DE2714261A1

DE2714261A1 - Verfahren zur foerderung von wasser und wasserversorgungsanlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2714261A1
Application number: DE19772714261
Authority: DE
Inventors: Stefan Elmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1978-10-05
Also published as: NL7801147A; FR2385850B3; BE865602A; DE2714261C2; GB1586630A; FR2385850A1

Description

Patentanwälte Prot. Dr.-lng. Robert MeIdBU -} Detum fc7 Ί 426 1 Dipl.-Ing. GuStaV Me I da U Unser Zeichen E 5θΟ R/bU

Herr

Stefan Eimer

Brockstr. 8

4835 Rietberg 1

Verfahren zur Förderung von Wasser und Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Enteisenung und Entmanganung sowie eine Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Brunnenwasser ist in vielen Fällen infolge eines erheblichen Anteils an Eisen und Mangan für Trinkwasser und diverse andere Zwecke nicht geeignet. Aus diesen Gründen müssen besonsere Maßnahmen vorgesehen werden, die diese unerwünschten Beimengungen aus dem Wasser entfernen. Hierzu werden im allgemeinen besondere Filteranlagen verwendet, die eine ständige überwachung und Pflege erfordern.

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Es ist jedoch auch eine Enteisenung und Entmangan-ung bekannt, die bereits vor der Förderung des Grundwassers im Boden erfolgt (Reijonen, V. und Y.x Enteisenung von Grundwasser unter Tage mit der Vyredox-Methode. bbr (19?1) H.3). Diese Methode beruht auf der Erfahrung, daß durch Oxidationsvorgänge die Löslichkeit der Eisen- und Manganverbindungen herabgesetzt wird. Hierbei erfolgt die Enteisenung und Entmangan-ung in mehreren Stufen1 Durch die Oxidation der Eisen-II-Verbindungen zu Eisen-III-Verbindungen und der Mangan-II-Verbindungen zu höheren Manganverbindungen erfolgt eine Ausflockung der Eisen- und Manganverbindungen, die abgefiltert werden können. Diese Umwandlung der Eisen-II- und Mangan -II-Verbindungen in höherwertige Verbindungen durch Oxidation kann bereits im Erdboden erfolgen, wenn dieser genügend Luftsauerstoff aufweist.

Die bekannte Methode zur Enteisenung und Entmangan-ung macht von diesen Erkenntnissen Gebrauch, indem das Grundwasser mit sauerstoffhaltigem Wasser künstlieh angereichert wird. Zu diesem Zweck werden mindestens zwei Entnahmebrunnen vorgesehen, denen jeweils mehrere im Abstand von einigen Metern entfernte Anreicherungsbrunnen zugeordnet sind. Zur Säuerstoffanreicherung des Grundwassers wird das aus dem ersten Brunnen geförderte Wasser in einem Oxygenator mit Luftsauerstoff gesättigt, in einem Entgasungsbehälter entspannt, um anschließend durch den zweiten Brunnen und die zugehörigen Anreicherungsbrunnen in das Grundwasser zurückgeleitet zu werden. Nach einer Buhezeit kann dann die Wasserförderung aus diesem zweiten Brunnen erfolgen. Das Wasser dieses zweiten Brunnens wird jetzt zur Sauerstoffanreicherung und Einleitung in den ersten Brunnen verwendet und der Vorgang einige Male wiederholt. Nach Einarbeitung beider Brunnen liefern beide Brunnen eisen- und manganfreies Wasser. Allerdings muß in gewissen Zeitabständen eine Anreicherung des Grundwassers mit sauerstoffhaltigem Wasser abwechselnd über beide Brunnen wiederholt werden.

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Die bekannte Methode hat jedoch den großen Nachteil, daß die Anlagekosten durch die notwendige Anzahl der Anreicherungsbrunnen, den Oxygenator und den Entgasungstavknicht nur teuer, sondern auch aufwendig im Hinblick auf den erforderlichen Raumbedarf ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Enteisenung und Entmanganung sowie eine Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens zu offenbaren, die die genannten Nachteile vermeiden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Förderbrunnen, die in regelmäßigen zeitlichen Abständen abwechselnd mit sauerstoff-angereichertem Wasser beschickt werden, während aus den jeweils nicht beschickten Brunnen Wasser entnommen wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Beschickung mit sauerstoffangereichertem Wasser in den Zeiten des geringsten Wasserbedarfs durchzuführen. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung werden etwa 1o% der Menge des Wasserverbrauchs mit Luftsauerstoff angereichert in den jeweils zur Anreicherung anstehenden Förderbrunnen zurückgefördert und nach der Anreicherungsphase eine Stillstandsphase vorgesehen, während aus dem zuvor mit Luftsauerstoff angereicherten Förderbrunnen kein Wasser gefördert wird.

Die Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Förderbrunnen, die einerseits über ein Doppelventil und eine erste Druckleitung mit einem Druckkessel und andererseits über je ein Vakuumventil mit einer gemeinsamen Saugleitung über eine Pumpe und eine zweite Druckleitung mit dem Druckkessel verbunden sind, wobei entweder ein in die Pumpe oder ein in die zweite Druckleitung eingebautes Schnüffelventil über ein Frischluftventil mit der Außenluft verbunden ist. Vorteilhaft ist, daß die

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Anlage ein geschlossenes System darstellt, das unter einem den Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher angepaßten Druck steht. Bewährt hat sich, den Druckkessel mit einer schwimmergesteuerten Entlüftungseinrichtung zu versehen. Nach einem weiteren Merkmal sind die Ventile über eine Zeitschaltung automatisch steuerbar. Als vorteilhafte Verbesserung empfiehlt es sich, die steuerbaren Ventile mit der Zeitschaltung zu einer Baueinheit zusammenzufassen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage und Fig. 2 ein Schaltbild für die elektrische Steuerung.

Zwei Brunnen 1 und 2 (Fig. 1) sind über die Brunnenleitungen 3 und 4 je mit einem Brunnenventil 5 und 6 und einem Doppel ventil 7» die servogesteuert sind, verbunden. Die beiden Brunnenventile 5 und 6 verbinden die Brunnenleitungen 3 und 4 wahlweise über die Pumpensaugleitung 8, die Pumpe 9 und die Pumpendruckleitung 10 mit dem Druckkessel 11. Das Doppelventil 7 gestattet die Herstellung einer Verbindung der Brunnenleitung 3 über das Ventil 7a oder der Brunnenleitung 4 über das Ventil 7b mit der Druckleitung 12 für Anreicherungswasser, die vom Druckkessel 11 kommt. In dieser Druckleitung 12 ist im Doppelventil 7 ein spezielles Filter 13 und im Zuge der Leitung ein von Hand zu betätigender Absperrschieber 14 vorgesehen. Falls ein automatisches Dosiergerät 15 z.B. für den Zusatz von Chlor oder ähnliches benötigt wird, sollte es zwischen dem Absperrschieber 14 und dem Druckkessel 11 angeordnet werden. Ein ebenfalls an die Druckleitung 12 angeschlossener Druckregler 16 steuert die Ein- und Ausschaltung des Antriebsmotors 17 für die Pumpe 9« Ein in der Pumpe eingesetztes Schnüffelventil 18 ist über eine Luftleitung mit einem Magnetventil 21 verbunden. Der Druckkessel 11 besitzt einen durch einen Schwimmer 22 gesteuerten Entlüfter 23, der eine trockene Entlüftung des Druckkessels 11 einleitet, sobald der Wasserstand im Druckkessel 11 eine

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festgelegte Mindesthöhe erreicht hat.

Die Wasserversorgungsanlage wird durch eine Schaltuhr 24 In einem sich regelmäßig wiederholenden Rhythmus gesteuert. Diese Schaltuhr 24 mitsamt den Magnetventilen, Schieber, Relais und Schaltern ist in einem Steuerschrank 25 untergebracht, der zugleich den Vorteil bietet, daß für die Montage der Wasserversorgungsanlage der vorgefertigte Steuerschrank 25 nur noch mit wenigen Rohrleitungen und den Stromversorgungskabeln zu verbinden ist, wenn eine vorhandene Wasserversorgungsanlage auf das erfindungsgemäße Verfahren umgestellt werden soll, vorausgesetzt, daß ein zweiter Brunnen vahanden oder gebaut worden ist.

Die elektrische Anlage (Fig. 2) ist einfach zu bedienen. Durch Betätigung des Tastschließers T1 wird das Schütz C erregt, das mit seinen Kontakten c1 bis c3 die Anlage einschaltet, was durch die Signallamp-en L1 bis L3 angezeigt wird. Das Relais C hält sich selbst durch seinen Kontakt c4. Die Anlage wird abgeschaltet durch Betätigung des Tastöffners T2, wodurch der Haltestromkreis für das Schütz C unterbrochen wird, so daß es abfällt und durch öffnen der Kontakte d bis c3 die Stromversorgung unterbricht.

In der Stromzuführung zum Antriebsmotor 17 der Pumpe 9 sind die Kontakte p1 bis p3 des Druckreglers 16 angeordnet. Leitung 27 ist bei erregtem Schütz C an die Phase T des Drehstromnetzes angeschlossen und versorgt den Motor 28 der Schaltuhr sowie sämtliche Relais und Magnetventile. Die Schaltuhr der Zeitschaltung 24 besitzt zwei einstellbare Zeitschalter si und s4. Schalter s4 liegt im Stromkreis des Eltaco-Relais 26, dessen Kontakt 1 mit dem Relais R1 und dessen Kontakt 2 mit dem Relais R2 verbunden ist. In Reihe mit dem Schalter s4 liegt weiter der Schalter si, dessen anderer Kontakt an das Magnetventil 21 für die Luftleitung 2o (Fig. 1) des Schnüffelventils 18 der Pumpe 9 angeschlossen ist. In Reihe mit dem Schalter S1 liegen weiter

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parallel zueinander die Reihenschaltungen des Kontaktes r12 des Relais R1 mit dem zweiten Ventil 7b und des Kontaktes r22 mit dem ersten Ventil 7a des Doppelventils 7. Das 1. Brunnenventil 5 ist über den Kontakt r11 des Relais 1, und das 2. Brunnenventil 6 ist über den Kontakt r21 des Relais 2 an Spannungsleitung 27 angeschlos sen.

Bevor die Wasserversorgungsanlage eisen- und manganfreies Wasser liefern kann, müssen die Bodenbereiche der beiden Brunnen aufbereitet werden, d.h. mit sauerstoffhaltigem Wasser beschickt werden. Dies geschieht in der Weise, daß zunächst Wasser aus dem

1. Brunnen gefördert und über das Schnüffelventil 18 mit Luft in Berührung gebracht wird. Das Wasser nimmt bis etwa 8 % Sauerstoff aus der Luft in Abhängigkeit vom in der Anlage herrschen Druck auf, da die Anlage als geschlossenes System betrieben wird. Der Druck in der Anlage richtet sich nach den Erfordernissen für den Verbrauch, z.B. bei Einfamilienhäusern in Bungalowbauweise reicht ein niederer Druck aus als bei Wohnhäusern mit mehreren Etagen. Mittlere Werte für den Druck liegen zwischen 2 und 6 Bar. Das mit Luftsauerstoff angereicherte Wasser wird sogleich dem 2. Brunnen zugeführt. Die Menge der jeweils anzureichernden Wassermenge richtet sich nach der Größe der Anlage und den Bodenverhältnissen. Nach einer Ruhepause von wenigen Stunden wird umgekehrt aus dem

2. Brunnen Wasser gefördert und mit Luftsauerstoff angereichert dem 1. Brunnen wieder zugeführt. Dieser Vorgang wird zur Aufbereitung der Anlage mehrfach wiederholt, bis das geförderte Wasser die gewünschte Eisen- und Manganfreiheit aufweist. Sodann kann auf die normale Betriebsweise umgeschaltet werden, die wie folgt abläuft:

Die sogenannte Anreicherungsphase wird in eine Zeit des Tagesablaufs gelegt, in der im allgemeinen die geringste Wassermenge entnommen wird, normalerweise wird dies die Nachtzeit sein. Im vorliegenden Fall wird die Zeit von O.oo bis 1.oo Uhr (nachts) gewählt. An die Anreicherungsphase muß sich eine Stillstandsphase anschließen, d.h. dem Brunnen, dem gerade mit Sauerstoff angereichertes Wasser zugeführt wurde, 7

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wird für eine bestimmte Zeit, z.B. 3 Stunden, kein Wasser entnommen: Im vorliegenden Fall wird hierfür die Zeit von 1.oo bis 4.00 Uhr gewählt. Die gewählten Zeitspannen von 1 Stunde bzw. 3 Stunden richten sich nach der Menge des täglich zu fördernden Wassers und den Bodenverhältnissen. Es ergibt sich mit den gewählten Zeiten ein sich regelmäßig wiederholender Zweitagesrhythmus :

1. Tag O.oo bis I.00 Förderung aus 1. Brunnen, Beschickung

des 2. Brunnens mit sauerstoffhaltigem

Wasser 1.00 bis 4.00 Stillstandsphase für 2. Brunnen,

Förderung des Brauchwassers aus 1.

Brunnen 4.00 bis 24.OO Förderung des Brauchwassers aus 1. u.

Brunnen;

2. Tag O.oo bis I.00 Förderung aus 2. Brunnen, Beschickung

des 1. Brunnens mit sauerstoffhaltigem

Wasser 1.00 bis 4.00 Stillstandsphase für 1. Brunnen,

Förderung des Brauchwassers aus 2.

Brunnen 4.00 bis 24.OO Förderung des Brauchwassers aus 2. u.

Brunnen;

3. Tag wie 1. Tag

4. Tag wie 2. Tag usw.

Die Umschaltung vom 1. Tag auf den 2. Tag usw. erfolgt über den Schalter S4 der Schaltuhr (4 Std.) (Fig. 2), der das Eltaco-Relais 26 betätigt, deren Umschaltekontekt e entweder das Relais R1 oder das Relais R2 erregt. Der Ruhekontakt r11 des Relais R1 steuert das 1. Brunnenventil 5 (Fig. 1), und der Ruhekontakt r21 des Relais R2 steuert das 2. Brunnenventil 6, d.h. im Ruhezustand der Relais R1 und R2 sind beide Brunnenventile 5 und 6 erregt bzw. offen. Durch diese Schaltung wird erreicht, daß wärend der Schließzeit von Schalter S4 (4 Std.) entweder das Relais R1 oder das Relais R2 je nach Stellung des Umschaltkontaktes e des Eltaco-

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Relais 26 erregt und damit entweder das 2. Brunnenventil 6 erregt (offen) oder das 1. Brunnenventil 5 erregt (offen) ist. Weiter ist damit sichergestellt, daß während der übrigen Zeit - wenn Schalter s4 offen ist - die Relais R1 und R2 nicht erregt, die Ruhekontakte r11 und r21 geschlossen und damit die Brunnenventile 5 und 6 erregt, d.h. offen sind. In den Zeiten außerhalb der Anreicherungsphase (Schalter s4 und si sind geschlossen) und der Stillstandsphase (Schalter s4 geschlossen, Schalter si offen) wird also Wasser aus beiden Brunnen gefördert.

Mit der Annahme, daß um O.oo Uhr durch den Schalter s4 das Eltaco-Relais 26 mittels seines Umschaltkontaktes e das Relais R2 (1., 3. usw. Tag) erregt wird, wird über den Ruhekontakt r21 das 2. Brunnenventil 6 stromlos und damit geschlossen, während das 1. Brunnenventil 5 über den geschlossenen Ruhekontakt r11 des Relais R1 erregt und damit offen ist. Gleichzeitig mit Schalter s4 ist auch Schalter si geschlossen und über den geschlossenen Kontakt r22 des Relais R2 das 2. Ventil 7b des Doppelventils 7 geöffnet. Mit dem im Druckkessel 11 vorhandenen Druck wird Wasser aus dem Druckkessel 11 (Fig. 1) über die Druckleitung 12, das Ventil 7b und die 2. Brunnenleitung 4 in den 2. Brunnen 2 geliefert. Der Druckregler 16 wird gleich danach ansprechen und die Pumpe 9 anschalten, die aus dem 1. Brunnen 1 über die 1. Brunnenleitung 3, das 1. Brunnenventil 5,die Pumpensaugleitung 8 und die Pumpendruckleitung 1o Wasser in den Druckkessel 11 liefert. Zugleich war mit dem Schließen der Schalter s4 und si das Magnetventil 21 für die Luftleitung 2o geöffnet worden, so daß Außenluft über das Schnüffelventil 18 in das von der Pumpe 9 geförderte Wasser gesaugt wird. Hierbei reichert sich das Wasser mit Sauerstoff an, das auf dem oben beschriebenen Wege in den 2. Brunnen gefördert wird.

Nach Ablauf einer Stunde öffnet der Schalter s1_;und das 2. Ventil 7b wie auch das Magnetventil 21 für die Luftleitung schließen. Die Pumpe 9 wird bald darauf ebenfalls durch den Druckregler 16 ab-

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geschaltet, wenn der Kesseldruck einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat. Das Magnetventil 21 in der Luftleitung zum Schnüffelventil 18 sperrt die Luftzufuhr, und 2. Ventil 7b sperrt die weitere Zufuhr von Wasser in den 2. Brunnen 2.

Nach Ablauf weiterer 3 Stunden (Stillstandsphase für den 2. Brunnen) öffnet der Schalter s4 und macht das Relais R2 stromlos, wodurch der Ruhekontakt r21 schließt und das 1. Brunnenventil erregt und geöffnet wird. Damit sind während der übrigen Zeit des Tages beide Brunnenventile 5 und 6 geöffnet und zur Wasserabgabe bereit. Um O.oo Uhr des nächsten Tages, wenn sich die Schalter s4 und si wieder schließen, schaltet das Eltaco-Relais 26 seinen Umschaltekontakt e um und erregt das Relais R1. Der Ruhekontakt r11 des Relais R1 öffnet und läßt das 1. Brunnenventil 5 stromlos werden und damit schließen, während das 2. Brunnenventil 6 über den geschlossenen Ruhekontakt r21 erregt und damit offen ist. Es wird jetzt also aus dem 2. Brunnen Wasser gefördert, mit Luftsauerstoff angereichert und dem 1. Brunnen wieder zugeführt. Um 1.oo Uhr ist die Anreicherungsphase beendet und die Stillstandsphase wird durch öffnen des Schalters si eingeleitet. Nach weiteren 3 Stunden öffnet auch der Schalter s4 und die Wasserentnahme kann wieder aus beiden Brunnen erfolgen. Der beschriebene Rhythmus wiederholt sich alle 2 Tage. Es wird betont, daß der beschriebene Rhythmus und die gewählten Zeitspannen (2 Tage, 1 und 4 Stunden) nur ein Beispiel sind. Der Rhythmus und die zu wählenden Zeitpannen richten sich nach den örtlichen Bodenverhältnissen und den zu fördernden Wassermengen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Wasserversorgungsanlage zeichnet sich dadurch aus, daß neben den beiden Brunnen keine zusätzliche Anreicherungsbrunnen, kein Entgasungstank und kein kostspieliger Oxygenator benötigt wird. Anstelle des Oxygenators wird lediglich das bei Kolbenpumpen bereits vorhandene Schnüffelventil oder bei Kreiselpumpen ein Injektor mit eingebautem Schnüffelventil benötigt. Besonders bemerkenswert gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist, daß es sich bei der erfindungsgemäßen Anlage um eine

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geschlossene Anlage mit den bekannten Vorteilen (z.B. Tropenfähigkeit) handelt.

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Claims

(=>«te»f-vt«nvA/ülto 483 Sütereloh 1, Vennetr. 9. Poetfaoh 254Ο

Katentanwaite Teieton: co 52413 «13004

I.Dr.-lng. Robert MeldaU Datum C J \ A 26 I

.-In₀. QuStaV MeldaU Uneer Zeichen E 500 R/bU

/ Patentansprüche

Verfahren zur Förderung von Wasser mit gleichzeitiger Entmangan-ung und Enteisenung, gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Förderbrunnen, die in regelmäßigen zeitlichen Abständen abwechselnd mit sauerstoffangereichertem Wasser beschickt werden, während aus dem jeweils nicht beschickten Förderbrunnen Wasser entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung mit säuerstoffangereichertem Wasser in den Zeiten des geringsten Wasserbedarfs durchgeführt wird.

3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 10% der Menge des Wasserverbrauchs mit Luftsauerstoff angereichert, in den jeweils zur Anreicherung anstehenden Förderbrunnen zurückgeführt wird, und daß nach der Anreicherungsphase eine Stillstandsphase vorgesehen ist, während der aus den zuvor mit luftsauerstoffangereichertem Förderbrunnen kein Wasser gefördert wird.

M. Wasserversorgungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3» gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Förderbrunnen (1 und 2), die einerseits über ein Doppelventil (7) und eine erste Druckleitung (12) mit einem Druckkessel (11) und andererseits über je ein Brunnenventil (5) bzw. (6) mit einer gemeinsamen Saugleitung (8) über eine Pumpe (9) und eine zweite Druckleitung (1O) mit dem Druckkessel (11) verbunden sind, wobei entweder ein in die Pumpe (9) oder ein in die zweite Druckleitung (10) eingebautes Schnüffelventil (18) über ein Frischluftventil (21) mit der Außenluft verbunden ist.

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5. Wasserversorgungsanlage nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage ein geschlossenes System darstellt, das unter einen den Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher angepaßtem Druck steht.

6. Wasserversorgungsanlage nach den Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkessel (11) mit einer schwimmergesteuerten Entlüftungseinrichtung (23) versehen ist.

7. Wasserversorgungsanlage nach den Ansprüchen 4 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (5, 6, 7 und 21) über eine Zeitschaltung (24) automatisch steuerbar sind.

8. Wasserversorgungsanlage nach den Ansprüchen 4 bis 71 dadurch, gekennzeichnet, daß die steuerbaren Ventile (5» 6, 7 und 21) mit der Zeitschaltung (24) zu einer Baueinheit (25) zusammengefaßt sind.

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