. Die Kühlung geschieht vorzugsweise mittels Verdunstung von Kühlmittel, die die Lanze oder die eventuell vorhandene gemeinsame Hülle kühlen. Eine aktive Kühlung geschieht bspw. mittels Luft- und/oder Wasserzufuhr von außen in und/oder durch die entsprechenden Zufuhrleitungen.
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Der Anschluss der Kühlung ist mit einem Kühlungsanschlussventil, z. B. einem Handventil, versehen. Das Betätigen desselben erlaubt ein beliebiges Zu- und Abschalten der Kühlung. Vorzugsweise ist auch das Herstellen eines bestimmten Mischverhältnisses unterschiedlicher Kühlmedien möglich.
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Eine auf diese Weise gestaltete Lanzenkühlung wird vorzugsweise vor dem Einführen der Lanze in einen heißen Behälter aktiviert. Sie bleibt typischerweise während der gesamten Zeit, in der die Lanze der Hitze ausgesetzt ist, eingeschaltet. Eine solche aktive Lanzenkühlung kann auch in eine Steuerung miteinbezogen werden.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, ein Kühlmittel durch einen Kühlanschluss am einen Ende der Lanze einzuführen und es zum selben Ende wieder zurückfließen zu lassen. Dies wäre beispielsweise bei einseitig geschlossenem Außenrohr, bei im Wesentlichen U-förmiger oder konzentrischer Kühlmittelführung, möglich.
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Das erfindungsgemäße Reinigungssystem läuft mit der beschriebenen Vorrichtung ähnlich ab:
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Tränken eines sogenannten Feuerwerkskörpers mit Kühlmittel, aktivieren der Lanzenkühlung, Einführen und Positionieren der Lanze, Auslösen des Zündvorgangs mittels Betätigen eines Druckschalters.
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Die Verwendung eines sogenannten Feuerwerkskörpers entsprechend der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass er äußerst kostengünstig herzustellen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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