EP4698837A1 - Verfahren zum betreiben eines glühofens - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines glühofens

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EP4698837A1
EP4698837A1 EP24715720.9A EP24715720A EP4698837A1 EP 4698837 A1 EP4698837 A1 EP 4698837A1 EP 24715720 A EP24715720 A EP 24715720A EP 4698837 A1 EP4698837 A1 EP 4698837A1
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EP
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sheet
heating device
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annealing furnace
inductive heating
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EP24715720.9A
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Thomas Daube
Christian SPRUNG
Markus LANGEJÜRGEN
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Glühofens mit einer Aufheizzone zum Aufheizen von Blech. Das Blech wird dabei reversierend durch eine induktive Heizeinrichtung (114) innerhalb der Aufheizzone (110) des Glühofens transportiert, um die Temperatur, insbesondere die Oberflächentemperatur des Bleches, zu erhöhen. Um eine Überhitzung des Bleches und damit eine unerwünscht starke Zunderbildung auf der Oberfläche des Bleches wirksam zu verhindern, sieht das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte vor: b) Erfassen der Oberflächentemperatur des Bleches vor und/oder innerhalb der Aufheizzone (110); c) Vergleichen der erfassten Oberflächentemperatur mit einem vorgegebenen Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur; und d) Durchführen des reversierenden Transportierens des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung (114) nur solange der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur nicht überschritten wird; oder d') Ausgeben eines Signals, insbesondere an eine Steuereinrichtung (130) oder eine Leitstelle des Glühofens (100), wenn der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches überschritten wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Glühofens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Glühofens mit einer Aufheizzone zum Aufheizen von Blech, insbesondere Grobblech oder Brammen.
Ein entsprechender Glühofen sowie ein Verfahren zum Betreiben des Glühofens sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, z.B. aus der japanischen Patentanmeldung JP 2005146393 A. In dieser japanischen Druckschrift ist beschrieben, dass ein Blech aus Stahl gleichmäßig erwärmt wird, indem es reversierend durch eine induktive Heizeinrichtung transportiert wird. Dabei wird insbesondere die Oberfläche des Bleches aufgrund des sogenannten Skin Effektes erwärmt.
Dem aus der japanischen Patentanmeldung bekannten Verfahren zum Betreiben eines Glühofens haftet der Nachteil an, dass es keinen Schutz vor einer Überhitzung und damit vor einer zu starken Zunderbildung auf dem Blech bietet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben eines bekannten Glühofens zum Aufheizen von Blech dahingehend weiterzubilden, dass eine Überhitzung des Bleches und damit eine unerwünscht starke Zunderbildung auf der Oberfläche des Bleches wirksam verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Demnach weist das Verfahren folgende Schritte auf: a) Reversierendes Transportieren des Bleches durch eine induktive Heizeinrichtung innerhalb der Aufheizzone des Glühofens zum induktiven Erhöhen der Oberflächentemperatur des Bleches; b) Erfassen der Oberflächentemperatur des Bleches innerhalb der Aufheizzone; c) Vergleich der erfassten Oberflächentemperatur mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Oberflächentemperatur; und d) Durchführen des reversierenden Transportierens des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung nur so lange der Grenzwert für die Oberflächentemperatur nicht überschritten wird; oder d‘) Ausgeben eines Warnsignals insbesondere an eine Steuereinrichtung oder eine Leitstelle des Glühofens, wenn der Grenzwert für die Oberflächentemperatur des Bleches überschritten wird.
Die beanspruchten Verfahrensschritte stellen vorteilhafterweise sicher, dass die Oberflächentemperatur des Bleches beim reversierenden Durchlaufen der induktiven Heizeinrichtung nicht überschritten wird. Der einzuhaltende Grenzwert für die Oberflächentemperatur des Bleches wird dabei so gewählt, dass eine Überhitzung des Bleches und damit eine unerwünschte Zunderbildung auf dessen Oberfläche wirksam verhindert oder zumindest reduziert wird.
Das beanspruchte reversierende Durchlaufen des Bleches durch die Heizeinrichtung bietet weiterhin den Vorteil, dass der Glühofen zur Erzielung einer gewünschten Temperaturerhöhung deutlich kürzer gebaut werden kann, als wenn das Blech nur in einer Richtung durch den Ofen transportiert werden würde.
Die Verwendung der induktiven Heizeinrichtung und damit die Verwendung von elektrischer Energie anstatt von fossiler Energie, wie sie bei einer gasbetriebenen Heizeinrichtung erforderlich wäre, bietet die Möglichkeit, CO2-Emissionen und andere Emissionen, wie z.B. Stickoxyde, wirksam zu reduzieren. Weiterhin bietet die induktive Heizeinrichtung den Vorteil, dass sie sehr schnell zwischen einem Betriebsmodus und einem Standby-Modus umgeschaltet werden kann und ihr Energieverbrauch deshalb deutlich geringer ist, als wenn die Heizeinrichtung permanent eingeschaltet wäre.
Der Begriff „Blech“ schließt sowohl Grobblech als auch Brammen als auch abgeschnittene Teile eines Gießstrangs mit ein. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Glühofens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung ist eine einzige Fig. 1 beigefügt, die einen Glühofen aus dem Stand der Technik zeigt, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich ist.
Dieser Glühofen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Glühofens 100. Er besteht aus einer Aufheizzone 110 sowie einer in Transportrichtung R für ein durchlaufendes Blech nachgeordneten Haltezone 120. Die Aufheizzone 110 ist ihrerseits unterteilt in eine induktive Heizeinrichtung 114, der ein Rollgang 112 stromaufwärts der Transportrichtung R vorgeschaltet und ein Rollgang 116 in Transportrichtung R nachgeschaltet ist. Die beiden Rollgänge 112, 116 dienen für einen reversierenden Betrieb der Aufheizzone, d.h. für einen reversierenden Transport eines Bleches durch die induktive Heizeinrichtung 114. Vor der Aufheizzone 110 und/oder in mindestens einem der Rollgänge 112, 116 können
Temperaturmesseinrichtungen 140, beispielsweise in Form von Pyrometern, vorgesehen sein, zum jeweils lokalen Erfassen der Temperatur des Bleches. Dem Glühofen 100 ist darüber hinaus eine Steuereinrichtung 130 zugeordnet zum Einstellen von bestimmten Betriebsparametern des Glühofens, z. B. der Temperaturverteilung und/oder der Atmosphäre innerhalb der induktiven Heizeinrichtung 114 und der Haltezone 120. Darüber hinaus dient die Steuereinrichtung 130 zum Steuern des reversierenden Transportes des Bleches innerhalb der Aufheizzone und zum nachfolgenden Steuern des Transportes des Bleches durch die Haltezone 120. Zwischen der Aufheizzone 110 und der Haltezone 120 kann eine Schleuse, in Figur 1 nicht gezeigt, vorgesehen sein, wenn die Aufheizzone und die Haltezone mit unterschiedlichen Atmosphären betrieben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines derartigen Glühofens wird nachfolgend beschrieben:
Es weist in seiner Grundausprägung folgende Schritte auf: a) Reversierendes Transportieren des Bleches durch eine induktive Heizeinrichtung 114 innerhalb der Aufheizzone 110 des Glühofens 100 zum induktiven Erhöhen der Oberflächentemperatur des Bleches; gekennzeichnet durch b) Erfassen der Oberflächentemperatur T0 des Bleches vor und/oder innerhalb der Aufheizzone 110; c) Vergleichen der erfassten Oberflächentemperatur T0 mit einem vorgegebenen Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur; und d) Durchführen des reversierenden Transportierens des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung 114 nur solange der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur nicht überschritten wird; oder d‘) Ausgeben eines Warnsignals, insbesondere an eine Steuereinrichtung 130 oder eine Leitstelle des Glühofens 100 , wenn der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches überschritten wird.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sieht das Verfahren vor, dass das Blech während des Verfahrensschrittes d) jeweils mit seiner Gesamtlänge aus der induktiven Heizeinrichtung 114 heraus auf einen der Heizeinrichtung vor- oder nachgelagerten Rollgang 112, 116 als Teil der Aufheizzone 110 des Glühofens 100 transportiert wird. Durch diese Ausführung des Verfahrensschrittes d) wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass sämtliche Bereiche des Bleches, insbesondere auch dessen Kopfteil und dessen Fußteil auf eine einheitliche gleichmäßige Temperatur wie das Mittelteil des Bleches erhitzt werden. Um sicher zu stellen, dass die besagte Grenztemperatur für die Oberfläche des aufzuheizenden Bleches nicht überschritten wird, ist es wichtig, die aktuelle Oberflächentemperatur TO des Bleches gemäß Verfahrensschritt b) vor und/oder innerhalb der Aufheizzone zu erfassen und mit dem vorgegebenen Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur zu vergleichen; siehe Verfahrensschritt c). Darüber hinaus ist es für die Einhaltung des Grenzwertes TG erforderlich, dass während des Verfahrensschrittes d) - ausgehend von der jeweils erfassten aktuellen Oberflächentemperatur TO - die jeweilige Erhöhung n*AT der Oberflächentemperatur vorausberechnet wird, die das Blech erfahren würde, wenn es, ausgehend von einem der Rollgänge 112, 116 mindestens ein weiteres Mal n durch die induktive Heizeinrichtung 114 geführt werden würde. Dabei sind die beiden folgenden Fälle zu unterscheiden:
Wenn das Blech gemäß einem ersten Fall auf dem der Heizeinrichtung vorgelagerten Rollgang 112 als Ausgangspunkt gelagert ist, wäre vorauszuberechnen, wie groß die Erhöhung n*AT der Oberflächentemperatur des Bleches ausfallen würde, wenn das Blech eine ungerade Anzahl n von Malen, insbesondere ein weiteres Mal durch die induktive Heizeinrichtung 114 geführt werden würde.
Die ungerade Anzahl n von Durchläufen begründet sich in dem ersten Fall damit, dass das Blech nach den n-Durchläufen auf den der Heizeinrichtung 114 nachgelagerten Rollgang 116 anlanden muss.
Der zweite Fall, der zu berücksichtigen ist, ist jener, dass das Blech auf dem der Heizeinrichtung 114 in Transportrichtung R nachgeordneten Rollgang 116 als Ausgangspunkt liegt. In diesem Fall ist vorauszuberechnen, welche Auswirkungen es für die Oberflächentemperatur des Bleches mit sich bringt, wenn das Blech eine gerade Anzahl n von Malen, mindestens zwei weitere Male durch die induktive Heizeinrichtung 114 transportiert werden würde. Die gerade Anzahl n von Durchläufen begründet sich in diesem zweiten Fall damit, dass das Blech nach den n Durchläufen wiederum auf diesem Rollgang 116 anlanden muss.
Nach den n Durchläufen wird das Blech in beiden Fällen von dem der Heizeinrichtung 114 nachgeordneten Rollgang 116 aus in Transportrichtung R ohne weitere Aufheizung in die nachgeordnete Haltezone 120 transportiert. Für dieses n-malige Durchlaufen der Heizeinrichtung 114 muss zuvor die Einhaltung der Grenztemperatur TG gemäß folgender Formel vorausberechnet werden:
(1 ) T0 + n*AT < TG
Sollte sich bei der Berechnung der Grenztemperatur TG gemäß Formel (1) zeigen, dass diese Grenztemperatur bei n-maligem Durchlauf des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung 114 eingehalten werden würde, so würde Verfahrensschritt d) greifen und die vorausberechneten n-Durchläufe des Bleches durch die Heizeinrichtung 114 könnten wie vorausberechnet erfolgen.
Sollte die Erhöhung n*AT der Oberflächentemperatur gemäß Formel (1) ausgehend von TO so groß ausfallen, dass bei dem besagten n-maligen Durchlaufen der induktiven Heizeinrichtung 114 der Grenzwert für die Oberflächentemperatur des Bleches überschritten werden würde, d.h. , das gelten würde TO +n*AT > TG, so greift Verfahrensschritt d‘), wonach ein Signal an insbesondere eine Steuereinrichtung 130 oder eine Leitstelle des Glühofens 100 ausgegeben wird. Die Steuereinrichtung muss dann zumindest bei einzelnen Durchläufen entweder die induktive Heizeinrichtung 114 ausschalten oder die Temperatur in der induktiven Heizeinrichtung 114 so weit herunterfahren, dass am Ende, nach den n Durchläufen, der vorgegebene Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches nicht überschritten wird. Zum Transportieren des Bleches aus der Aufheizzone 110 in die nachgeordnete Haltezone 120 des Glühofens 100 wird die Transportgeschwindigkeit des Bleches vorzugsweise auf eine Geschwindigkeit zwischen 0,5 m/sec bis 1 m/sec erhöht. Dies hat den Vorteil, dass der Übergang des Bleches von einem in den anderen Bereich schnell durchgeführt und die Atmosphären nicht unnötig durchmischt werden. Ein erhöhter Sauerstoffanteil in der Haltezone kann zu einer erhöhten Verzunderung führen.
Der besagte Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches wird auf 700°C, vorzugsaufweise auf 650°C oder weiter vorzugsweise auf 600°C festgesetzt. Diese Festsetzung ist materialabhängig und verhindert wirksam eine Verzunderung der Oberfläche des Bleches; vorzugsweise wird die Verzunderung unterhalb dieser Temperaturen zumindest deutlich reduziert.
Die besagte Erfassung der Oberflächentemperatur T0 des Bleches gemäß Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise berührungslos mit Hilfe eines Pyrometers als Temperaturerfassungseinrichtung 140. Die Temperaturerfassungseinrichtung ist vorzugsweise vor dem Eingang der Aufheizzone 110, im Bereich des Rollgangs 112 stromaufwärts der Heizeinrichtung 114 oder im Bereich des Rollgangs 116 stromabwärts der Heizeinrichtung 114 angeordnet.
Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperaturen innerhalb der Aufheizzone 110, insbesondere aufgrund der dortigen Temperaturen unterhalb des Grenzwertes TG für die Oberflächentemperatur, ist es vorteilhafterweise möglich, innerhalb der Aufheizzone 110 eine Nicht-Inertgas-Atmosphäre, vorzugsweise Luft vorzusehen, ohne dass dadurch die Gefahr einer Verzunderung des Bleches weiter erhöht werden würde. Erst in der Aufheizzone, in der das Blech nach Durchlaufen der Heizzone 110 weiter erwärmt werden würde, ist es dann sinnvoll, eine Inertgas-Atmosphäre vorzusehen. Während der Durchführung des Verfahrensschrittes d), d.h. während des Aufenthaltes des Bleches innerhalb der Aufheizzone 110 wird die mittlere Blechtemperatur TM beispielsweise auf über 550°C erhöht; dies ist die Konsequenz aus dem n-fachen Durchlaufen des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung 114.
Die Durchlaufzeit des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung 114 ist mindestens 5-mal, vorzugsweise 10-mal kürzer als die Zeit für die konventionelle, gasbefeuerte Vorwärmung des Bleches. Dadurch sind geringere Unterschiede zwischen Kopf- und Fußtemperatur bei dem Blech erreichbar.
Die Anzahl der notwendigen Durchläufe des Bleches durch die Heizeinrichtung hängt von der Dicke des Bleches ab. So sind bei einer Dicke von beispielsweise 5 mm ca. 5-10 Durchläufe durch die Heizeinrichtung erforderlich, während bei einer Dicke von 20 mm ca. 20 Durchläufe erforderlich sind.
Die induktive Heizeinrichtung 114 wird vorzugsweise mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 1-10 kHz betrieben. Die entsprechenden Wechselstromquellen sind ohnehin vorhanden; unter 1 kHz erzeugen die Induktionsanlagen unangenehme Lautstärken.
Bezugszeichenliste
100 Glühofen
110 Aufheizzone
112 Rollgang
114 Heizeinrichtung
116 Rollgang
120 Haltezone
130 Steuereinrichtung
140 Temperaturmesseinrichtung, beispielsweise Pyrometer
R Transportrichtung des Bleches von der Aufheizzone in die Haltezone
TG Grenzwert für die Oberflächentemperatur des Bleches
TM mittlere Blechtemperatur
T0 aktuelle Oberflächentemperatur des Bleches
AT Erhöhung der Oberflächentemperatur pro Durchlauf durch die induktive Heizeinrichtung n Anzahl der Durchläufe des Bleches durch die Heizeinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Glühofens (100) zum Aufheizen von Blech aufweisend folgende Schritte: a) Reversierendes Transportieren des Bleches durch eine induktive Heizeinrichtung (114) innerhalb einer Aufheizzone des Glühofens (100) zum induktiven Erhöhen der Oberflächentemperatur des Bleches; gekennzeichnet durch b) Erfassen der Oberflächentemperatur des Bleches vor und/oder innerhalb der Aufheizzone (110); c) Vergleichen der erfassten Oberflächentemperatur mit einem vorgegebenen Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur; und d) Durchführen des reversierenden Transportierens des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung (114) nur solange der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur nicht überschritten wird; oder d‘) Ausgeben eines Signals, insbesondere an eine Steuereinrichtung (130) oder eine Leitstelle des Glühofens (100) , wenn der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Blech während des Verfahrensschrittes d) jeweils mit seiner gesamten Länge aus der induktiven Heizeinrichtung (114) heraus auf einen der Heizeinrichtung vor- oder nachgelagerten Rollgang (112, 116) als Teil der Aufheizzone (110) des Glühofens (100) transportiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrensschrittes d) - ausgehend von der jeweils aktuellen Oberflächentemperatur T0 des Bleches - die Erhöhung n*AT der Oberflächentemperatur vorausberechnet wird, die das Blech erfahren würde, wenn es gemäß einem ersten Fall - ausgehend von dem stromaufwärts der Heizeinrichtung (114) angeordneten Rollgang (112) — eine ungerade Anzahl n von Malen, mindestens ein (Zahlwort) weiteres Mal, oder wenn es gemäß einem zweiten Fall - ausgehend von dem stromabwärts der Heizeinrichtung (114) angeordneten Rollgang (116) - eine gerade Anzahl n von Malen, mindestens zwei weitere Male, durch die induktive Heizeinrichtung (114) transportiert werden würde; und dass Verfahrensschritt d) ausgeführt wird, wenn aufgrund der Vorausberechnung gelten würde:
TO +n*AT < TG; oder (1 ) dass Verfahrensschritt d‘) ausgeführt wird, wenn aufgrund der Vorausberechnung gelten würde:
TO +n*AT > TG (2) mit n e N : Anzahl der Durchläufe durch die induktive Heizeinrichtung
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (130) im Ansprechen auf das Warnsignal in dem ersten oder zweiten Fall die induktive Heizeinrichtung (114) abschaltet oder deren Temperatur soweit reduziert, dass ein weiteres n-faches Durchlaufen des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung möglich ist, ohne dass der Grenzwert TG überschritten wird; oder dass die Steuereinrichtung (130) im Ansprechen auf das Warnsignal in dem zweiten Fall den Verfahrensschritt d) ohne weiteres Durchlaufen des Bleches durch die induktiven Heizeinrichtung (114) beendet und das Blech aus der Aufheizzone (110) in eine nachgeordnete Haltezone (120) des Glühofens (100) transportiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transportieren des Bleches aus der Aufheizzone (110) in die nachgeordnete Haltezone (120) des Glühofens (100) die Transportgeschwindigkeit des Bleches auf ca. 0,5m/s bis 1 m/s erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert TG für die Oberflächentemperatur des Bleches 700°C, vorzugsweise 650°C oder weiter vorzugsweise 600°C beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Oberflächentemperatur des Bleches gemäß Verfahrensschritt b) berührungslos mit Hilfe einer Temperaturerfassungseinrichtung (140), beispielsweise mit Hilfe eines Pyrometers, vorzugsweise vor dem Eingang der Aufheizzone (110), im Bereich des Rollgangs (112) stromaufwärts der Heizeinrichtung (114) oder im Bereich des Rollgangs (116) stromabwärts der Heizeinrichtung (114) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Aufheizzone (110) die Atmosphäre aus einem Nicht- Inertgas, vorzugsweise aus Luft gebildet wird; und dass innerhalb der Haltezone (120) eine Inertgas-Atmosphäre herrscht.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Blechtemperatur TM während Verfahrensschritt d) auf TM>550°C erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufzeit des Bleches durch die induktive Heizeinrichtung (114) mindestens 5 mal, vorzugsweise 10 mal kürzer ist, als die Zeit für die Vorwärmung des Bleches.
11 .Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der in Verfahrensschritt d) gefahrenen Durchläufe in Abhängigkeit von der Dicke des Bleches gewählt wird, beispielsweise wie folgt:
Dicke Anzahl n der Durchläufe
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Heizeinrichtung (114) mit Wechselstrom mit einer Frequenz von 1 - 10 Hz betrieben wird.
EP24715720.9A 2023-04-18 2024-03-19 Verfahren zum betreiben eines glühofens Pending EP4698837A1 (de)

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