DE2722531A1

DE2722531A1 - Waermeaustauschrohr

Info

Publication number: DE2722531A1
Application number: DE19772722531
Authority: DE
Inventors: James Edwin Greever; James P Schafer
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1977-12-15
Also published as: IT1071315B; ZA772479B; GB1577577A; YU125477A; AU507445B2; MX145466A; BR7703221A; PH15862A; AR219705A1; HK14781A; FR2352599A1; FR2352599B1; JPS52143544A; YU41298B; SU689626A3; IN147781B; ES464977A1; NZ183986A; DE2722531C2; EG12526A

Description

28 005

ΡΛ.ΤΕΝΤΛΙ r./Ä:.,TE

or. ing. H. NEGENDANK (ΐβτ,ΐ) tiru-iNG. IL. ilAüCii · dipi^piiys. W. SCHMITZ

. E. GRAALFS · dh'i..-ino. W. WEHNERT · dipu-phys. W. CARSTENS

HAMBUIIG-MÜNCHKN 2722 53 1

U. W. DÖRING

ZTTSTELLUNGSANSCHRIFT: 2OOO HAMBURG 36 · NEUER WALJ. 41 TKLBFON (O4O) 30 74 28 VND 36 4119

TBLKOR. NBQBDAFATBNT HAMBVBO

Carrier Corporation ζ βοοο München a · mozartstr. as

Carrier Tower tmmow <O8O> a 38 oa se TBLXOR. NBOBDAFATXNT

P.O. Box 1000

Syracuse, New York Hamburg. 2. Mai 1977

U.S.A.

¹W arm eau s tail s chrohr

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Wärmeaustauschrohr, insbesondere auf ein Värme aus taus chrohr mit einer dichten Anordnung spiralförmig darauf aufgebrachter stachelartiger Rippen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf* ein Wärmeaustauschrohr, welches'hergestellt ist aus einem ersten rohrförmigen Element zur Führung eines Wärme- oder Kältemittels und einer sekundären Wärmeübertragungsfläche, die spiralförmig um das Rohr herumgewickelt ist und eine Anzahl dünner dornartiger Rippen aufweist, die von ihr vorstehen, um Enex*gie zwischen dem Wärmo- oder Kältemedium und der über das Rohr hinweg streichenden Luft zu übertragen. Die Stachel oder Rippen sind über ihre ganze Länge durch einen Luftspalt voneinander getrennt, welcher von der Basis der Wärraeübertragungsfläche zur Spitze jedes einzelnen Dornes zunimmt. Der Lxiftwiderstand des Rohres ist somit auf ein Minimum herabgesetzt und macht das Rohr gut geeignet für eine

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Verwendung bei Klimaanlagen oder dergleichen· Die Konstruktion des mit dornartigen Rippen versehenen Rohres setzt auch die Möglichkeit eines Gefrierene des Kondensats auf dem Rohr auf ein Minimum herab. Auf dem Rohr gebildete Feuchtigkeit wird durch die Dornen nach unten gelenkt und infolge der hier gegebenen Oberflächenspannung schnell durch das Rohr entlassen. Es ist ferner zu beachten, daß ein einziger Abschnitt eines umhüllten Rippenrohres bequem in jede beliebige Anzahl von Formen verformt werden kann, um einen Wärmeaustauscher von nahezu jeder beliebigen geometrischen Gestalt zu erzeugen, der leicht zusammenzubauen ist und kostspielige Bestandteile in Fortfall kommen läßt, wie beispielsweise Rohrvendebögen oder dergleichen, die normalerweise bei Wärmeaustauschern von einer mehr herkömmlichen Konstruktion vorgefunden werden und durch Löten oder Schweißen an ihrem Platz befestigt sind.

Obwohl, wie oben erwähnt, bei einem umhüllten Rippenrohr zahlreiche Vorteile gegeben sind,, ist doch diese Art Vorrichtung in der Industrie bisher nicht in großem Maße verwendet worden, hauptsächlich wegen der zahlreichen Schwierigkeiten, die mit der Herstellung eines solchen Rohres verbunden sind· Dies trifft insbesondere zu, wo die primären und sekundären Rohrelemente aus Aluminium oder anderen Materialien hergestellt sind, die sich schwer aneinander anfügen lassen·

Vor Bekanntwerden dieser Erfindung wurde das sekundäre rippenelement entweder durch ein Metall bindeverfahren, wie beispielsweise SOiveifl*** Löl«* VUvtUÖtren oder dergleichen,

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oder durch eine Klebverbindung mit dem primären Rohrelement verbunden. Die Metallbindetechniken verlangen im allgemeinen spezielle, relativ kostspielige Einrichtungen zur Verbindung der Bestandteile. Außerdem setzen die meisten Metall-zu-Metallbindeverfahren die Bestandteile ausnahmslos hohen Temperaturen aus, welche die Teile verwerfen oder durch Hitze beschädigen können. Andererseits wird eine Klebverbindung kennzeichnenderweise dadurch erzielt, daß man die Außenfläche des primären Rohrelements mit einem Klebstoffüberzug bedeckt und dann das sekundäre Rippenelement über das überzogene Rohr wickelt. Es wird somit ein Wärmewiderstand, und zwar die Klebstoffschicht, in den kritischen Bereich zwischen dem Rippenstreifen und des Austauscherrohrs eingeführt, durch welchen die Energie im Übergang hindurchgehen muß. Im allgemeinen bildet dieser Bereich einen Engpaß in dem Värmeübertragungssystem und jegliche Behinderung des Energiedurchgangs durch diesen Bereich setzt natürlich die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustausehröhres herab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in einer Verbesserung der dünnrippigen Rohre, wie sie bei Wärmeaustauschern verwendet werden.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird ein spiralförmig herumgewickelter Rippenstreifen mittels eines Klebstoffs fest mit einem Rohrkörper verbunden, so daß die Basis des Streifens positiv in Metall-zu-Metallberührung gegen die Rohroberfläche gehalten wird,

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Die Erfindung bietet ferner den Vorteil eines spiralförmig umwickelten Dornenrippenrohres, welches ausgezeichnete Charakteristika hinsichtlich einer Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung von Einrichtungen zur bequemen Verbindung einer dünnwandigen Wärmeübertragungsoberfläche aus Aluminium mit einem Aluminiuinrohr.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden durch ein ¥änneaTistauschrohr erreicht, bestehend aus einem primären Rohrelement zur Führung einer wärmenden oder kühlenden Substanz und einer dünnwandigen sekundären Wärmeübertragungsfläche, dio in inniger Metall-zu-Metallberührung mit dem Rohr spiralförmig um das Rohr herumgewickelt ist und eine dichte Anordnung dornenartiger Rippen aufweist, die strahlenförmig nach außen von ihr ausgehen, wobei sich zwischen den dornenartigen Rippen und der Rohroberfläche ein Meniskus eines Klebstoffs zur Befestigung der sekundären Wänneübertragungsfläche in Metall-zu-Metallberührung gegen das Rohr und zur Lagerung der Rippen in radial gestreckter Lage erstreckt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist außerdem eine dünne Schicht aus Klebstoff in Form eines Überzugs auf die freigelegte Oberfläche der primären und sekundären Rohrelemente aufgebracht, um korrosionsbeständige Lamellen zu bilden.

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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sowie weiterer Vorteile und Merkmale derselben wird nunmehr auf die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen· Es zeigent

FIG, 1 eine teilweise perspektivische Ansicht zur Darstellung der Ausbildungsform und des Aufwickelns einer sekundären Wärmeübertragungsfläche auf ein primäres Rohrelement;

FIG. 2 ebenfalls eine Teilansicht zur Darstellung des Aufbringens eines Klebstoffs auf db Rohroberfläche und Abbinden desselben; und

FIG. 3 einen Teilschnitt zur Darstellung eines typischen Querschnitts durch das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Wärmeaustauschrohr.

Bei Durchführung der Erfindung wird ein dünnwandiger ebener Streifen aus einem Material 10 mit guten Wärmeübertragungseigenschaften mit einer Reihe von Schlitzen 11 versehen, die sich von jeder Seite des in Fig. 1 gezeigten Blattraateriais nach innen erstrecken. Die Schnitte oder Verzahnungen enden an dem Mittelstreifen 13 des Blattmaterials, um so zur Seite verlaufende dornenartige Rippenelemente lU zu bilden. Der geschnittene Streifen wird dann durch eine oder mehrere Rollenbacken, beispielsweise die Backe 15, hindurchgeführt, die

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mit besonderen Konturen ausgestattet sind, um die Rippen auf jeder Seite des Mittelstreifens hochzubiegen und einen zusammenhängenden Rippenstreifen 20 von U-förmigem Querschnitt zu erzeugen, der eine relativ flache Basis 16 und zwei parallel herunterhängende Schenkel 17, 18 aufweist, die die dornartigen Rippen 14 enthalten.

Bei Bildung des U-förmigen Elements wird der Streifen auf einer vorgegebenen Schraubenlinie spiralförmig um ein rohrförmiges Element 2h herumgewickelt, so daß der Mittelstreifen oder die Basis 16 des Streifens in Berührung mit der Außenfläche des Rohres ge^en sie aufsitzt. Beim Herumwickeln des Rippenstreifens um das Rohr wird er unter Spannung gesetzt, um sicherzustellen, daß eine positive Metall-zu-Metallberührung zwischen den primären und sekundären Rohrbildungselementen aufrecht erhalten bleibt. Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Rippenstreifen, welcher zwei Reihen ausgestreckter Rippen enthält, beim Aufwickeln auf das Rohr verformt, was die dornartigen Rippen veranlaßt, sich radial von dem Mittelpunkt des Rohres fort auszubreiten. Die einzelnen Dorne oder Rippen sind somit durch einen Luftspalt 25 voneinander getrennt, der allmählich, von der Basic des Rippenstreifens zu den äußeren Enden der einzelnen Dorne zunimmt.

Vie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Rippenstreifen ohne Unterbrechung um den rohrförmigen Körper herumgewickelt werden, um ein Rippenrohr 26 von nahezu beliebiger Länge zu erzeugen. Xn der Praxis ist die Steigung der Schraubon-

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linie, bei welcher der Rippenstreifen um das Rohr herumgewickelt wird, vorzugsweise gleich dem seitlichen Abstand zwischen den beiden parallelen Schenkeln des Rippenstreifens. Die spiralförmig gewickelten und auf dem Rohr gelagerten Rippenreihon sind somit über die Länge des Rohres gleichmäßig voneinander auf Abstand gehalten, um eine gleichmäßige und in hohem Grade dichte Dornanordnung darauf zu erzeugen. Die Abmessungen der einzelnen Dornen sind so gewählt, daß der Oberflächenbereich, welcher der über das Rohr hinwegströmenden Luft zugewendet ist, auf ein Maximum gebracht wird, während gleichzeitig der Druckabfall über das Rohr auf ein Minimum gebracht wird. In Abhängigkeit von den herrschenden Betriebsbedingungen und von der Verwendung des Austauschers als Kondensator oder Verdampfer kann die Breite der Rippen zwischen 0,020 und 0,100 Zoll betragen.

Nachdem"der Rippenstreifen um das Rohr herumgewickelt ist, wird das Rohr in eine drehbankartige Halterung gelegt und unter einer Düse 30 gedreht, die so angeordnet ist, daß sie einen härtbaren Klebstoff über die freigelegten Flächen des Rohres sprüht. Wahlweise kann man den Klebstoff auch einfach aus einem Zapfen oder Zapfhahn über das Rippenrohr ausströmen lassen. Die Düse (oder Düsen) ist unmittelbar über dem umwickelten Roh*· angeordnet itnd gestattet in dieser Stellung ein Überziehen des Rippenrohres mit dem Klebstoff bei einer gesteuerten Geschwindigkeit, während es von dem WickeIvorgang aus weiterbewegt wird. Es wird somit eine

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abgemessene Menge Klebstoff auf das Rohr aufgebracht, um die freigelegten Rohroberfltbhen mit einer dünnen Schicht 32 aus Klebstoff zu überziehen, die in Fig. 3 zur Erläuterung übertrieben gezeigt ist. Während sich das Rohr dreht, wird jegliche übermäßige Klebstoffmenge, die möglicherweise auf das Rohr aufgebracht worden sein kann, zum Herunterfließen auf den radial erstreckten Dornen entlang veranlaßt und schließlich abgegeben , so daß ein relativ gleichmäßiger Überzug zurückbleibte

Gleichzeitig hierbei bewegt sich der Klebstoff automatisch auf jedem Schenkel des Streifens nach oben und auf der Rohroberfläche entlang nach außen, um auf beiden Klebstoffselten des Rippenrohrkontaktbereichs über die Länge des Streifens einen Meniskus zu bilden. Diese Doppelkehle dient somit zur Verbindung des sekundären Rippenstreifens in Metall-zu-Metallberührung gegen das primäre Rohr und lagert auch die einzelnen Rippen in einer radial erstreckten Stellung, Wie ersichtlich, ist der Klebstoff in dem Meniskus auch in der Lage, unter die Rippenstreifenbasis zu fließen, um jegliche Luftspalte oder Leerräume zu füllen und so die Ansammlung jeglicher Fremdstoffe, insbesondere korrosionsfordernder Materialien, zwischen dem Streifen und dem Rohr zu verhindera. Durch die Spannung des Streifens gegen das Rohr wird der Klebstoff daran gehindert, in den Metall-zu-Metallkontaktbereich einzudringen. Demzufolge wird nach Abbinden des Klebstoffe der sekundäre Rippenstreifen in festem Kontakt gegen das Rohr gehalten, um eine wirksame Energieübertragung dazwischen zu gewährleisten,

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Vorzugsweise werden die freigelegten Oberflächen

achen sowohl

des Rohres als auch des Rippenstreifens mit einer dünnen Klebstoffschicht von etwa 0,0007 Zoll Dicke überzogen. Wie bereits vermerkt, wirkt dieser Überzug als ein Wärmewiderstand in der Anlage, Jedoch ist ein ausreichender Rippenbereich vorgesehen, um diesen zusätzlichen Widerstand aufzuheben, so daß die Gesamtleistung des Rohres nicht beeinträchtigt wird.

Mit Bezug auf den Bewegungspfad des mit Rippen umwickelten Rohres hinter der Düse ist eine Strahlungslampe 35 oder irgendeine andere Wärmequelle angeordnet, um den Klebstoff, der auf die Rohroberfläche aufgesprüht worden ist, schnell abzubinden. Es kann somit bei Durchführung der vorliegenden Erfindung jeder beliebige geeignete Klebstoff benutzt werden, der in der Lage ist, bei Aussetzung an Strahlungswärme abzubinden. Die Lampe oder andere Wärmequelle wird in einer Linie mit dem Bewegungspfad des mit Rippen umwickelten Rohres angeordnet, um die überzogenen Oberflächen des darunter umlaufenden Rohres zu behandeln. Zwischen der Lampe oder anderen Wärmequelle und der Düse wird eine ausreichende Entfernung aufrecht erhalten, um ein vollständiges Ablaufen jeglichen auf die Rohroberfläche aufgebrachten überschüssigen Klebstoffs zu gestatten, bevor das Rohr mit der Strahlungsenergie behandelt wird. Beispielsweise kann auch die Lineargeschwindigkeit, bei welcher sich das Rippenrohr bewegt, mit dem Abbindotakt koordiniert und eine Reihe Lampen benutzt werden, die ein vollständiges Abbinden des Klebstoffs als eine Funktion des Bedarfs der Rohrlänge je Minute gestatten.

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Obwohl hier zum Aufbringen des Überzugs auf ein Rippenrohr ein Sprühverfahren beschrieben -wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf dies spezielle Überzugsverfahren begrenzt. Es kann ein überzogenes Wärmeaustauschrohr in ähnlicher Weise auch hergestellt werden durch Eintauchen des gerippten Rohres in ein Klebstoffbad und anschließendes Abtropfenlassen des überzogenen Rohres nach Entfernung aus dem Bad für eine kurze Zeit zur Abgabe überschüssigen Klebstoffs von dem Rohr vor der Behandlung des Rohrs mit Strahlungs energie. In ähnlicher Weise kann, venn der Klebstoff aus einem wärmeenipfindlichen Material besteht, der Klebstoff zweckmäßig in einem Ofentrocknungsprozeß oder dergleichen abgebunden werden. Ungeachtet des zur Anwendung kommenden Verfahrens, ist festgestellt worden, daß ein Rippenstreifen mit einem Basiselement, welches geeignet ist, auf ein Rohr aufgewickelt zu werden, und wenigstens einem von der Basis abhängigen Rippenschenkel, der in der beschriebenen Weise nach außen gewendet ist, automatisch einen Meniskus an der Verbindung des Schenkels mit der Basis und der Außenfläche des Rohres bildet, um den Rippenstreifen an dem Rohr zu befestigen und die Dorne in einer radial erstreckten Stellung au lagern«

Während die Erfindung mit Bezug auf die hier offenbarte Konstruktion beschrieben wurde, ist sie doch nicht auf die hier genannten Einzelheiten begrenzt, sondern umfaßt jegliche Abwandlungen und Veränderungen, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen«

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Claims

ANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Herstellung eines V/ärmeaustauschrohres mit den folgenden Verfahrensschitten: Aufschlitzen einer flachen langgestreckten Platte aus dünnwandigem Material von beiden Kanten seitwärts nach innen zur Bildung gleichmäi3ig auf Abstand gehaltener Rippen längs den Kanten der Platte, Biegen der Rippen in eine Stellung im wesentlichen lotrecht zu der Ebene der Platte, um so einen U-förmigen Körper zu bilden mit zwei im wesentlichen parallelen Rippenreihen, die sich von seiner Basis nach oben erstrecken, Herumwickeln der Basis des U-förmigen Elements um ein Rohr zur Bildung eines ununterbrochenen Kontaktes zv/isehen der Basis und der Außenfläche des Rohres, vodurch die Rippen sich von dem Rohr radial nach außen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Rippenkörpers entlang an dem Punkte der Berührung zwischen dem Rippenkörper und der Rohroberfläche ein Meniskus aus Klebstoff gebildet wird, wodurch die Integrität des Metall-zu-Metallkontakte zwischen der Basis der Rippe und der Rohroberfläche gewahrt bleibt, sowie Abbinden des Klebstoffs, um den Rippenkörper fest mit der Rohroberfläche zu verbinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf3 der Rippenkörper beim Aufv:iekeln auf das Rohr mit ausreichender Kraft unter Spannung gehalten wird, um einen ununterbrochenen Iletall-zu-i-Ietallkontakt zwischen der Basis des Körpers und der Oberfläche des Rohres über die

ganze Länge der Umwicklung sicherzustellen. 709850/0776

ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Klebstoffs, v/elcher den Rippenkörper mit der Rohroberfläche verbindet, hoch genug ist, so daß der Klebstoff nicht in den Metall-zu-Metallkontakt eindringen kann, dar· zwischen dem Rippenkörper und der Rohroberfläche aufrecht erhalten wird.

4. Verfahren zur Erzeugung eines Wärmeaustauschrohres von der beschriebenen Art, in welchem ein Rippenkörper in einer U-förmigen Gestalt mit zwei parallelen Reihen von Rippen hergestellt wird, die sich von ihm nach außen erstrecken, und der mit Rippen versehene Körper spiralförmig auf ein Rohr aufgewickelt wird, um einen Metallzu-Metallkontakt zwischen der Basis des Rippenkörpers und der Oberfläche des Rohres herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegten Oberflächen des Rippenkörpers und des Rohres mit einem Klebstoff überzogen werden, wodurch sich an den Seiten des Rippenkörpers und der Oberfläche des Rohres entlang ein Meniskus aus Klebstoff bildet, und daß der Klebstoff abgebunden wird, um den Rippenkörper an dem Rohr zu befestigen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Eintauchen des Rippenrohres in ein Klebstoffbad gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz d ch FrvvcirmuK- des Rippenkörpers und des Rohres abgebunden -./ird und da ο Rohr ferner vor dem Erwärmen an der- Luft getrocknet r_Lnd de^urch übeÄSXihüssiger Klebstoff von ihm entfernt v.irn,

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gerippte Rohr durch Aufsprühen eines wärmeempfindlichen Klebstoffs über das spiralförmig gewickelte Rohr überzogen und der Klebstoff durch Lenken einer Energie von einer Strahlungsquelle auf das mit Klebstoff überzogene Rohr abgebunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Herüberströmenlassen des Klebstoffs über das Rohr gebildet wird.

9. Rohr zur Verwendung in einem Wärmeaustauscher mit einem " langgestreckten Rohrkörper, einem Rippenstreifen mit einem Basisabschnitt und einem Rippenabschnitt, der sich von der Basis forterstreckt, wobei dieser Streifen unter Spannung der Streifenbasis gegen die Oberfläche des Rohres um den rohrförmigen Körper herumgewickelt wird, um einen innigen Metall-zu-Metallkontakt zwischen ihnen zu gewährleisten, und sich die Rippen radial von dem Rohr forterstrecken, gekennzeichnet durch eine dünne Schicht Klebstoff, die die freigelegte Oberfläche des Streifens und des Rohres bedeckt, um einen Schutzüberzug darüber zu bilden und einen zusanunenhängenden Meniskus aus Klebstoff längs beider Seiten des Streifens zur Befestigung des Streifens in Berührung mit der Rohroberfläche und zur Lagerung des Rippenelemente in radialer Richtung zu bilden.

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10. Rohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenstreifen im Querschnitt U-förmig ist, zwei parallele Rippenreihen sich von der gemeinsamen Basis nach oben erstrecken und sich ein Meniskus aus Klebstoff von der Basis nach oben erstreckt, um jede einzelne Rippe im wesentlichen lotrecht zu der Basis zu lagern.

11. Rohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoffüberzug, welcher auf die freigelegten Oberflächen des Rippenstreifens und des Rohres aufgebracht wird, aus demselben Material besteht wie der Klebstoff in dem Meniskus.

12. Rohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein in der Wärme abbindender Klebstoff ist.

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