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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Undich-
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tigkeiten in im Erdboden verlegten Wasserleitungen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Undichtigkeiten in im Erdboden verlegten
Wasserleitungen unter Abtrennen eines zu untersuchenden Rohrstranges von der normalerweise
vorhandenen Wasserversorgung und Anschließen des abgetrennten Rohrstranges an die
Wasserversorgung über eine Meßleitung mit meßeinrichtung. Außerdem bezieht sich
die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Um Undichtigkeiten in im Erdboden verlegten Wasserleitungen nach Ort
und/oder Größe zu bestimmen, ist es bekannt, den betreffenden Rohrstrang an einem
ohnedies vorhandenen Sperrschieber abzusperren und dem Rohrstrang Wasser über eine
Meßleitung zuzuführen, in der eine meßeinrichtung das dort pro Zeiteinheit durchströmende
Wasser mißt. Ein solches Verfahren beschreibt beispielsweise die österreichische
Patentschrift 56 267. Um festzustellen, ob in dem untersuchten Rohrstrang überhaupt
ein Leck vorhanden ist, müssen dort aber alle Verbraucher abgeschaltet werden. Zeigt
dann die Meßeinrichtung noch einen Ausschlag an, so ergibt sich daraus ein Lack
in dem untersuchten Rohrstrang. Mit diesem
vorbekannten Verfahren
ist also der sehr wesentliche Nachteil verbunden, daß alle Verbraucher des Rohrstranges
über die meßzeit abgeschaltet werden müssen. Dies bedingt einen erheblichen Aroeitsaufwand
und führt zu Unzuträglichkeiten bei den Verbrauchern, sei es, daß es sich um Haushalte
oder um Gewerbebetriebe handelt.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Undichtigkeiten in im Erdboden verlegten Wasserleitungen
festgestellt werden können, ohne daß dazu die Verbraucher eine wesentliche Zeit
lang abgestellt werden müssen.
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Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß der Druck in der Seßleitung oder das pro Zeiteinheit
die Meßleitung durchströmende Wasser von der meßeinrichtung über einen längeren
Zeitraum aufgezeichnet wird.
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Die meßeinrichtung ist somit mit wenigstens einem Schreiber gskoppelt,
der die Meßwerte über eine längere Zeit hinweg registriert. mit Ausnahme der sehr
kurzen Zeit zum Absperren des zu untersuchenden Rohrstranges können somit sämtliche
Verbraucher während des meßvorganges weiterhin mit Wasser versorgt werden. Weil
die meßeinrichtung mit dem Schreiber die meßwerte ständig aufzeichnet, kann aus
diesen Werten
darauf geschlossen werden, ob der untersuchte Rohrstrang
ein Leck enthält. man macht sich dabei die neue Erkenntnis zunutze, daß ein solches
Lack stets dann besteht, wenn die meßwerte über den meßzeitraum nie auf Null absinken.
Die Erfahrung hat nämlich gezeigt, daß nach einer längeren meßzeit bei einem Rohrstrang
ohne Lecks alle Verbraucher gleichzeitig ihren Wasserverbrauch einstellen, beispielsweise
während der Nacht. Während dieses Zeitraumes muß der Verbrauch auf Null fallen,
anderenfalls liegt ein Leck im betreffenden Rohrstrang vor.
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Anstatt das pro Zeiteinheit die meßleitung durchströmende Wasser zu
registrieren, können auch die Druckverhältnisse in dem Rohrstrang meßtechnisch erfaßt
und ebenfalls aufgeschrieben werden. Vergleiche zwischen Druck und Zufluß geben
dann einen genauen Aufschluß über den Zustand des betreffenden Rohrstranges, auch
dann, wenn nicht unbedingt nach Defekten, sondern auch nach der Leistungsfähigkeit
bestimmter Beistrecken gesucht werden soll.
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Hierzu wird es bevorzugt, wenn in dem zu untersuchenden Rohrstrang
der Druck erhöht wird. Es ist nämlich häufig der Fall gegeben, daß für die erwähnten
Druckmessungen der normale Wasserdruck nicht ausreicht. Der Druck wird entweder
direkt im Rohrstrang erhöht oder in der meßleitung, d.h. über die meßleitung im
Rohrstrang.
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Um das Wasserrohrnetz beispielsweise einer Stadt zu untersuchen, ist
es wichtig, wenn eine Vorrichtung zur Untersuchung ortsbeweglich ist. Es wird daher
bevorzugt, wenn eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug
untergebracht ist.
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In diesem Kraftfahrzeug befinden sich dann eine zusätzliche Stromversorgung,
eine Kabelnetztrommel, tragbare meßgeräte und/oder eine Preßluftflasche und andere
Gerätschaften, beispielsweise Druckminderer für die Preßluftflasche, Druckschläuche,
Lampen zur Erleuchtung einer meßstelle bei Nacht usw.. Die zusätzliche Stromversorgung
besteht entweder aus wenigstens einem zusätzlichen Akkumulator oder einem mitgeführten
Stromaggregat. Durch diese Geräte werden die maßtechnischen Geräte mit Strom versorgt.
Sofern Netzanschluß zur Verfügung steht, werden die Geräte über die erwähnte Netzkabeltrommel
mit Strom versorgt. Die Druckerhöhung erfolgt in besonders einfacher Weise, vorzugsweise
über wenigstens eine Preßluftflasche, gegebenenfalls mit Druckminderer. Die meßgeräte
sind jeweils in Koffern untergebracht. Damit ist die möglichkeit leichterer Austauschbarkeit
und zusätzlicher Verwendung ohne das Kraftfahrzeug gegeben.
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Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert, ohne sich darauf
zu beschränken.
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Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Schemas eines Leitungsnetzes, Fig.
2 schematisch den Aufbau einer meßleitung; Fig. 3 zeigt ein weiteres Leitungsschema
und Fig. 4 den Aufbau einer meß-Stelle.
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In Fig. 1 ist ein Teil eines Leitungsnetzes einer Stadt schematisch
gezeichnet. Die Leitungen 1 sind üblicherweise in der Erde verlegt. An allen Abzweigstellen
und auch zum Teil zwischen längeren Leitungsstücken sind Sperrschieber 2 angeordnet,
die dazu dienen, Leitungsstücke im Fall eines Gebrechens abzusperren. Zur Entnahme
von Wasser sind in Abständen Hydranten 3', 3", 3"' angeordnet. Zur Durchführung
des Verfahrens werden in einem bestimmten Gebiet alle das Gebiet begrenzenden Schieber
geschlossen, so daß man eine geschlossene Leitungsgruppe erhält. Diese geschlossene
Leitungsgruppe ist in Fig. 1 das Gebiet innerhalb der strichlierten Linie. Vom Hydranten
3', der sich außerhalb dieser geschlossenen Leitungsgruppe befindet, wird nun mittels
eines Schlauches eine Leitung zum Hydranten 3" ge-führt und vor die Einmündung in
den Hydranten 3" eine meßleitung eingebaut. Eine weitere meßleitung wird an den
Hydranten
3"' angeschlossen. Die Wasserversorgung der geschlossenen Leitungsgruppe erfolgt
nun über die meßleitung 10' und der Abfluß von Wasser über die meßleitung 10. In
beiden meßleitungen wird der Wasserdurchfluß gemessen und kontrolliert. Aus der
Differenz des Wasserdurchflusses bzw.
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der verbrauchten Wassermenge können Rückschlüsse gezogen werden, ob
in der geschlossenen Leitungsgruppe ein Wasserrohrgebrechen vorliegt oder nicht.
Durch längere Beobachtungen auch tagsüber können die Wasserverbrauchsgewohnheiten
kontrolliert werden. Stellt sich nun innerhalb des geschlossenen Gebiets ein größeres
Gebrechen durch abnormen Wasserverbrauch und eine übernormals Differenz zwischen
eingeführtem und abfließendem Wasser heraus, so kann man den Fehler dadurch einengen,
daß man die geschlossene Leitungsgruppe verkleinert, etwa indem man Schieber so
weit schließt, daß das geschlossene Leitungsgruppengebiet nur mehr bis zur strichpunktierten
Linie reicht. Sinkt die Wassermenge wesentlich, so befindet sich der Fehler außerhalb
des nunmehr geschlossenen Gebietes, sinkt sie nicht, so ist der Fehler innerhalb
des Gebietes.
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Durch entsprechende Eingrenzung kann man relativ rasch und leicht
bestimmen, innerhalb welcher Rohrstränge sich die Fehlerquelle befindet. Dadurch,
daß das Leitungsnetz dabei dauernd unter Wasserdruck steht und nur kurzzeitig zum
Anschließen der Leitungen eine Versorgungsunterbrechung
durchgeführt
werden muß, tritt auch praktisch keine Störung der Wasserversorgung auf. Die benötigte
Zeit zur Untersuchung eines Leitungsnetzes ist ungefähr 1/3 der Zeit, die bisher
zur Untersuchung nötig war.
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In Fig. 2 ist eine meßleitung dargestellt. mit Anschlußstücken 9t,
9" wird die Meß2situng 4 an den Umgehungsschlauch bzw. an den Hydranten angeschlossen
und befindet sich somit in der Strömungsleitung. Eine gleichartige meßleitung wird
an den Abflußhydranten angeschlossen. Das aus dieser Leitung abfließende Wasser
kann Nutzzwecken zugeführt werden. Ein Druckmesser 5 disnt zur Kontrolle des Wasserdruckes.
Zwei Wasserzähler bzw. meßgeräte zur messung der Durchflußmenge/ Zeiteinheit 7',
7" sind in zwei parallelen Leitungssträngen nebeneinander angeordnet. Absperrhähne
6 dienen dazu, nach Belieben einen der beiden Wasserzähler einzuschalten. Der Wasserzähler
7' dient zur messung einer großen Durchflußmenge mit einer relativ geringen Empfindlichkeit,
der messer 7" mißt kleinere Durchflußmengen mit größerer Empfindlichkeit. An die
meßgeräte zur messung der Durchflußmenge/ Zeiteinheit ist ein Schreiber angeschlossen,
der den Verbrauchsverlauf genau anzeichnet. Dieser Schreiber 8 ist zweckmäßig ein
mehrfachschreiber, der gleichzeitig die Verhältnisse beim zufließenden und beim
abfließenden Wasser aufschreibt. Vorteilhaft kann auch ein Schreiber sein, der direkt
die Differenz zwischen zufließendem und abfließendem
Wasser aufzeichnet.
Entsprechende meßgeräte, die z.B. Pulse proportional der Durchflußmenge erzeugen
und für einen Schreiber auswertbar machen, und Differenzschreiber sind bekannt.
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Im Leitungsbild gemäß Fig. 3 wird das Wasser von einer Pumpstelle
P zum höher gelegenen Reservoir R gepumpt. Die messungen erfolgen analog Fig. 1
durch entsprechendes Schließen von Schiebern und Überbrücken zwischen zwei der Hydranten
1 H - 12 H. Die meßeinrichtung Dm gemäß Fig. 4 hat zwei manometer. Damit kann man
kontrollieren, ob der zu prüfende Leitungsabschnitt nach Schließen der Schieber
V drucklos ist und ob kein Fremdwasser durch einen lecken Schieber eindringt.
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Als meßgeräte werden zweckmäßig meßgeräte verwendet, die Impulse liefern,
die eine Schreiber- oder eine andere Auswertvorrichtung verarbeiten kann. Andererseits
ist es auch zweckmäßig, in der meßleitung Geber und Aufnehmer vorzusehen, die in
der Lage sind, elektrische oder akustische Signale der Wassersäule aufzudrücken
bzw. abzunehmen. Über diese Geber kann man Steuersignale, z.B. zur Abschaltung bestimmter
Leitungsteile in das Netz bringen und empfangen.
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Es ergeben sich durch die konsequente Anwendung der Erfindungsidee
folgende Möglichkeiten:
Eine abgesperrten Leitungsstrang wird über
einen Durchflußmengenzähler aus einem sekundären Versorgungsnetz Wasser unter Betriebsdruck
zugeführt. Dem Ende dieses abgesperrten Leitungsstranges kann über ein Auslaßventil,
das ebenfalls mit einem Durchflußmengenzähler gekoppelt ist, eine genau definierbare
Wassermenge entnommen werden.
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Bei völlig intakter Leitung müssen beide Durchflußmengenzählsr, also
Zufluß und Abfluß gleiche Werte anzeigen.
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Beide meßwerte werden dabei vorteilhaft nicht nur digital 3 in Liter
bzw. m pro Sekunde oder Stunda gemessen, sondern als Analogwert von Schreibern aufgezeichnet.
Treten auf der abgesperrten Leitung Verluste auf oder sind dort normale Entnahmen
vorhanden, so wird sich eine Differenz von Zufluß zum Abfluß einstellen. Defekte
in der Leitung zeigen sich durch eine kontinuierliche gleichbleibende Differenz
an. Kurzzeitige Entnahmen sind daher besonders gut am Schreibgerät sichtbar. Beide
Werte der Durchflußmengenzähler können in eine elektrische Beziehung zueinander
gebracht werden, wodurch die möglichkeit besteht, nur die Differenz aufzuschreiben.
Es ist daher zweckmäßig, diese meß-Stslle mindestens mit einem Dreifachschreiber
auszustatten, wobei folgende Werte gleichzeitig ermittelt und aufgezeichnet werden:
a) Durchflußmenge Zulauf b) Durchflußmenge Ablauf c) Differenz von Zulauf und Ablauf
Werden
bekannte Durchflußmengenzähler, z.B. die Poly-Puls-Typen der Firma Pollux eingesetzt,
wo Impulse direkt entnommen werden können, besteht die möglichkeit der digitalen
und analogen Weiterverarbeitung der ermittelten meßwerte.
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Um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß die verwendeten Durchflußme
nge nzähler außerhalb ihrer Hauptworzugsrichtung beträchtliche Fehlerkurven aufweisen,
sollen pro Seß-Seite mindestens 2 - 3 Durchflußmengenzähler Verwendung finden.
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Unter Umständen sind entsprechenda Verbundzähler geeignet.
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Allerdings sind sämtliche auf dem markt befindlichen Durchflußmengenzähler,
die Impulse abzugeben imstande sind, in ihrer Wertigkeit auch beim gleichen Fabrikat
uneinheitlich.
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Hier kann nun mittels elektronischer Vorrichtungen eine Wertigkeit
dieser Zählereinrichtungen erwirkt werden, in der Gestalt, daß z.B. ein Zähler einen
Liter pro Sekunde, der zweite Zähler 100 Liter pro Sekunde anzeigt. messungen nach
dem oben genannten Verfahren sollten gepaart werden mit einer parallelen Drucküberwachung
der zu messenden Leitung. Auch die Werte sollten zweckmäßig parallel zur Durchflußmengenzählung
von einem Schreiber erfaßt werden.
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Obwohl jetzt bereits ein 5- bzw. 6-fach-Schreiber Verwendung finden
muß, erscheint dies besonders vorteilhaft, weil auf einem Papierstreifen übereinander
gesehen nunmehr n bzw. 6 meßkurven aufgeschrieben werden und somit der Zusammenhang
von Fluß und Druck mit einem Blick erfaßt werden kann.
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Die einzelnen Werte werden dabei mit verschiedenen Farben
aufgezeichnet.
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Die praktische Ausführung eines solchen meßgerätes sieht wie folgt
aus: a) das Ganze unterteilt in kleine Einschübe, die wiederum in einem 19 Ceräteeinschub
untergebracht werden, b) zwei digitale Zählsysteme für die Durchflußmengenzähler
ge-eicht in 1/10/100 Liter pro Sekunde, c) ein weiterer Einschub, der den 6-fach-Schraiber
beinhaltet, d) ein Bedienungsfeld ebenfalls in Einschubtechnik für die gesamte Elektronik.
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Zwischen Zu- und Abfluß bestehen physikalisch bedingt gewisse Laufzeitunterschiede,
die die koordinierende messung beeinträchtigen können. Es ist daher vorteilhaft,
Ein- und Ausgang zu synchronisieren und zwar über eine pneumatische Druckwelle,
die am Zufluß der Leitung auf die unter Druck befindliche Wassersäule gegeben wird
und nach einer bestimmten Laufzeit am Ende der Leitung wird und damit den Start
der meßvorrichtung bewirkt.
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Es besteht die möglichkeit, von der zentralen meßwerterfassung abzugehen,
um dafür im Zu- und Abfluß getrennte meßwertaufnehmer aufzustellen. Dies scheint
vor allem dann vorteilhaft, wenn über einen 24-Stunden-Zyklus gearbeitet werden
muß. Hier ist nur ein einfacher 24-Stundenschreiber (z.B. Kreisblattausführung)
anzuwenden, der analoge oder digitale meßwerte registrieren kann. Nach 24 Stunden
können beide meß-Streifen miteinander verglichen und damit ausgewertet werden. Dieser
Weg erscheint besonders wichtig, da durch gleichzeitige Anwendung mehrerer Schreiber
dieser Art größere Netze auf einmal untersucht werden können, wodurch die anfallenden
Kosten wesentlich geringer werden.
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Parallel zu diesen Durchflußzählern mit einfachen Schreibgeräten kann
auch noch die möglichkeit geschaffen werden, Druckveränderungen auf einen ebenfalls
einfachen 24-Stunden-Schreiber zu gsben. Im Prinzip könnte dies genau der gleiche
Schreibertyp sein, wie bei der Druckflußmengenmessung.
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Durch systematische Drucküberwachung eines bestimmten Leitungszuges
unter Einschluß der Abnehmer lassen sich hier Defekte (auch an Hausanschlußleitungen)
und Rohrverengungen präzise erkennen. Allerdings müßten diese Druckaufnehmer mit
einer Eichschraube versehen sein, um eine Drucknormierung über sämtliche angeschlossene
Druckmesser zu erzielen.
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Die Übertragung von meßwerten entfällt, wenn das Hauptmeßgerät
zwischen
Zu- ung Abgangsleitung geschaltet wird. Bei längeren Beobachtungen oder dann, wenn
keine möglichkeit besteht, diesen Zusammenschluß vorzunehmen, müssen die Meßwerte
mindestens von einer meß-Stelle an die Zentrale übertragen werden. Die Zentrale
befindet sich dabei z.B. im meßwagen. Dazu können neben normalen Leitungen auch
andere Verfahren eingesetzt werden. Z.B. sind mit dem Ferrolux-Gerät solche Impulse
über das Wasserleitungsnetz zu senden und zu empfangen.
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Das Differenzdruck- bzw. Differenzdurchflußverfahren läßt sich auch
zur kontinuierlichen Überwachung von Versorgungsleitungen einsetzen. Vor allem eignet
sich dazu der digitale Vergleich der beiden meßwerte, indem die Impulse der ersten
Zählerstufe mit den Impulsen der zweiten Zählerstufe verglichen werden. Überschreitet
die Differenz einen bestimmten vorwählbar~en Wert, so kann ein Signal abgeleitet
werden, das eine Alarmvorrichtung betätigt oder eine automatische Abschaltung der
defekten Strecke erwirkt. Es ist also möglich, daß sämtliche Hauptleitungen eines
Wasserleitungsnetzes auf diese Art und Weise überprüft werden. Sämtliche Hauptleitungen
könnten dabei in einem Übersichts-Schaubild mit Lampen markiert werden, die in ordnungsgemäßem
Zustand alle grün aufleuchten, um bei Störungen auf einer bestimmten Leitung diese
mit rot ausweisen.
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Die möglichkeit, aus einem sekundären Leitungsnetz Wasser unter Betriebsdruck
in eine abgesperrte Leitung zu pumpen, bietet zudem die Möglichkeit, dieser unter
Druck befindlichen Wassersäule, z.B. über entsprechende Ultraschallwandler, Untraschallimpulse
zuzuführen, die ähnlich wiq bei der Kabelfehlervorortung zur Ortung von Krümmungen,
Leitungsverengungen und vielleicht von Defekten herangezogen werden können.
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Überschlägige Berechnungen haben gezeigt, daß hier mit relativ geringem
Aufwand entsprechende Oszillographen gebaut werden können.
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Darüber hinaus kann über einen Schallwandler, der dieser Wassersäule
aufgesetzt wird, die Wassersäulc in Schwingung gebracht werden, um damit eventuell
Kunststoffleitungen zu orten. Dabei wird von der Voraussetzung ausgegangen, daß
die Wassersäule durch den Schallwandler in Schwingungen versetzt wird und diese
Schwinungen über die Rohrwandung an das umgebende Erdreich übermittelt werden, wo
sie an der Erdoberfläche mit mikrophonen empfangen werden können.
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Entsprechende Vorversuche wurden früher einmal getätigt und zeigten
auf, daß hier noch einiges erreicht werden kann.
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Zusammenfassend könnte durch Realisierung all dieser Gedanken ein
neuer Schwerpunkt auf dem Wassersektor geschaffen werden.
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L e e r s e i t e