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Vorrichtung zum dosierten Eintragen eines Staubes
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in einen Trägergasstrom Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
dosierten Eintragen eines staubförmigen festen Stoffes in einen Trägergasstrom nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche ist aus der DE-AS 27 28 386 bekannt. Diese beschreibt
eine Vorrichtung, bei der der staubförmige Feststoff in lockerer Form in einem Behälter
gespeichert wird, wo er gegebenenfalls mit Gas aufgelockert wird. In den staubförmigen
Feststoff taucht eine langsam rotierende Welle ein, die eine im Verhältnis zum Durchmesser
dünne Scheibe trägt. Diese ist in einem reiativ weit außen liegenden Ringbereich
mit einem Kranz kleiner achsparalleler Durchgangslöcher versehen. Bei der Rotation
der Scheibe durch den staubförmigen Feststoff füllen sich die Durchgangslöcher mit
demselben. An wenigstens einer Stelle endet eine achsparallele Trägergasleitung
auf der Scheibe, so daß das Trägergas den staubförmigen Feststoff aus den vom Trägergasstrom
erfaßten Durchgangslöchern herausblasen kann.
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In Verlängerung der Trägergasleitung befindet sich auf der anderen
Seite der Scheibe eine Abführungsleitung, durch welche das Trägergas und der von
ihm aufgenommene staubförmige
Feststoff abtransportiert werden.
Beide Leitungen sind durch Gleitringdichtungen gegen die Scheibe abgedichtet.
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Da der Durchmesser der Durchgangslöcher in der Scheibe im Vergleich
zu dem Strömungsquerschnitt des Trägergases sehr klein ist und die Durchgangslöcher
eng benachbart sind, ergibt sich mit dieser Vorrichtung eine pulsationsfreie Förderung.
Als Nachteil zeigt sich jedoch, daß diese Vorrichtung nur bei kleinen Feststoffdurchsätzen
anwendbar ist, jedoch keine großen Durchsätze erlaubt. Zwar kann man zur Steigerung
des Feststoffdurchsatzes die Drehzahl der Scheibe erhöhen. Ab einer gewissen Drehzahl
wird jedoch die Füllung der einzelnen Bohrungen nicht mehr vollständig, bis schließlich
eine noch weitere Steigerung der Drehzahl überhaupt keinen höheren Feststoffdurchsatz
mehr erbringt.
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Ein vom Erfinder durchgeführter Versuch, durch eine Vergrößerung der
Scheibendicke die Durchsatzleistung zu erhöhen, schlug fehl, weil, wie gefunden
wurde, der staubförmige Feststoff nur mit einer begrenzten Geschwindigkeit in die
einzelnen Bohrungen eintritt und dieselben füllt.
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Wenn man die Scheibendicke vergrößert, muß man daher entsprechend
mit der Drehzahl der Scheibe zurückgehen, um noch eine hinreichende Füllung der
Bohrungen zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbeschriebenen
Art derart auszugestalten, daß bei Aufrechterhaltung eines pulsationsfreien Betriebes,
bezogen auf denselben Ausblasequerschnitt, der Feststoffdurchsatz um ein Mehrfaches
gesteigert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung befinden sich bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nur wenige Durchgangslöcher der Scheibe im Ausblasequerschnitt, wobei
dieser Querschnitt an jener Stelle definiert ist, den die Trägergasleitung an der
Mündung im Bereich der Scheibe hat. Trotz der geringen Zahl von Durchgangslöchern,
die sich im Ausblasequerschnitt befinden, wird ein pulsationsfreies Eintragen des
Feststoffes in den Trägergasstrom erreicht.
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Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, daß bei einer geeigneten Gestaltung
der Durchgangslöcher das in das betreffende Loch einstömende Trägergas in dem Loch
einen Wirbel hervorruft, sobald das Loch nur zu einem Bruchteil seines Querschnitts
der Trägergasströmung ausgesetzt wird. Dieser Wirbel führt zu einem gleichmäßigen
Ausblasen des Loches, was bereits vollendet ist, wenn das Loch nur zu einem Drittel
seines hydraulischen Querschnitts dem Ausblasequerschnitt ausgesetzt ist. Die erwähnte
Wirbelbildung und zum Ausblasen geeignete Strömung läßt sich jedoch nur erreichen,
wenn der Staudruck des Trägergases in den Durchgangslöchern einen bestimmten Mindestdruck
aufweist.
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Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 eine Berichtsdarstellung
einer für Kohlenstaub bestimmten Vorrichtung; Fig. 2 eine Einzelheit der Vorrichtung
nach Fig. 1 im Bereich der Scheibe; Fig. 3 einen Dichtungsring in Aufsicht und in
Schnitten;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Bohrschablone zur Herstellung
der Scheibe.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen Behälter 1 auf, bestehend
aus einem vorzugsweise zylindrischen, lotrecht stehenden Mantel 2 mit unten daran
angesetztem Boden 3 und einem auf den Mantel aufgeschraubten Deckel 4. Durch den
Deckel 4 erstreckt sich ein Einfüllrohr 5 zum Einfüllen von Kohlenstaub, das zu
mehr als die Hälfte in den Behälter 1 eintaucht. Weiterhin erstreckt sich durch
den Deckel 4 exzentrisch eine Welle 6 in den Behälter 1, die an ihrem unteren Ende
eine Lochscheibe 7 trägt und die von einem am Deckel 4 befestigten Getriebemotor
8 angetrieben ist. Die Scheibe 7 befindet sich etwa in der Mitte der Behälterhöhe
oberhalb des unteren Endes des Einfüllrohres 5.
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Durch den Deckel 4 verlaufen außerdem zwei Rohre 9 und 10 einer Trägerluftleitung,
die zu beiden Seiten der Scheibe 7 an einander gegenüberstehenden Gleitringen 11
und 12 enden.
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Über dem Behälterboden 3 befindet sich im Abstand zu diesem ein mit
Löchern versehener Fließboden 13. In den Raum zwischen Fließboden 13 und Behälterboden
3 mündet eine durch letzteren geführte Blasluftleitung 14, Über dem Fließboden 13
ist in der Behälterachse ein Rührer 15 angeordnet, der über eine den Deckel 4 durchdringende
Welle von einem Getriebemotor 16 antreibbar ist.
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Der Boden 3 weist einen verschließbaren Abzug 17 auf, durch welchen
sich ein handbetätigtes Rührwerk 18 erstreckt. Mittels dieses Abzuges kann der Behälter
1 bei Betriebsunterbrechung entleert werden und können Verunreinigungen, die sich
auf dem Fließboden gesammelt haben, abgezogen werden.
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Ein Luftabzug 19 im Deckel 4 dient dem Abzug der durch den Fließboden
13 eingeblasenen sowie an der Scheibe 7 gegebenenfalls entweichender Luft.
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Niveausonden 20 am Behältermantel 2 dienen der Überwachung des Füllstandes
des Behälters 1.
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Fig. 2 zeigt die Einzelheit aus Fig. 1 an der rotierenden Scheibe
7. Die Scheibe 7 ist mit Schraubbolzen 21 im Abstand an einem Teller 22 befestigt,
der seinerseits an der Welle 6 befestigt ist. Der Abstand zwischen dem Teller 22
und der Scheibe 7 stellt es im Zusammenwirken mit einer Vielzahl von Löchern, die
auch in dem nicht von dem Ausblasequerschnitt erfaßbaren Bereich in der Scheibe
7 ausgebildet sind, sicher, daß der lockere, fließfähige Zustand des Kohlenstaubes
von der Scheibe 7 so wenig wie möglich gestört wird.
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Die Scheibe 7 ist mit einer Vielzahl von Durchgangs löchern 23 versehen,
von denen sich in Fig. 2 eines im Bereich des Ausblasequerschnitts befindet. An
der Scheibe 7 enden die Rohrleitungen 9 und 10, von welchen die Rohrleitung 9 der
Zuführung des Trägergases und die Rohrleitung 10 der Abführung des mit Kohlenstaub
durchsetzten Trägergases dient. Die Enden der Rohrleitungen 9 und 10 sind jeweils
über elastische Manschetten 24 aus Gummi od.dgl. mit den Gleitringen 11, 12 verbunden,
die einander gegenüberstehend zu beiden Seiten an der Scheibe 7 anliegen und diese
an den Rohrleitungen 9, 10 abdichten. Die Gleitringe werden von Schraubenfedern
25 an die Scheibe 7 gedrückt, die sich jeweils an einem mit den zugehörigen Rohrleitungen
9, 10 verbundenen Flansch 26 abstützen.
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An den Flanschen 26 sind jeweils wenigstens drei sich bis etwa in
die Ebene der Gleitringe 11, 12 erstreckende, schräg verlaufende Ausleger 27 befestigt,
von denen in Fig. 2 jeweils einer dargestellt ist. Die Ausleger dienen der Verankerung
beweglicher Halteglieder, im dargestellten Beispiel
Ketten 28,
deren andere Enden jeweils an den Gleitringen 11, 12 befestigt sind und die vom
Umlauf der Scheibe 7 hervorgerufenen Reibungskräfte auf die Rohrleitungen 9, 10,
die ausreichend steif sind, ableiten. Es versteht sich, daß die Verteilung der Ausleger
so gewählt ist, daß in beiden Drehrichtungen der Scheibe die Reibungskräfte als
Zugkräfte von den Ketten aufgenommen werden.
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Fig. 3 zeigt den oberen Gleitring 11 in Draufsicht und in verschiedenen
Schnitten. Wie ersichtlich, hat der Gleitring 11 eine Düsenöffnung 29 von im wesentlichen
länglich rechteckigem Querschnitt. Auf der Trägergaseintrittsseite sind die Kanten
der Düsenöffnung 29 verrundet, während sie auf der der Scheibe 7 (in Fig. 3 nicht
dargestellt) zugewandten Seite scharfkantig sind.
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Der Gleitring 11 ist in Bezug auf die Scheibe 7 derart angeordnet,
daß die Längsachse der Düsenöffnung 29 mit einem durch die Mitte der Düsenöffnung
verlaufenden Radius einen Winkel von 15 einschließt. Die Düsenöffnung steht somit
im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung der Durchgangslöcher 23 der Scheibe.
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Der gegenüberliegende, stromabwärts gelegene Gleitring 12 hat eine
kreisrunde Öffnung zur Aufnahme des aus den Durchgangslöchern 23 ausgeblasenen Kohlenstaubs.
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Wie beschreiben, wird an die Anordnung der Durchgangslöcher 23 in
der Scheibe 7 eine ganz bestimmte Forderung gestellt, die sicherstellen soll, daß
sich eine pulsationsfreie Zuführung des Kohlenstaubes in die Trägergasströmung ergibt.
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Fig. 4 zeigt eine Bohrschablone für die Herstellung einer im Zusammenwirken
mit dem Düsenquerschnitt nach Fig. 3 brauchbaren
Scheibe. Von
den dargestellten Löchern können die mit B bis I bezeichneten Löcher in den Bereich
der Düsenöffnung 29 des oberen Gleitrings 11 gelangen, die Löcher R dienen der Befestigung
der Scheibe 7 an dem Teller 22, während die Löcher A und J bis Q und S sowie die
Zentralöffnung nur zu dem Zweck vorgesehen sind, den fluidisierten Zustand des Kohlenstaubs
nicht zu stören.
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Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, sind alle beschriebenen Elemente mit
Ausnahme des Rührwerkzeugs 18 und der Sensoren 20 an dem Deckel 4 befestigt, so
daß bei einer Betriebsstörung und zum Zwecke der Wartung und Reinigung das gesamte
Aggregat durch Lösen des Deckels 4 vom übrigen Behälter 1 leicht zugänglich wird.
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Im Betrieb wird über das Einfüllrohr 5 der Behälter 1 soweit mit Kohlenstaub
gefüllt, daß der obere Sensor 2Q ein entsprechendes Signal abgibt. Die Scheibe 7
ist dann vollständig in Kohlenstaub eingetaucht. Mit Hilfe von durch die Luftleitung
14 eingeleitete Blasluft, die sich unter dem Fließboden 13 gleichmäßig verteilt
und durch deren Löcher in den Kohlenstaub dringt und/oder mit Hilfe des Rührers
15 kann der im Behälter 1 befindliche Kohlenstaub in einen lockeren bis fluidisierten
Zustand versetzt werden. Die durch die Luftleitung 14 eingeblasene Luft wird durch
die Rohrleitung 19 aus dem Behälter 1 wieder abgeführt.
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Der Kohlenstaub füllt die Löcher in der Scheibe 7. Durch die Rohrleitung
9 wird ein Trägergas auf die Scheibe 1 geblasen, das einen höheren Druck aufweist,
als in dem Behälter 1 herrscht. Diese Trägergasströmung bläst den Kohlenstaub aus
den Durchgangslöchern, die der Düsenöffnung 29 des Gleitringes 11 ausgesetzt sind,
in den darunter liegenden Gleitring 12, von wo die nun den Kohlenstaub mitführende
Trägergasströmung
durch die Rohrleitung 10 nach außen abgezogen
wird, Durch Rotation der Scheibe 7 werden immer wieder neue, mit Kohlenstaub gefüllte
Durchgangslöcher 23 dem Blasquerschnitt zugeführt und leergeblasene Durchgangslöcher
aus dem Blasquerschnitt entfernt.
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Die Trägergasströmung ist derart eingestellt, daß sich in den Durchgangslöchern
ein Staudruck von wenigstens 10 mm WS, bevorzugt mehr als 14 mm WS, einstellt. Mit
diesem ergibt sich dann,sobald ein Teil eines Durchgangsloches der Trägergasströmung
ausgesetzt wird, durch Strömungsabriß ein Wirbel in dem Durchgangsloch, der zu einer
gleichmäßigen Ausspülung desselben führt.
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Versuche haben gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
über einen weiten Drehzahlbereich ein linearer Zusammenhang zwischen der in die
Gasströmung eingetragenen Kohlenstaubmenge und der Drehzahl der Scheibe gegeben
ist.
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Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, daß ab einer bestimmten
oberen Drehzahl eine lineare Zunahme des Kohlenstaubeintrags mit der Drehzahl nicht
mehr existiert, daß jedoch bei dieser Drehzahl das Förderungsvermögen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bei sonst vergleichbaren Verhältnissen etwa dreimal so groß ist wie
das der bekannten Vorrichtung.
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Versuche haben erwiesen, daß mit der genannten oberen Drehzahl als
Obergrenze in einem sich wie 1:50 verhaltenden Drehzahlbereich ein pulsationsfreier
Betrieb der Vorrichtung bei linearem Zusammenhang zwischen Drehzahl und eingetragener
Kohlenstaubmenge möglich ist.
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Sinkt der Kohlenstaubpegel im Behälter 1 unter das Niveau des unteren
Sensors 20 ab, wird ein entsprechendes Signal ausgelöst, das für eine entsprechende
Nachfüllung sorgt.
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Die Schaltungsmaßnahmen hierfür sind nicht dargestellt.
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Der untere Sensor 20 ist ausreichend hoch angeordnet, daß auch bei
unterem Füllstand des Behälters 1 ausgeschlossen ist, daß die Scheibe 7 nicht in
den Kohlenstaub eingetaucht ist, quasi "trocken" läuft.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung von nur wenigen großen Durchgangslöchern
23 innerhalb des Ausblasequerschnitts 29 der Trägergasleitung wird erreicht, daß
diese im Verhältnis zur Trägergasleitung und zur Scheibendicke nicht mehr klein
sind, sondern von vergleichbarer Größenordnung. Infolge des großen Querschnitts
füllen sich die Durchgangs löcher 23 sehr schnell mit Kohlenstaub, weshalb große
Scheibendicken und hohe Scheibendrehzahlen verwendet werden können, ohne daß die
Füllung der Durchgangslöcher 23 nachläßt. Somit können sehr große Förderleistungen
bis zu ca. 20 to/h Kohlenstaub bei einem Blasquerschnitt am oberen Gleitring 11
von etwa 15 cm2 erreicht werden. Andererseits erlaubt die Erfindung, wie erwähnt,
sehr kleine Drehzahlen und damit sehr kleine Förderleistungen, da die Entleerung
jedes Durchgangsloches 23 eine bestimmte, wenn auch kurze Zeit dauert. Erst nach
Verstreichen dieser Zeit muß das nächste Durchgangsloch 23 dem Ausblasequerschnitt
29 ausgesetzt werden. Die hieraus resultierende Mindestdrehzahl liegt in der Größenordnung
von einer Umdrehung pro Minute, so daß man bei den beschriebenen Abmessungen Förderleistungen
bis herunter zu etwa 10 kg/h Kohlenstaub erreichen kann. Der Arbeitsbereich dieser
Dosiereinrichtung nach oben und unten ist daher überraschend groß.
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Dies wiederum ist die Voraussetzung dafür, daß die durch diesen Kohlenstaub
gespeisten Kohlenstaubbrenner einen so großen Regelbereich erhalten, wie dies bisher
noch nicht bekannt war. Ublicherweise wird ein Regelbereich von 1:3 bis
1:5
schon als sehr gut angesehen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Regelbereiche
des Brenners von 1:40 bis 1:50 erreicht werden. Dies wiederum ist eine Voraussetzung
für die elastische Anpassung der Feuerungsleistung an den Verbrauch und damit für
eine deutliche Senkung des Kohlenstaubverbrauches. Messungen haben ergeben, daß
allein auf Grund des vergrößerten Regelbereiches der Wärmeverbrauch einer Feuerung
im Jahresdurchschnitt um ca. 4 °Ó verringert werden konnte.
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Im vorbeschriebenen Beispiel sind die Durchgangslöcher 23 als kreiszylindrische
Bohrungen dargestellt, denn sie können eine beliebige Gestalt haben, beispielsweise
die von Schlitze welche ebenfalls beliebig, beispielsweise radial, angeordnet sein
können.
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Auch ist es nicht erfindungswesentlich, die Trägergasleitung 9 von
oben zur Scheibe 7 hinzuführen und die aufnehmende Leitung 10 nach unten fortzuführen.
Vielmehr können die Strömungsrichtungen beider Leitungen auch vertauscht werden,
beispielsweise dann, wenn in dem unteren Krümmer der Rohrleitung 10 sonst größerer
Verschleiß, etwa durch besonders abrasiven Staub, zu befürchten ist.
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Weiterhin ist die Anordnung der Welle 6 in der in Fig. 1 dargestellten
lotrechten Anordnung nicht erfindungswesentlich; hierdurch wird lediglich eine einfache
Abdichtung der Durchführungen der Wellen durch den Deckel 4 oder andere Wandungen
des Behälters 1 erreicht, weil hierdurch diese Durchführungen außerhalb des Kohlenstaubniveaus
liegen. Es können die Wellen an jedem beliebigen Ort durch die Wandungen des Behälters
1 hindurchgeführt werden und jede beliebige Richtung einnehmen.
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Wenn der Querschnitt der Durchgangslöcher 7 nicht kreiszylindrisch
ist, sondern eine andere Gestalt hat, etwa die eines
Schlitzes,
gilt als Durchmesser nach den bekannten Regeln der Strömungslehre der hydraulische
Durchmesser des Querschnitts der Löcher.
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Auch müssen die Durchgangslöcher nicht genau achsparallel angeordnet
sein. Je nach Korngröße und Eigenschaften des zu fördernden Staubes können die Löcher
23 auch schräg zu der Achse angeordnet sein, um die die Scheibe 7 rotiert.
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Es sei schließlich erwähnt, daß - soweit es der Platz zuläßt - in
einem Behälter gegebenenfalls auch mehrere Dosiereinheiten, bestehend aus Scheibe
und Rohrleitungssystem, angeordnet sein können.
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