DE2331489A1

DE2331489A1 - Nassbaggereinrichtung fuer grosse tiefen

Info

Publication number: DE2331489A1
Application number: DE2331489A
Authority: DE
Inventors: Elie Condolios
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-10
Also published as: AU5718973A; FR2189588B1; NL7308762A; GB1427954A; JPS4950688A; ZA734097B; US3908290A; JPS5617513B2; BE800885A; NL177137B; FR2189588A1; ES416173A1; CA988106A; NL177137C

Description

HB/F/RCH «PL. ING. DIETRICH LEWALD ^{Z J J} ' ⁴ ° PATENTANWALT

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SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES ET MECANIQUES

(ALSTHOM)
38, Ave Kleber, 75016 PARIS (Frankreich)

NASSBAGGEREINRICHTUNG FÜR GROSSE TIEFEN

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Hochleistungs-Nassbaggereinrichtungen zum Einsammeln und Fördern von festen Materialien, insbesondere aus grossen Tiefen. Ein Anwendungsbereich der Erfindung ist das Einsammeln und hydrau-

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lische Fördern von Metallknollen, die in grossen Tiefen auf

dem Meeresgrund zu finden sind.

Das erfindungsgemässe System erlaubt es, dass bei ihm die Funktionen seiner einzelnen Organe so getrennt sind, dass für das Einsammeln und Fordern von Metallknollen vom Meeresgrund eine maximale Leistung erreicht wird, dass das System zeitlich optimal genutzt wird und dass die einzelnen Organe des

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Systems, insbesondere die Sammelvorrichtung auf dem Meeresboden, schnell zugänglich sind, damit die Anlage mit sehr grosser Zuverlässigkeit arbeitet.

Erfindungsgemäss wird als Lösung vorgeschlagen, zwei Schiffe zu verwenden:

. das erste Schiff, das als eigentliches Baggerschiff bezeichnet werden könnte, ist mit den geeigneten Mitteln ausgestattet, um das Förderleitungssystem zu schleppen, die Pumpanlage für die Förderung der Metallknollen mit Energie zu versorgen, um die hochgepumpten Metallknollen zu lagern und um diese Metallknollen auf Erzschiffe umzuladen;

. das zweite Schiff, das Bedienungsschiff, kann mit Hilfe von Seilen die Sammelvorrichtung über den Grund ziehen, die Förderleitung in eine günstige Position bringen, schnell auf die Sammelvorrichtung einwirken, wenn die Förderleitung verstopft sein sollte, und die Sammelvorrichtung für Reparatur- oder Ersatzzwecke an die Oberfläche hieven.

Die Lösung sieht vor, dass die Leitungen nicht starr sind, so dass die Sammelvorrichtung praktisch vom Förderschiff unabhängig ist. Allein durch das Zusammenarbeiten der beiden Schiffe in Abhängigkeit vom Seegang kann die Förderleitung in die für das Hochpumpen der Metallknollen günstigste Lage gebracht werden.

Diese relative Unabhängigkeit der Sammelvorrichtung vom Forderschiff bietet zwei wichtige Vorteile. Es ist möglich: . mit Hilfe einer richtigen Positionierung der Sammelvorrich-

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tung auf dem Meeresboden die besten technischen und wirtschaftlichen Bedingungen für das Sammeln der Metallknollen auf dem Meeresboden zu erreichen;

. rasch auf die Sammelvorrichtung einzuwirken, falls bei ihr oder dem Fordersystem eine Störung auftritt.

Die Sammelvorrichtung und das Fördersystem sind nämlich während ihres Betriebes verschiedenen Einflüssen ausgesetzt, die die Betriebsdauer des Systems beeinträchtigen könnten und die Arbeitsweise eines solchen Systems unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten untragbar werden lassen.

Die wichtigsten Gefahren für den Betrieb sind: . Hängenbleiben der Sammelvorrichtung an einem natürlichen oder künstlichen Hindernis auf dem Meeresgrund; . Ansaugen einer zu grossen Menge von festen Materialien in die Förderleitung, was zu einer Unterbrechung der Förderung und zum Verstopfen der Leitung führen kann; . Verstopfen der Förderleitung aufgrund einer Pumpunterbrechung im Falle von Energieausfall;

. Fehlerhaftes Arbeiten der Sammelvorrichtung und ungenügende Abscheidung von Ton beim Waschen der zu fördernden Metallknollen ;

. Beschädigungen aller Art an der Sammelvorrichtung, die Reparaturen oder ein Auswechseln nötig machen, d.h. Arbeiten, die nicht auf dem Meeresgrund durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäss ist bei der Baggereinrichtung auf dem Förderschiff, das die Förderleitung trägt und evtl. einen Turm

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mit Pumpvorrichtungen, die Förderleitung um den Befestigungspunkt auf dem Forderschiff schwenkbar montiert.

Diese Besonderheit nietet den Vorteil, dass die Sammelvorrichtung, die Förderleitung, und evtl. der Turm mit Hilfe der auf dem Bedienungsschiff befindlichen Einrichtungen, die normalerweise für das Schleppen der Sammelvorrichtung vorgesehen sind, an die Meeresoberfläche gebracht werden können.

Auch durch Veränderung der Lage der Schiffe zueinander kann sehr schnell die Sammelvorrichtung teilweise angehoben werden, um beispielsweise die wahrend des Betriebs durch Fördermaterial verstopfte Leitung wieder frei zu bekommen. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass die Schiffe sich voneinander entfernen und dabei die Flexibilität der Förderleitung und evtl. die Möglichkeit, sie an ihrem Befestigungspunkt auf dem Schiff zu schwenken, ausnutzen. .

Mit dem teilweisen Hieven kann entweder das Nassbaggergerät von einem Hindernis gelöst werden oder die Förderleitung auf dem Meeresgrund geleert werden, falls sie aufgrund einer zu grossen Materialzuführung verstopft ist. Um die Leitung wieder frei zu bekommen, genügt es, nach dem Anheben der Sammelvorrichtung das Pumpen zu unterbrechen.

Ein schnelles Eingreifen ist besonders wichtig, um, wie im ersten Fall, BeschSdigungen an der Sammelvorrichtung und, wie im aweiten Fall, die Bildung eines zu grossen, schwer zu entfernenden Pfropfens in der Leitung zu verhindern·

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Kommt es doch zu einer Beschädigung der Sammelvorrichtung, so wird sie vollständig angehoben, indem das Zugseil auf eine Trommel auf dem Bedienungsschiff aufgerollt wird, und zwar, ohne dass die Förderleitung verändert oder abgebaut wird, sondern indem man ihre Flexibilität und die Möglichkeit, sie um ihren Befestigungspunkt auf dem Schiff zu schwenken, ausnutzt.

So kann die Sammelvorrichtung ohne komplizierte Demontagearbeiten rasch an die Meeresoberfläche verbracht werden·

Die angeführten Vorteile der Erfindung können dazu führen, Unterbrechungszeiten beim Betrieb spürbar zu verringern und so die Gewinnung von mit dem Nassbagger-System geforderten Metallknollen merklich zu verbessern.

Die Hauptaufgaben des Förderschiffes sind erfindungsgemäss die folgenden:

. Leitung aller Nassbaggerarbeitsgänge, d.h. Sammeln und Kontrollieren aller für die Koordination der Bewegungen der wichtigsten Organe der Anlage notwendigen Informationen; .' Lieferung e'er Energie und Bereitstellung der Antriebsmittel für das Förderschiff und die starren Leitungen; • Lieferung der Energie für die Pumpanlage; . Einlagern der geförderten Materialien in hierzu vorbereiteten Bunkern oder Trichtern;
. Umladen der eingelagerten Materialien auf Erzfrachter.

Eine der Lösungen zur Übertragung von Energie auf die zufördernde Materialmenge in der Leitung besteht darin, einen

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Turm mit Baggerpumpen einzusetzen, gemäss der französischen Patentschrift Nr. 2 041 311 und ihrem Zusatz Nr. 2 043 460.

In diesem Fall besteht die Aufgabe des Baggerturms, der einerseits mit seinem oberen Teil mit dem Förderschiff und andererseits mit seinem Unterteil mit der starren Leitung verbunden ist, in folgendem:

. Versenken der Baggerpumpen in eine bestimmte Tiefe unter die Wasseroberfläche, damit mit Hilfe des so entstehenden Gegendrucks die Kavitation in den Pumpen beim Ansaugen aus grossen Tiefen verhindert wird;

. Abscheiden des zum Transport der Fördermaterialien notwendigen Wassers am Fuss des Τμπηβ;

. Fördern der Materialien vom Fuss des Turms bis zur Oberfläche mit Hilfe herkömmlicher Mittel.

Ein solcher Turm ist mit dem Förderschiff über Gelenke verbunden, damit es nicht den Schlinger- und Stampfbewegungen des Förderschiffs folgen muss.

Der Turm kann an geeigneten Stellen Antriebsgeräte besitzen, mit denen seine Geschwindigkeit der des Förderschiffs angeglichen werden kann, damit er während des Baggerbetriebs eine nahezu senkrechte Stellung beibehalten kann.

Die hydraulische Förderleitung hat erfindungsgemäss folgende Hauptaufgaben:

. Transport der zu baggernden Materialien vom Meeresgrund bis zum Förderschiff oder bis zum Fuss des Turms. Diese Leitung, deren Durchmesser entsprechend der Beschaffenheit und Grosse

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der zu transportierenden Materialbrocken gewählt wird, besteht aus zwei verschiedenen Abschnitten:

. einem starren Abschnitt in ihrem oberen Teil, mit dem sie an das Schiff oder den Baggerturm angeschlossen ist, und einem elastischen oder mit Gelenken versehenen Abschnitt an ihrem unteren Teil (die letzten zehn Meter etwa), wo sie mit der Sammelvorrichtung verbunden ist.

Die starr mit dem Schiff oder dem Turm an ihrer Oberseite verbundene Leitung wird im Wasser durch am Schiff (und evtl. am Turm) angebrachte Vortriebsgeräte bewegt.

Die Leitung wird an besonderen Stellen erleichtert oder beschwert, wenn die Anlage sich in Bewegung befindet, damit der Verlauf der Leitung möglichst wenig von der Senkrechten abweicht:

Die Leitung kann mit Kabeln oder Rohren versehen werden, durch die Informationen oder Energie von der bzw. zur Sammelvorrichtung übertragen werden können. Die Sammelvorrichtung wird im weiteren Verlauf dieses Textes als Abraumgerät bezeichnet.

Das andere Ende des starren Leitungsteils ist über eine elastische oder mit Gelenken versehene Leitung mit dem Abraumgergt so verbunden, dass es dem Verlauf des Meeresbodens folgen und die Tiefenveränderungen aufnehmen kann.

Das Abraumgerat auf dem Meeresgrund soll die zu baggernden Materialien sammeln und sie nach einem evtl. Waschvorgang dir Förderleitung aufuhren.

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Es wird vom sogenannten Bedienungsschiff, das sich vor dem Förderschiff befindet, mit Hilfe eines Seils nach vorne gezogen.- Die Baggerrichtung wird gemäss dem Seegang und den Meeresströmen durch das Förderschiff bestimmt. Die Geschwindigkeit der beiden Schiffe ist gleich, damit das Abraumgerät sich genauso schnell bewegt wie das Förderschiff.

Ein zusätzliches Seil stellt die Verbindung zwischen dem Zugseil und dem unteren Ende der Förderleitung oberhalb des elastischen Teils der Leitung her, damit der elastische Teil der Förderleitung beim Schleppen des Abraumgeräts nicht gespannt wird und seine ganze Elastizität bewahrt, die zum Ausgleichen der Bodenwellen notig ist.

Das Abraumgerät auf dem Meeresgrund besitzt eine geeignete Ortungseinrichtung, mit der die beiden Schiffe in eine Position gebracht werden können, bei der das Abraumgerät auf dem Meeresboden seine richtige Lage einnimmt und in die vorgesehene Baggerrichtung ausgerichtet wird.

Die Aufgaben des Bedienungsschiffes sind einerseits: . Ziehen des Abraumgeräts auf dem Meeresgrund mit einem Seil in die gewünschte Baggerrichtung sowie das Lenken des Abraumgeräts in dieser Richtung, was schwierig ist, wenn die Fortbewegung des Abraumgeräts einfach durch das Förderschiff über die Förderleitung bewirkt wird, da letztere Verdreh- und Biege beanspruchungen ausgesetzt ist, die durch die Meeresströmungen hervorgerufen werden.

Bei dieser Schleppanordnung kann dta Abrtumgerfit

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während des Betriebs praktisch senkrecht unter dem Förderschiff arbeiten, wodurch die Verformung und Schräglage der Förderleitung verringert werden. Die kleinere Neigung der Leitung hat auch zur Folge, dass die Druckverluste in der Aufwärtsströmung geringer werden und so der zur Förderung des Abraummaterials notwendige Leistungsaufwand kleiner sein kann.

Andererseits hat das Bedienungsschiff die Aufgabe, das Abraumgerä't rasch entweder teilweise oder gänzlich an die Oberfläche zu hieven, wie es zu Beginn dieses Textes dargestellt wurde.

Weitere Besonderheiten dieser Nassbaggereinrichtung sind:

. bei ihr wird das gesamte Montagematerial auf dem Förder- bzw· Bedienungsschiff an den Ort des Baggerns transportiert; . die Einrichtung wird mit eigenen Mitteln für die Baggerarbeiten, wie sie im vorstehenden Text beschrieben wurden, zusammengebaut ;

. die Anlage kann soweit demontiert werden, dass sie mit eigenen Mitteln zur Wartung einen Hafen aufsuchen kann.

Zur Erfüllung dieser Sekundäraufgabe kann das erfindungsgemasse Förderschiff:

. an Bord den starren Teil der Förderleitung unterbringen; . den Turm von seinem Anschlusstück abbauen, um ihn In horizontaler Lage mit zu diesem Zweck vorgesehenen Seilen hinter sich herzuschleppen. Eine solche Anordnung lässt eine gute Manövrierfähigkeit des Förderschiffs und des sich bewegenden Turms zu;

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• den starren Teil der Förderleitung montieren oder demontieren.

Der Turm kann mit Hilfe von BaUast, Ausgleichsgewichten und Verschlussvorrichtungen, die zu diesem Zweck vorhanden sind, vom Förderschiff gelöst werden und auf der Meeresoberfläche in horizontaler Lage sclwimmen.

Dadurch, dass der Turm diese Lage einnehmen kann, ist die Möglichkeit gegeben, den starren Teil der Leitung zu montieren oder zu demontieren und auf das Förderschiff zu laden.

Das Bedienungsschiff kann:

. an Bord den elastischen oder mit Gelenken versehene» Teil der Forderleitung lagern,
. das Abraumgerät an Bord nehmen,

• beim Montieren oder Demontieren der Förderleitungen mit Hebezeug mithelfen.

Es folgt die beispielhafte Beschreibung zweier erfindungsgemä'sser hydraulischer Nassbaggereinrichtungen für grosse Tiefen an Hand der beiliegenden Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt einen Überblick über eine erfindungsgemässe Anlage im Betrieb.

Fig. 2 zeigt den Beginn des Hieworgangs des Abraumgeräts .

Fig. 3 zeigt den Hievvorgang gegen Ende. Fig. 4 zeigt den Hieworgang am Ende.

Fig. 5 zeigt den Beginn des Arbeitsganges, bei dem die Förderleitung gehievt wird·

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Fig. 6 zeigt den Hievvorgang für die Forderleitung.

Fig. 7 zeigt das Ende des Hieworgangs für die Forderleitung.

Fig. 8 zeigt eine Variante der Anlage.

Die Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7 sind hinsichtlich des Abstands der Schiffe und der Baggertiefe nicht masstabsgetreu, so dass die Krümmungen des Seils 6 und der Leitung 3 nicht der Wirklichkeit entsprechen.

In Fig. 1 ist eine Baggeranlage für grosse Tiefen zu sehen, zu der das Forderschiff 1 gehört, an dessen Boden mit Hilfe eines Gelenksystems ein Turm 2 angebracht ist, der auf diese Weise geschwenkt werden kann. An seiner Unterseite sind die Förderpumpen angebracht, damit gegen ihre Stromrichtung ein Gegendruck wirksam wird, der die Kavitation bein Pumpen aus grossen Tiefen verhindert.

Der Turm 2 ist mit geeigneten Verschlussvorrichtungen ausgestattet und kann vom Förderschiff abgekuppelt werden und dann in horizontaler Lage mit Hilfe von Ballast- und Ausgleichsladungen an der Oberfläche des Meeres treiben. Die Hydraulikleitung 3 führt vom Boden dieses Turms bis zum Abraumgerä't auf dem Grund des Meeres, wobei der untere Teil 5 der Leitung aus mit Gelenken versehenen Abschnitten besteht, damit die Leitung hier elastisch genug ist; damit das Abraumgerät den Bodenformationen folgen kann.

Die Förderleitung 3 kann geleichtert werden, denn bei

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grossen Baggertiefen wäre ihr Gewicht sonst zu hoch. Sie wird dafür aber an der Stelle 9 beschwert, damit sie bei der Fortbewegung der Anlage eine angenähert senkrechte Stellung beibehalten kann.

Das Abraumgerät 4 wird mit Hilfe eines Seils 6 von einem Schlepper 7 über den Meeresgrund gezogen.

Ein Seil 8 stellt die Verbindung zwischen dem Zugseil 6 und dem starren Teil 3 oberhalb des mit Gelenken versehenen Abschnitts 5 der Förderleitung her, damit sie ihre für den Ausgleich der Bodenwellen nötige Elastizität bewahrt.

Diese Zuganordnung für das Abraumgerät ermöglicht es, eine hydraulische Förderleitung 3 ohne Verformungen und mit praktisch senkrechtem Verlauf zu erhalten, wodurch in beträchtlichem Masse Druckverluste in dieser Leitung verringert werden und folglich der zur Förderung der Materialien notwendige Leistungsaufwand herabgesetzt werden kann.

Das gebaggerte Material wird vom Förderschiff 1 auf das Transportschiff 10 mit Hilfe einer Hydraulikleitung 11 umgeladen.

Ein rasches teilweises Hieven des Abraumgeräts 4 beim Auftreffen auf ein Hindernis oder zum schnellen Entleeren der Förderleitung 3 auf dem Meeresboden, falls sich ein Pfropfen aus gefördertem Material bildet, wird einfach dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen den Schiffen 1 und 7 vergrössert wird.

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Wie das Abraumgerät vollständig an die Oberfläche des Wassers gehievt wird, geht aus den folgenden Figuren hervor.

Fig. 2 zeigt den Schlepper 7j der eine Seilwinde l6 besitzt, mit der das Zugseil 6 aufgerollt und damit das Abraumgerät 4 nach oben gehievt werden kann, wobei das Zugseil 6 des Abraumgeräts 4 und die Förderleitung 3 zu Beginn dieses Hebevorgangs die in dieser Fig. angegebene Lage einnehmen.

Fig. 3 stellt die Lage des Seils, des Abraumgeräts und der Förderleitung gegen Ende der Hubvorgänge dar, wo, wie ersichtlich, der Baggerturm 2 um das Gelenk an seinem Befestigungspunkt am Boden des Förderschiffs 1 geschwenkt wird, wodurch er der Lageveränderung der Förderleitung folgen kann.

Fig. 4 zeigt das Abraumgerät 4 nach erfolgtem Hebevorgang. Es kann jetzt mit Hilfe eines Krans an Bord genommen werden, um Instandhaltungsarbeiteh an ihm vorzunehmen.

Die einzelnen Schritte beim Hieven der Hydraulikleitung werden in den Fig. 5, 6 und 7 vorgestellt.

Der erste Arbeitsgang besteht darin, den Baggerturm vom Boden des Schiffes zu lösen und ihn hinter das Schiff zu bringen, und zwar in senkrechter Lage wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wo der Schlepper 7 beginnt, das Seil 6 einzuholen.

Anschliessend fährt der Schlepper hinter das Schiff und nimmt die Stellung ein, die auf Fig. 6 gezeigt ist.

Darauf wird das Seil eingezogen, das Abraumgerät 4 vom Seil getrennt. Daraufhin entfernt sich der Schlepper vom För-

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derschiff, um den Turm 2 mit geeigneten Ausgleichglasten und die Leitung 3 in eine Lage zu bringen, die in Fig. 7 gezeigt ist, so dass jetzt die Demontage der Leitung und des Turms vorgenommen werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Variante der Anlage, bei der die Förderleitung 3 direkt über eine schwenkbare Verbindung 12 an das Schiff angeschlossen ist. Die Förderung des Materials in der Leitung 3 geschieht dann mit Hilfe des bekannten Air-lift-Systems mit einer Pumpe 14, die in eine ia geeigneter Weise an der Stelle 15 an den oberen Teil der Förderleitung 3 angeschlossene Leitung 13 Druckluft einblä'st.

- Patentansprüche 309882/1138

Claims

233H89 PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulische Nassbaggeranlage zum Einsammeln und Fördern von festen Stoffen, besonders aus grossen Tiefen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem ersten Schiff (1) mit der Forderleitung (3) besteht, die über Befestigungseinrichtungen mit dem Schiff so verbunden ist, dass sie um ihren Befestigungspunkt an dem Schiff (1) schwenkbar ist, ferner aus einem Abraumgerät (4), das das Fördermaterial am Grund des Meeres sammelt und der Förderleitung (3) zuführt, sowie einem zweiten Schiff (7), mit dem das Abraumgerät (4) über ein Seil (6) gezogen wird, wobei dieses zweite Schiff mit Mitteln ausgerüstet ist, das Abraumgerät an die Wasseroberflache zu hieven.

2. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung gernäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Verstopfens der Leitung (3) durch eine zu grosse Menge von festem Fördermaterial das Abraumgerät (4) teilweise hochgehievt wird.

3. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung gemä'ss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rasche teilweise Hieven des Abraumgeräts (4) dadurch vorgenommen wird, dass man den Abstand zwischen dem ersten (1) und zweiten (7) Schiff vergrössert.

4. Anordnung gemäss Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (3) an ihrem

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unteren Ende (5) an ihrem Anschluss zum Abraumgerät (4)
elastisch ist.

5. Anordnung gemä'ss Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass ein zusatzliches Soil (8) die Verbindung zwischen dem Zugseil (6) und dem unteren Ende (9) der Förderleitung (3) unmittelbar oberhalb ihres elastischen Teils (5) herstellt.

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