DE1719486A1

DE1719486A1 - Geraet zum Abscheiden eines fluessigen und/oder dampffoermigen Mediums aus einem Traegergas und dessen Verwendung in Flugzeugen

Info

Publication number: DE1719486A1
Application number: DE19681719486
Authority: DE
Inventors: Juerg Branger; Willy Kilchenmann
Original assignee: EIDGENOESS FLUGZEUGWERK EMMEN
Current assignee: EIDGENOESS FLUGZEUGWERK EMMEN
Priority date: 1967-01-26
Filing date: 1968-01-05
Publication date: 1972-03-09
Also published as: CH472638A; GB1206007A; DE1719485B2; CH470637A; NL6801080A; DE1719485A1; DE1719485C3; FR1605135A; NL6801079A; FR1605133A

Description

Schweizerische Eidgenossenschaft, vertreten durch Eidg Flugzeugwerke, Emmen (Luzern,Schweiz)

Gerät zum Abscheiden eines flüssigen and/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas und dessen Verwendung in Flugzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas und dessen Verwendung in Flugzeugen.

In Iiüftkonditionierungsanla,gen ist es oft notwendig, die gekühlte Luft von kondensierter Feuchtigkeit zu befreien, wobei die W sserabscheidung mit Vorteil unmittelbar im Anschluss an die Luftkühlung vorgenommen wird. Die zur Erfüllung dieser Aufgabe vorgesehenen Wasserabscheidegeräte sind deshalb in der Luftkonditionierungsanlage meist möglichst nahe dem Kühlgerät angeordnet.

12/12.1967/za - 1 -

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Einige der bekannten Wasserabscheidegeräte sind mit einem Nebel-Kondensator aus Glas-Fiber-Material, der auf einem konusförmigen groben Sieb oder Lochblech befestigt ist, ausgerüstet, oder mit einer als Filter bezeichneten Anordnung., bei welcher ein metallener gelochter Blechträger mit porösem, faserigem Material überzogen ist, um die feuchten Partikel zu vereinigen.

^ Diese Kondensatoren oder Filter, deren Wirkung physikalisch nicht näher erklärt wird, sind vor demjenigen Teil des Wasserabscheidegerätes eingebaut, der die Trennung des Gemisches bewirkt.

Bei den bekannten Wasserabscheidegeräten werden immer Zentrifugalkräfte benutzt, um die schwereren Wassertröpfchen von der Luft zu trennen. Diese Zentrifugalkräfte werden dadurch erzeugt, dass z.B. zwei gegeneinander geneigte, halb-ellip- * tische Prallbleche in die Rohrleitung eingelegt werden, oder es werden allein oder zusätzlich Blechstreifen eingebaut, die mit gleichförmiger oder mit abnehmender, jedenfalls mit relativ kleiner Steigung um einen zentralen Stab gewunden sind, und die zur Erzeugung oder zu einer Steigerung der Zentrifugalkräfte führen. Andere Geräte lassen das Gemisch aus einem Gefäss in die stromabwärts führende Leitung so

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abfliessen, dass der Eintritt über achsparallele Schlitze tangential in das Leitungsrohr erfolgt, den Strom derart in eine Rotati onsbewegung versetzend.

Schliesslich gibt es Geräte, die rotierende Impeller oder beschaufelte Räder verwenden, um das strömende Gemisch in eine überlagerte Rotationsbewegung zu versetzen, wobei die zur Drehung des Impellers oder des beschaufelten Rades nötige Energie entweder mittels Turbine der strömenden Luft entnommen oder durch äussere Quellen geliefert wird.

In den bekannten Wasserabscheidegeräten wird die duroh die Zentrifugalkräfte getrennte, nach aussen an die Wndung gedrängte Flüssigkeit durch Schlitze, die entweder quer zur Achse oder parallel zu dieser verlaufen, oder durch am Umfang verteilte kleine Löcher, die eventuell in einer Rille der Wandung angeordnet sind, in einen äusseren Sammelraum geführt, von wo sie ins Freie geleitet wird. Bei allen bekannten Geräten sind diese Schlitze oder Löcher direkt in der Zone der drallerzeugenden Elemente oder unmittelbar anschliessend angeordnet. Bei einigen Geräten wird schliesslich ein Teil der in der Rotation des Luftstromes enthaltenen Energie durch ein Turbinenrad oder durch einen Kranz von Leitschaufeln wieder zurückgewonnen, indem die Strömung

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geradegerichtet wird.

Die beschriebenen bekannten Wasserabscheidegeräte sind verh'ältnismässig kompliziert, beanspruchen einen nicht immer unwesentlichen Raum weisen ein relativ grosses Gewicht auf, verlangen einen besonderen Unterhalt oder ver-™ Ursachen in dem durch das Gerät strömenden Gs einen verhältuismässig erheblichen Druckverlust.

Diese Eigenschaften bekannter Wasserabscheidegeräte sind insbesondere dann von Nachteil, wenn die Strömungsgeschwindigkeit gross ist, z.B. in der Grossonordnung von 50 Metern pro Sekunde und wenrfsich die Luftkonditionierungsanlage in einem Flugzeug befindet, wo sie möglichst klein und leicht sein soll und im Hinblick auf Mine minimale Lei-" stungsdimensionierung einen möglichst geringen Druckabfall bewirken soll. Gleichzeitig soll aber die Wasserabscheidung mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgen, d.h. mit einem grossen Verhältnis der abgeschiedenen Wassermenge zur überhaupt abscheidbaren Wassermenge, Eine ungeruügende Luftentfeuchtung beim Betrieb von Luftkonditionierungsanlagen In Flugzeugen kann in nachteiliger und die Flugsicherheit gefährdender Weise Dampfniederschläge auf Navigations- und anderen Ueberwachungsinstrurr^nten zur Folge haben.

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Zweck der Erfindung Ist, die angeführten Nachteile bekannter Geräte zur Wasserabscheidung zu vermeiden und ein Gerät optimaler Wirkung zu schaffen, das nur wenig Raum beansprucht und ohne Schwierigkeiten auch bei gedrängten Platzverhältnissen untergebracht werden kann.

Erfindungsgemäss ist das Gerät dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Element aufweist, welches mindestens teilweise aus einem Katalysator für eine Tropfenbildung besteht.

Die Erfindung wird anschliessend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Pig 1 ein Gerät zur Wasserabscheidung in Ansicht,

Fig. 2 das Gerät von Pig 1 im Längsschnitt, \

Fig. 3 eine Schnecke des Gerätes von Fig» 2 in vergrösser- λ

\ \ ter Seitenansicht,

Fig. 4 und 5 einen Längsschnitt und eine Hinteransicht \

einer Variante eines Wasserabscheidungsgerätes. j

Gemäss Fig. 1 weist das Wasserabscheidegerät die äussere Form eines zylindrischen Rohres 1 auf, das ein offenes Ende 2 zum Einströmen des dampfhaltigen, gekühlten Ch.ses, z.B.

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Luft, in der dargestellten Pfellrichtung und ein offenes Ende 9 zum. Ausströmen des entfeuchteten Gases, bzw. der entfeuchteten Luft in Pfeilrichtung hat. Das Rohr 1 weist ferner eine manschettenartige Erweiterung 14 auf, in welcher das abgeschiedene Wasser gesammelt wird und an welche eine Leitung 15 zum Ableiten des gesammelten Wassers angeschlossen 1st;. Das Rohr 1 wird mit dem Ende 2 an die Austrittsöffnung eines nicht dargestellten Gas-, bzw. Luftkühlgerätes angeschlossen. Das ausgangsseitige Ende 9 wird mit einer oder mehreren weiteren, nicht dargestellten Rohrleitungen verbunden, durch welche die gekühlte, zum grössten Teil von Wasser befreite Luft an die gewünschten Ausströmorte gef'Jhrt wird. Das in Fig. 1 dargestellte, rohrförmige WasserabscheidegerMt stellt demnach einen Teil der vom KUhI-gerät ζυντ, Vsrbrauchsort verlegten Luftleitung dar. Da in den rrteistan. Fällen eine Aufstellung des Kühlgerätes direkt am Orts. an welchem die konditionierte Luft gebraucht wird, nicht erwünscht ist oder nicht möglich ist, muss eine Verbindungsleitung ohnedies iargesehen werden. Das dargestellte Wassersuche Idegerät ersetzt diese Verbindungsleitung teilweise oder vollständig, so dass es in vorteilhafter Welse keinen zusätzlicher. Raum beansprucht.

Weitere Einzelheiten des In Fig- I beispielsweise darge-

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stellten Gerätes werden im Folgenden an Hand der Fig. 2 und ^ beschrieben. An das offene Ende 2 des Rohres 1, durch welches die dampfhaltige, gekühlte Luft einströmt, schliesst sich eine gerade Rohrstrecke 3 ⁿ-n, in welcher die Erzeugung von Kondensat aus Dampf bewirkt wird. Hierauf folgt eine Rohrstrecke 4, die eine leichte Krümmung aufweisen kann und die als Strömungsstrecke für das WT-ssertröpfehen-Luftgemisch vorgesehen ist, falls das Rohr 1 aus Platzgründen nicht in seiner ganzen Länge geradlinig verlegt werden kann. Die Rohrstrecke 4 kann aber auch weggelassen werden Die Länge der Strecke 4 und deren Krümmung sind mithin völlig irrelevant bezüglich Funktion des Gerätes.

Die allfällig vorhandene Rohrstrecke 4 kann durch Kupplungen trennbar mit der Rohrstrecke 3 ηηά der Kohrstrectee 5 verbunden sein, sodass die zum eigentlichen Gerät gehörenden Strecken 3 einerseits und 5 bis 8 anderseits vollständig getrennte Einheiten bilden können, Auch wenn keine Rohrstrecke 4 vorhanden ist, können die Rohrstrecken 3 und 5 durch eine Kupplung trennbar miteinander verbunden sein.

Anschliessend ist eine gerade Rohrstreclce 5 vorgesehen, in welcher dem achsial strömenden Gemisch eine stromabwärts kontinuierlich schneller werdende Rotation um die StrÖmungs-

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achse überlagert wird, so dass die schweren Wassertröpfchen in einer nachfolgenden, geradlinigen, als Wanderstrecke vorgesehenen Rohrstrecke 6 zufolge ihrer grösseren Zentrifugalkraft an die Wand des Rohres 1 drängen, während die leichtere Luft nach innen in den Bereich um die Rohrachse verdrängt wird. Diese W nderstrecke stellt ein wesentliches Funktionseleraent des Gerätes dar. Seine optimale Länge liegt im Bereich von 1-2 mal dem Innendurchmesser dieses Rohr-P teils. In der darauffolgenden Rohrstrecke 7 werden die abgetrennten W ssertröpfchen zum grössten Teil ausgeschieden und durch die Leitung 15 entfernt.

Eine weitere gerade Rohrstrecke 8 dient dazu, die immer noch vorhandene Komponente schneller Rotation der weiterströmenden Luft kontinuierlich wieder zu eliminieren, so dass am austrittsseitigen Ende 9 des Rohres 1 nur noch eine mindestens angenähert axiale Luftströmung vorhanden ist, W Die gleiche Wirkung kann dadurch erzielt werden, dass anstelle dep Rohrstrecke 8 eine Evolute IV gesetzt wird; wobei die Luft tangential und senkrecht zur vorangehenden Rohrstrecke weggeführt wird, wie dies in den Fig. 4 und ersichtlich ist.

In der R-ohrstrecke j5 ist ein aus einem feinmaschigen Netz

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dünner Metalldrähte und stützenden Blechrippen bestehendes Element 10 angeordnet. Dieses hat die Aufgabe, einen möglichst grossen Teil des in der einströmenden, gekühlten Luft vorhandenen Dampfes auszuscheiden. Die mit dem Durchtritt des Gases durch das Netz verbundene stossartige Druckänderung und die in deren Gefolge eintretende Temperaturverminderung verbessern die Vorbedingungen für eine der- λ artige Ausscheidung, so dass die von dem aus entsprechendem Metall hergestellten Netz abgegebenen Metall-Moleküle als Kondensationskerne mit katalytischer Wirkung die Bildung von Wassertröpfchen veranlassen. Es ist also z.B. möglich, ein Netz aus rostfreiem Stahldraht als sogenanntes Kondensiergitter zu benützen und dieses gegebenenfalls mit einem weitern Katalysator zu kombinieren, ζ B. mit Silberjodid. Mit Vorteil weist das Element 10 die Form der Oberfläche eines Kegels auf, dessen Achse in der Strömungsachse liegt J und dessen Spitze gegen die Strömung gerichtet ist. Die Grundfläche des Kegels entspricht hierbei ungefähr dem Querschnitt des Rohres 1. Das Element 10 kann durch ein selbsttragendes Geflecht oder/und durch Blechrippen gestützt ausgebildet sein, das in das Rohr 1 eingeschoben ist und an der gewünschten Stelle beispielsweise durch Anschläge wie Nietstifte gegen ein Verschieben gesichert ist.

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Das in der Rohrstrecke 5 angeordnete Element, das die Rotation der Luftströmung erzeugt, besteht aus einer fest eingebauten, einteiligen und aus einem einzigen Werkstück bestehenden Schnecke 11. Die beiden Fläche der Schnecken bilden zusammen mit der zylindrischen Wand des Rohres 1 ^ zwei schneckenförmige Kanäle, durch welche die Luft strömt und welche demnach der Luftströmung den gewünschten Drall vermitteln.

Die Schnecke 11 ist so geformt, dass ihre Steigung in Strömungsrichtung von einem nahezu unendlich grossen Wert progressiv und kontinuierlich auf einen sehr kleinen Wert abnimmt. Dadurch wird die Luftströmung sukzessive umgelenkt, so dass Druckverluste infolge Abreissen der Strömung ver- | mieden werden.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 2 schematisch eingezeichneten Schnecke 11 in vergrösserter Seitenansicht dargestellt. Die Schnecke 11 weist einen halben Gang auf und ist an ihrer Eintrittskante 11^! und/oder ihrer Austrittskante profiliert. Sie kann beispielsweise mittels einer programmgesteuerten Fräsmaschine auü vollem Material gefräst oder auch durch Verdrehen eines Blechstreifens in einer Einspannvorrichtung« welche die gewünschte progressive Steigung

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bewirkt, hergestellt werden. Die auf den Innendurchmesser des Rohres 1 (Fig. 2) überdrehte Schnecke 11 wird in das Rohr 1 eingeschoben und an der vorgesehenen Stelle (Rohrstrecke 5) beispielsweise durch in das Rohr eingesetzte Nietstifte gegen Verschieben und Verdrehen gesichert.

In der Rohrstrecke 7 sind in der Wind des Rohres 1 schräg, ungefähr quer zur an der Wandung herrschenden resultierenden Stromungsrichtung verlaufende und sich in der Stromungs richtung überdeckende Schlitze 13 angeordnet. Zudem ist die Rohrstrecke 7 von einem äusseren Mantel 14 umgeben, dessen Innenwand mit der Aussenwand des Rohres 1 einen ringförmigen Raum begrenzt. Die von der Rohrstrecke 6 an der Innenwand des Rohres 1 entlanglaufenden Wassertröpfchen treten durch die Schlitze 13 nach aussen und werden durch den Mantel 14 gesammelt, worauf sie durch die nach unten führende Leitung 15 ins Freie treten. Die Leitung 15 weist eine Verengung 16 auf, welche eine Drossel für die mit den Wassertröpfchen durch die Schlitze 13 in den Mantel 14 gelangende Luft darstellt und dadurch den Verlust von Luft gering hält. Der Mantel liegt vorteilhafterweise exzentrisch bezüglich dem Gasrohr.

In der letzten Rohrstrecke 8 ist ein Element angeordnet, das die Rotation der Luftströmung wieder eliminiert und das

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ebenfalls aus einer fest eingebauten Schnecke 12 besteht, die jedoch 'entgegengesetzt zur ersten Schnecke 11 gewunden ist und deren Steigung von einem sehr kleinen Wert progressiv auf einen sehr grossen Wert zunimmt. Die Schnecke 12 ist mit Vorteil spiegelbildlich zu der in Fig. J> dargestellten Schnecke 11 und im übrigen genau gleich wie diese ausgebildet.

Die gerade Rohrstrecke 8 und die darin angeordnete Schnecke 12 können auch ersetzt werden durch eine Evolute 17, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Evolute 17 ist eine exzentrisch angeordnete Sammelkammer, die die Rotation der weiterströmenden Luft dadurch'eliminiert, dass die Luft in einer Ausbuchtung von zunehmendem Querschnitt gesammelt und nach fast einem Umgang schliesslich tangential zum Rohr, senkrecht zur ursprünglichen Strömungsachse, weggeführt wird.

Mit der durch die Erzeugung der Rotation in der Strecke hinzutretenden neuen Geschwindigkeitskomponente ist ein Abfall des statischen Druckes in der Strömung verbunden. Bei der Eliminierung der Rotation in der Strecke 8 oder in der Evolute 17 wird dieser Druckabfall zum grössten Teil wieder zurückgewonnen, womit der im ganzen Gerät zwischen

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dem Eintritt 2 und dem Auetritt 9 messbare Druckverlust wesentlich verringert wird.

_: Das eintrittsseitige Ende 2 und das austrittsseitige Ende 9 des Rohres 1 haben den gleichen Durchmesser wie die vorangehenden, bzw. nachfolgenden Leitungen des Luftkonditionierungssystems. Die Rohrstrecken 3, 4, 5s 6, 7 und 8 sind von gleichem Durchmesser oder nur unwesentlich grosser als die genannten Leitungen» Die Länge des Gerätes vom Ende 2 bis 9 ist, ohne die Strecke 4, aber mit der Strecke 8, etwa 10 Mal grosser als der Rohrdurchmesser. Die Rohrstrecke 4 kann, wie bereits erwähnt, gerade oder auch gekrümmt und beliebig lang sein. Diese Eigenschaften des Gerätes bewirken, zusammen mit der Tatsache, dass in den meisten Fällen zwischen dem Kühlgerät und dem mit konditionierter Luft zu versehenden Raum eine gewisse Leitungslänge ohnehin notwendig ist, dass der zusätzliche Raumbedarf des Wasserabscheidegerätes auf den zusätzlichen Raumbedarf bei der Rohrstrecke 7> d.h. auf den Raumbedarf für den Mantel 14 und die Leitung 15 sowie eventuell für die Evolute 17 beschränkt bleibt. Da die Wandung der Rohrstrecken J>, 4, 5, 6, 7 und 8 der normalerweise ohnehin vorhandenen Rohri-.itangswandung entspiichfc, besteht das Mehrgewicht des G-'-' 113 gegenüber einer einfachen Leitung lediglichaus dem Gewicht d33 netzförmigen und ge-

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stützten Elementes 10, der beiden Schnecken 11 und 12, des Mantels 14 und der Ablaufleitung 15, was eine nur unwesentliche Gewichtsvergrösserung darstellt. Schliesslich weist das beschriebene Gerät den Vorteil auf, dass der Wirkungsgrad der Wasserabscheidung verhältnisrrüssig gross ist, d.h. beispielsweise 6o# , und dass die hierfür vorgesehenen Mittel einfach und ohne besonders grosse Kosten hergestellt werden können, und dass ferner das Gerät praktisch wartungsfrei ist, weil weder bewegte Teile, noch nichtmetallisches Material vorhanden ist.

Damit die Xm KUhlgerät, das dem Wasserabscheidegerät vorgeschaltet ist, gekühlte Luft sich im Bereich des Wasserabscheidegerätes nicht zu stark wiedererwärmen kann, ist es vorteilhaft, das Rohr 1 (Fig. 2) mit einer Isolierschicht zu umhüllen.

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Claims

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9· O«rlt »Mb kmmprv*k I₀ 41···· «it «iniMt— «In·« Drftll«rgaa in Per« minw fOr Am Avrw«tr«l«lMfiM ftodlm υ«τμμα ist.

10· O«rtt IMh AaipniM 9. iiinrrti mm—MitkMt» «am 41· MlMMM «i«t«ilil i«t.

11· O«rlt MAlI ΛWMIHM. 9» μΑΜΓΑΙΙ ffclimHlAtMAt» «AAA «U ■ MMI HfI AlM AiAH MBt litAfIlA» tftMfHM»StAl| AKfMiAt.

12· (terlt BMh Anspruch IX₉ 4*4ur«h g«kMiBMlshMt, 4ms 41· S*luMitk»net*ifune sieh in «Im* VvrhUtals,

» Hadmrt,

13. Oerlt BMh Anspruch 9» «wbir«h gcktwuMltlMMt« 4tmm aim Sehneek« tla· prefiliert· Ilatritt·« uai/«4*r Au·· trlttikaat· aufmilst*

14« O«rXt IUMh Ansprueh 9« dMbiroh s«k*nns«l«ha«t_t 4··· 41· itlMWli· «l*4«Bt«na «laen halWa Oaac

15· ö«rl% BMh AavpriMh 9» 4«4ufh tsnmiMlelyMt* 4m· 41« ailMWlB· feet «lacsiMMit 1st·

16. O«rttt BMh ABronMh 9* **4ur«h sßkMmx*t9txM%₉ 4m* •Im anwlt· 4r1UMflttwi 3ohM«fc· liwr «ret«a

•trH—n—!■■■!! —th—Mhalft 1st·

41« M14SB iHmnlsm eplM>ltell411·* ayst»»114«t sliai.

13. Oerlt BMh ABspriMli 9» 4A4urah g«k«BBSsieJSMt₉

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dl···· mindestens einen der folgenden Teil· enthält ι Kondensierorgan (XO) Drallorgan (11) Wanderstreoke (6) Ausscheider (7· 1?» 1*) DrallcuflttMr (la).

19. OerIt naah Anspruch 18» dadurch ge ice nnae lehnet, ds·· da· Oerlt rohrförmig, einteilig od«r wihrt«ills₉ i.B. Bu«a«aens«arauks4ir ausgebildet 1st·

20· Oerlt naeh Ansprueh 9» 4a4uroa gekennselehnet, dass na BlBStrlhstm des geWhlten, sehiielletröeenden Medlu«s und sum Ausströeen das rohrfOnalge Gerät vorn und hinten offen 1st und ·· auf der ElnstruM-Mit· als erste« «In metallisches und fest el ng« baute· KondenslereleMnt (10) aufweist ₍ gefolgt, unialttel-Bpr ©der dureh eine »eÄretreslse (4) getrennt, von einer 3ohneelce(ll), einer Wanderstr«etee (6), ein·· Abeehnltt (7) alt Mlndeeten· annlhornd quer »ur resultierenden dtrOMung angeordneten und «loh Uberdeekenden Sehlltxen In der Koferwantfung, einen diese Sohllaeartle uahUllenden Sasaelrttun (14) nlt einer, s.B. vlt einer Vemngung ver-

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Ablftuf leitung (15) für dl· PMlMlgtoelt, un* ven einer weitern flehneolce (12) oder von «liwr Frolutt (17)·

21. O«rlt HMh Anejruth 5, dUtureh c«k«nn»«lohnet, 4m lf«ts Im K*t*lInnern ytreteift o4«r gtcttttst

1st« i.B. tfuroh Rlppin.

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