DE2122730A1 - Rotationsverdampfungsbrenner - Google Patents

Description

Rotationsverdampfungsbrenner.

Die Erfindung bezieht sich auf Brenner für flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe und betrifft die Schaffung eines Rotationsverdampfungsbrenners zur wirkungsvollen Verbrennung von Gasoel oder ähnlichen flüssigen Kohlenwasserstoffraktionen, die weniger flüchtig sind als Petroleum.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf einen Rotationsverdampfungsbrenner des Umwälztyps, bei dem ein Teil der heißen Verbrennungsgase mittels eines Ventilators in den Brenner zurückgeführt wird und mit der frischen kalten Verbrennungsluft zur Verbrennung mit Brennstoff in dem Brenner gemischt wird.

Bei der Verbrennung von Gasoel in üblichen Rotationsverdampf ungsbrennern besteht die Schwierigkeit, daß auf dem Brenner übermäßige Kohlenstoffablagerungen in einem derartigen Ausmaß auftreten, daß die richtige Verbrennung

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gestört wird. Es ist nun gefunden worden, daß die Kohlenstoffbildung an Flächen des Brenners stattfindet, über die flüssiger Brennstoff fließt, und die eine Temperatur innerhalb eines gewissen kritischen Temperaturbereichs aufweisen. Somit tritt an bekannten Brennern bei Benutzung von Gasoel übermäßige Kohlenstoffbildung auf, während sie mit Petroleum zufriedenstellend arbeiten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Brenner zu schaffen, an dem diese übermäßige Kohlenstoffbildung nicht auftritt.

Der Rotationsverdampfungsbrenner nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Brenners , daß der Strahl flüssigen Brennstoffs von einem im Betrieb kühlen Teil des Brenners ausgehend durch einen freien Raum wandernd auf eine wesentlich heißere Fläche auftrifftund nach dem Auftreffen auf dieser Fläche und/oder danach verdampft, worauf der Brennstoffdampf mit Luft verbrannt wird.

Bei einer Ausführungsform des Brenners nach der Erfindung wird ein Strahl flüssigen Brennstoffs von einer in einem kühlen Teil des Brenners angeordneten Düse frei senkrecht aufwärts gegen eine über der Düse angeordnete Verteilerfläche geschleudert, die sich in einem wesentlich heißeren Teil des Brenners befindet, und deren Temperatur oberhalb derjenigen liegt, bei der Kohlenstoffbildung stattfindet. Von der heißen Verteilerfläche, die vorzugsweise drehbar ist, wandern die verdampfenden Flüs.sigkeitstropfen zur Verbrennungszone.

Somit ist ersichtlich, daß bei freier Durchquerung eines Spaltes von einer Fläche unterhalb der kritischen Temperatur für die Kohlenstoffbildung zu einer Fläche oberhalb dieser kritischen Temperatur der flüssige Brennstoff

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die Verbrennungszone erreicht, ohne daß er mit Flächen in Berührung kommt, die die kritische Temperatur der Kohlenstoffbildung aufweisen, so daß übermäßige Kohlenstoff ablagerungen vermieden werden.

Der Brenner weist zweckmäßig eine Brennstoffpumpe mit einer Förderkapazität auf, die höher ist als der Bedarf des Brenners, und der Brennstoff wird dem Brenner über eine kalibrierte Düse zugeführt. Ferner ist eine Uberlaufleitung zwischen dem Pumpenausgang und der Düse vorgesehen, die durch ein Druckentspannungsventil steuerbar ist zwecks Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks stromaufwärts der Düse.

Die Regulierung des Flüssigkeitsdrucks stromaufwärts von der Düse, die durch Ableiten überschüssiger Ausgangsleistung der Pumpe über das Entspannungsventil erreicht wird, ermöglicht die Verringerung der Wirkung auf die Verbrennung durch Änderungen in der Pumpenabgabe infolge wechselnder Brennstoffviscosität.

Das Entspannungsventil kann ein einfaches Kugelventil sein, daß an dem von dem Brenner abgewandten Ende der tiberlaufleitung angeordnet ist; es kann auch ein durch eine Feder vorbelastetes Ventil sein, entweder am Ende der Überlaufleitung angeordnet oder in die Brennersäule eingebaut. Im letzteren Fall bildet das ganze Brennstoffsystem einen Teil des Brenners und kann vom Hersteller voreingestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines Rotationsverdampf ungsbrenners für Gasoel;

Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht die Brennstoffpumpe mit Entspannungsventil für den Brenner;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Abänderungsform der Brennstoffpumpe mit einem einstellbaren Entspannungsventil, das in den Brenner nach Fig. 1 an Stelle der in Fig. 2 gezeigten Teile eingesetzt sein kann.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 besteht der Brenner aus einem Hauptgehäuse 10, das mit Bolzen 11 an einem Trägerflansch 12 befestigt ist und den Stator eines Elektromotors 14 enthält. Der Rotor 15 des Motors ist an einem vertikalen drehbaren Rohr 16 befestigt, das mittels einfacher Lager 17, 18 an einer zentralen vertikalen Säule 19 gelagert ist, welche koaxial an der Bodenwand 20 des Gehäuses 10 befestigt ist. Eine Brennstoffeintrittsöffnung 21 in der Bodenwand 20 des Gehäuses führt in eine ringförmige Brennstoffwanne 22, die das untere Ende der Säule 19 umgibt und das Rotationsrohr 16 taucht in die Wanne ein. Die ortsfeste Säule 19 hat an ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche eine schraubenförmige Nut 23, die von der inneren Oberfläche des Rotationsrohres 16 umschlossen wird, wodurch eine durch viskosen Zug arbeitende Brennstoffpumpe gebildet wird, die den Brennstoff von der Wanne 22 hoch fördert und ihn durch radiale Bohrungen 24 in das obere Ende einer zentralen Bohrung 25 in der ortsfesten Säule liefert. Eine Düse 26 mit einer kalibrierten Öffnung ist in ein Verschlußglied 16 A im oberen Ende des Rohres 16 eingepaßt und liefert einen freien Strahl flüssigen Brennstoffs senkrecht nach oben. Die Förderkapazität der Schraubenpumpe, die durch die Kombination der Säule 19 mit der schraubenförmigen Nut und dem Rotationsrohr Ib ijobildet i;-t, ist

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SAD ORIGINAL

höher als der Brennstoffbedarf des Brenners, und der überschüssige Brennstoff, der nicht durch die Düse fließt, wandert die Bohrung 25 herunter und verläat das Gehäuse durch eine Rückfuhr leitung 27. Ein Entspannungsventil 28 in der RucHfu.hrleitung 27 steuert die Rückfuhr des Brennstoffs und hält dadurch einen konstanten BrennstofflieEerdruck an der stromaufwartigen Seite der Düse 26 aufrecht» wie noch näher erläutert werden wird.

Das Rotationsrohr 16 trägt auch den Rotor 30 des Brenners« der oberhalb des Trägerflansches 12 an dem oberen Ende des Rohres 16 befestigt ist, Der Rotor 30 enthält einen Zentrifugalventilatar 31, der auf einer Nabe 32 am oberen Ende des Rohres befestigt ist und in eine Öffnung 33 im Trägerflanseh 12 eingelassen ist. Der Ventilator 31 saugt durch eine kufteinlaßöffnung 34 frische Verbrennungsluft in das Gehäuse IO und in das Auge 35 des Ventilators und stößt die Luft radial «wischen dem Trägerflansch 12 und einem ortsfesten ringförmigen Führungsblech 36 aus« wie durch Pfeile A gezeigt ist. Das Führungsblech 36 ist oberhalb des Trägerflansches 12 mittels Bolzen 37 und Distanzstücken 37A befestigt und hat einen aufwärts gerichteten halbkegelförmigen Ansatz 38« der mit einem zylindrischen Ring 39 auf dem Flansch zusammenwirkt und eine ringförmige £usgangsdüse für die frische Verbrennungsluft definiert, die in die Verbrennungszone des Brenners führt.

Der Rotor 30 enthält auch einen Umwälzventilator 40« der oberhalb des Ventilators 31 mittels Bolzen auf der Nabe 32 befestigt ist. Dieser Ventilator ist ehenfalls ein Zentrifugalventilator und dient zur Rückführung eines Teiles der heißen Verbrennungsgase aus der Verbrennungszone und zur Lieferung dieses heißen sauerstoffreien Gases radial auswärts oberhalb des Führungshleches 36 und unterhalb eines Flammenringes 43 zum Zusammenführen mit der frischen Verbrennungsluft gerade hinter dem Ansatz 38

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des Führungsbleches 36, wie durch die Pfeile B gezeigt ist. Der Rotor des Ventilators 4Q trägt auch ein kurzes halbkegelförmiges Verdampfungsrohr 44, das koaxial um das Auge des, Ventilators 40 herum befestigt ist; das Verdampfungsrohr 44 trägt eine Spinne 45, die eine flache konische Verteilungskappe 46 in vertikaler Lage über der Düse 26 trägt. Der freie Strahl des flüssigen Brennstoffs* der von der Düse 26 nach oben ausgestoßen wird, durchquert den Raum zwischen der Düse und der Verteilungskappe 46 und trifft in der Mitte auf die konkave Unterseite der heißen Verteilungskappe 46 auf, die als Teil des Rotors 30 rotiert? und wird auf dieser teilweis,© verdampft, wobei der Dampf in die Strömung des umgewälzten Verbrennungsgases B gesogen wird. Der unverdampfte. Brennstoff wird in Tropfenform vom Rand der rotierenden Kappe 46 aufwärts geschleudert und die Tropfen werden in der strömung des. heißen, umgewälzten Verbrennungsgases B, durch das Verdampfungsrohr 44 und den Ventilator 40 getragen und als vollständig verdampfte Mischung aus Brennstoff und heißem sauerstoffreien Gas oberhalb des Pührungsbleches 36 und unterhalb des Flammenringes ausgestoßen und treffen auf die frische Verbrennungsluft A, die durch den Ventilator 31 zur Verbrennung angeliefert wird. Das Verdampfungsrohr 44 hat den Zweck, den Weg der Brennstofftropfen nach, dem Verlassen der Verteilungskappe 46 leicht zu verlängern, während diese von dem heißen umgewälzten Verbrennungsgas getragen werden, das in das Auge des Ventilators 40 gezogen wird, um so eine längere Zeit für die vollständige Verdampfung der Tropfen von weniger flüchtigem Gasoel durch die heißen umgewälzten Gase zu gewinnen, bevor sie die Verbrennungszone erreichen.

Die Düse 26 sitzt in einem verhältnismäßig kühlen Teil des Brenners im Zentrum des Ventilators 31, wo sie durch die frische kalte Verbrennungsluft gekühlt wird, die in

den Ventilator 31 gesogen wird. Somit arbeitet die Düse 26 bei einer Temperatur in dem Bereich von 75 C gut unterhalb der kritischen Temperatur für die Bildung von Kohlenstoff aus Gasoel, die gewöhnlich in dem Bereich von 125-25O°C liegt, so daß keine Tendenz zur Bildung von Kohlenstoff auf der Düse 26 besteht. Die Verteilungskappe 46 liegt dagegen in einem sehr heißen Teil des Brenners und ist der Strahlung der umgebenden Flamme ausgesetzt; sie arbeitet in einer Temperatur im Bereich von 400 C, die erheblich über der kritischen Temperatur für die Bildung von Kohlenstoff liegt. Somit wird der dem Brenner zugeführte flüssige Brennstoff nirgends mit irgendwelchen festen Oberflächen in Berührung kommen, die die kritische Temperatur über die Bildung von Kohlenstoff aufweisen, wodurch Ansammlungen von Kohlenstoff auf dem Brenner durch diese Ursache vermieden werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Rückfuhrleitung 27 an ihrem äußeren Ende mit dem Druckentspannungsventil 28 verbunden, dessen öffnung durch das Gewicht einer Kugel verschlossen gehalten wird; das Ventil 28 öffnet bei einem vorbestimmten Druck und läßt den überschüssigen Brennstoff in das Reservoir 29 zurück laufen, das mit einer Niveausteuerung (nicht gezeigt) versehen ist, die ein konstantes Brennstoffniveau in der Brertnstoffwanne aufrechthält. Das Reservoir 29 ist mit der Brennstoffeinlaßöffnung 21 zur Lieferung von Brennstoff an den Brenner verbunden. Durch den Betrieb des durch Schwerkraft vorbelasteten Entspannungventils 28 wird ein konstanter Brennstoffdruck stromaufwärts von der kalibrierten Düse 26 aufrechterhalten trotz Änderungen in der Förderung der Schraubenpumpe infolge von Viskositätsänderungen des Brennstoffes mit der Temperatur, wodurch eine zu hohe Brennstoffzufuhr zu dem Brenner in kaltem Zustande vermieden wird.

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Zum Erreichen eines sauberen Absperrens des Brenners auf ein Absperrsignal ist ein schnelles Zusammenfallen des freien BrennstoffStrahles notwendig, der aus der Düse 36 hoch geschleudert wird. Zur Verbesserung des Absperrens ist dem Entspannungsventil 28 ein Ablaßventil 50 parallel geschaltet. Fig. 2 zeigt das Ablaßventil 50 schematisch in Schließstellung. Beim Betrieb des Brenners ist das Ablaßventil 50 geschlossen, und überschüssiger Brennstoff fließt zur Schwimmerkammer des Reservoirs 29 über das Entspannungsventil 2 8 zurück. Beim Empfang eines Absperrsignals wird das Ablaßventil 50 automatisch durch nicht gezeigte Mittel geöffnet und führt überschüssigen Brennstoff aus der Leitung 27 direkt in das Reservoir 29 zurück, wodurch in der zu der kalibrierten Öffnung der Düse 26 führenden Leitung 25 ein sofortiger Druckabfall und damit ein sehr schnelles Zusammenfallen des BrennstoffStrahles entsteht.

Beim Fehlen des Ablaßventils 50 würde der von der kalibrierten öffnung ausgestoßene Flüssigkeitsstrahl in seiner Höhe aufrechterhalten bleiben, während die Brennstoffpumpe auf eine derartige Geschwindigkeit herabsinkt, bei der der Brennstoffdruck geringer ist als der durch das Entspannungsventil 28 vorbestimmte Druck. Bei Absinken der Geschwindigkeit würde der immer noch geförderte Brennstoff weiterhin der Düse zugeführt und der Strahl würde eine immer geringere Höhe haben, wodurch eine Pfütze flüssigen Brennstoffs entsteht, deren Verdampfung und langsames Abbrennen Rauch und Gase verursachen würde. Sogar bei elektromagnetischer Verzögerung der rotierenden Einheit würde das Zusammenfallen des BrennstoffStrahles so langsam sein, daß man sichtbar schmutzige Absperrvorgänge erhält. Dieses Problem wird durch die Benutzung des Ablaßventils 50 überwunden.

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Die Benutzung eines gewichtsbelasteten Entspannungsventils 28 hat den Vorteil der Einfachheit, erfordert jedoch Leitungen außerhalb des Brenners.

Fig. 3 zeigt eine Abänderungsform, bei der in der Säule 19 des Brenners selbst ein von Hand einstellbares federbelastetes Entspannungsventil vorgesehen ist. An der zentralen Bohrung 25 ist ein Sitz 61 vorgesehen und eine Ventilkugel 62 wird mittels einer Druckfeder 63 gegen den Sitz gepreßt; die Druckfeder wirkt zwischen der Kugel und einer Einstellschraube 64, die in den mit Gewinde versehenen unteren Teil 65 der Säule 19 eingebaut ist. Die Schraube 64 steht unterhalb des Gehäuses 10 nach außen und trägt dort ein Handrad 66, durch das sie von Hand zur Einstellung der Kompression der Feder gedreht werden kann. Die Schraube 64 weist auch einen zentralen Durchgang 6? für die Rückführung überschüssigen Brennstoffes zu der Wanne 22 auf. Bei dieser Anordnung kann der öffnungsdruck des Entspannungventils 61 _# 62 mittels der Schraube 64 von Hand eingestellt werden _f wodurch der stromaufwärts von der Düse 26 aufrechterhaltene konstante Druck einstellbar ist.

Anstatt der Einstellung der Schraube 64 von Hand kdnnte diese Schraube mit der Lufteinsteilung des Brenners gekoppelt sein und mit dieser zusammen durch einen Thermostaten betätigt werden, der auf die Boxlertemperatur ansprichty wodurch die Boilerausgangsleistung auf eine gewünschte Teilleistung unterhalb der Maximalleistung eingeregelt werden kann.

Die Anordnung kann auch im Zusammenhang mit einem Start-Stoppbetrieb unterhalb eines gewissen Minimum-modulierten Ausgangsniveaus benutzt werden.

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Die in Fig. 3 gezeigte Brenneranordnung kann falls gewünscht auch mit einem Ablaßventil (nicht gezeigt) versehen werden, das dem federbelasteten Entspannungsventil 62, 63 parallel geschaltet ist und in derselben Weise betätigt wird und zu demselben Zweck vorgesehen ist wie in der Anordnung nach den Fig. 1 und 2.

Patentansprüche:

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Claims (19)

1. - 11 Patentansprüche:

   Rotationsverdampfungsbrenner für flüssige Kohlenwasserstoffe, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Brenners, daß der Strahl flüssigen Brennstoffs von einem im Betrieb kühlen Teil (16A) des Brenners ausgehend durch einen freien Raum wandernd auf eine wesentlich heißere Fläche (46) auftrifft und nach dem Auftreffen auf dieser Fläche und/oder danach verdampft, worauf der Brennstoffdampf mit Luft verbrannt wird.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1 für einen flüssigen Brennstoff mit einer kritischen Minimaltemperatur der Kohlenstoffbildung, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Brenners, daß der kühle Teil (16A) im normalen Betrieb eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur und die heiße Fläche (46) eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur aufweist.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der kühle Teil (16A) des Brenners in einem Bereich liegt, der von der direkten Strahlung aus der Verbrennungszone abgeschirmt ist, und durch in den Brenner eintretende kühle Verbrennungsluft gekühlt wird, während die heiße Fläche (46) der direkten Strahlung der Verbrennungszone ausgesetzt ist.
4. 4. Brenner nach Anspruch 1 bis 3 für Gasoel, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der kühle Teil (16A) des Brenners eine Temperatur unter 100 C, z.B. im Bereiche von 75 C aufweist, und daß die heiße Fläche (46) eine Temperatur oberhalb von 300°C, z.B. im Bereich von 400°C aufweist.

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5. 5. Brenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die heißere Fläche (46) an einem rotierenden Teil des Brenners gebildet ist und den auftreffenden Brennstoff strahl in Tropfen zerlegt, wenigstens teilweise verdampft und radial auswärts schleudert.
6. 6. Brenner nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl von einer in dem kühlen Teil (16A) des Brenners angeordneten Düse (26) senkrecht frei aufwärts gegen eine darüber befindliche Verteilerkappe (46) geschleudert wird, die die heißere Fläche bildet.
7. 7. Brenner nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkappe (46) drehbar ist, daß ihre Rotationsachse vertikal und koaxial mit der Düse (26) angeordnet ist, und daß ihre Unterseite die heißere Fläche bildet.
8. 8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Verteilerkappe (46) konisch ausgebildet ist und daß die Konusspitze nach oben weist.
9. 9. Brenner nachAnspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er als Umwälzbrenner ausgebildet ist, bei dem ein Teil der heißen Verbrennungsgase mittels eines Ventilators (40) durch den Brenner zurückgeführt wird, wobei die rückgeführten heißen Verbrennungsgase den Brennstoff vorheizen und seine Verdampfung fördern, bevor sie mit frischer, kühler Verbrennungsluft gemischt werden zwecks Verbrennung mit dem Brennstoff.
10. 10. Brenner nach Anspruch 7 bis 9, gekennzeichnet durch um den Rand der Verteilerkappe (46) angeordnete Lufteinlässe (45) für die rückgeführten, heissen Verbrennungsgase .

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11. 11. Brenner, nach Anspruch 1 bis 10 mit einer Brennstoffpumpe , dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffpumpe (16,19,23) eine Förderkapazität aufweist, die den Bedarf des Brenners übertrifft, daß der Brennstoff dem Brenner über eine kalibrierte Düse (26) zugeführt wird, und daß eine überlaufleitung (27,67) zwischen dem Pumpenausgang und der kalibrierten Düse vorgesehen ist, die durch ein Druckentspannungsventil (28,62,63) steuerbar ist zwecks Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsdrucks stromaufwärts der kalibrierten Düse.
12. 12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffpumpe auf den Brennstoff einen viskosen Zug ausübt.
13. 13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffpumpe einen schraubenförmigen Durchgang (23) aufweist, dessen offene Außenseite von einem koaxial angeordneten Rotationsrohr (16) umschlossen ist.
14. 14. Brenner nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckentspannungsventil als gewichtsbelastetes Kugelventil (28) ausgebildet und an dem von dem Brenner abgewandten Ende der überlaufleitung (27) angeordnet ist.
15. 15. Brenner nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Entspannungsventil als Druckfederventil (62,63) ausgebildet ist.
16. 16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfederventil (6 2,63) an dem von dem Brenner abgewandten Ende der überlaufleitung (27) angeordnet ist.

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17. 17. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfederventil (62,63) in die Säule (19) des Brenners eingebaut ist, die die kalibrierte Düse (26) trägt und versorgt.
18. 18. Brenner nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck des Druckfederventils (62,63) einstellbar ist.
19. 19. Brenner nach Anspruch 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablaßventil (50) parallel zu dem Druckentspannungsventil (28,62,63) geschaltet ist und beim Absperren des Brenners automatisch in seine Offenstellung umschaltbar ist.

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