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Verfahren und Vorrichtung zum AuSstellen und GrUnden
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eines meeresbodenfesten Bauwerks Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Aufstellen und Gründen eines bodenfesten Bauwerks am Meeresboden.
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An der Location, also dem gewünschten Standort des Bauwerks, kann
eine mehr oder minder mächtige Mudschicht auf dem tragfähigen Meeresboden lagern.
Die Tragfähigkeit der Mudschicht ist in der Regel so gering, daß eine sachgemäß
Gründung des Bauwerks darauf ausgeschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trotz solcher Mudschichten
eine sichere Gründung des Bauwerks auf dem oder im tragfähigen Meeresboden zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe ist nach dem erfindungægemEßen Verfahren durch folgende
Schritte gelöst: (a) Gründungskörper des Bauwerks werden einer nicht tragfähigen
Budschicht auf dem tragfähigen Meeresboden genähert,
(b) Eine oder
mehrere Düsen an der Unterseite der Grun'dungskörper werden zur Verflüssigung und
Verdrängung des Muds mit Druckwasser beaufschlagt, bis (las Bauwerk nach weiterer
Absenkung und Durchdringung der Mwlschicht in definierten Kontakt mit dem tragfähigen
Meeresboden gebracht worden ist, und (c)die Gründungskorper werden gegenüber dem
tragfähigen PIeeresboden mit Schüttgut gegründet, das spezifisch schwerer als der
Mud ist.
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Bei den Bauwerken kann es sich z.B. um Bohr- und Produktionsplattiormen
für die Erdölgewinnung oder um Leuchttürme handeln. Solche Plattformen können z.B.
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mehrere Beine aufweisen, an denen sich jeweils unten wenigstens ein
Gründungskörper befindet. Vorteilhaft ist bei dem gekennzeichneten Verfahren, das
die Mudschicht nicht in einem gesonderten zeitaufwendigen und Sondervorrichtungen
erfordernden Schritt abgetragen werden muß, sondern das Bauwerk sich praktisch seinen
Weg durch die Mudschicht hindurch selbst freispült. Das aus den Düsen austretende
Druckwasser verflüssigt den Mud nicht nur unmittelbar unterhalb der Gründungskörper
sondern auch in der Uebung. Dadurch wird die Viskosität des Muds herabgesetzt und
ein Fortsckwemmen von Partikeln des so verflüssigten Muds erleichtert. Der Mud wird
also im Gründungsbereich hydraulisch aufbereitet und auch abgefördert. Der definierte
Kontakt des Bauwerks mit dem Meeresboden kann z.B. durch den Gründungskörpern um
ein gewisses Maß voreilende Schubkörper geschehen, die ihrerseits mit einer oder
mehreren Druckrasserdüsen ausgerüstet sein konxien. Das fWr die Gründung eingesetzte
Schüttgut kann z.B. aus Kies l?nd/oder Sand bestehen, der insbesondere spezifisch
schwerer als der durch das Druckwasser
verflüssigte Mud ist und
daher diesen verflüssigten Mud leicht verdrängen kann.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden im Schritt (b) zur
Uberwindung evtl. örtlicher Hindernisse in der Mudschicht die Düsen einzeln und/oder
in Gruppen gesteuert mit Druckwasser beaufschlagt. Bei diesen Hindernissen kann
es sich um Mudbereiche verhältnismäßig hoher Viskosität handeln. Diese Bereiche
lassen sich ebenfalls verflüssigen, wenn die verfügbare Druckwasserenergie durch
Steuerung der Düsen auf sie konzentriert wird.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird zwischen die
Schritte (b) und (c) folgender Schritt eingeschaltet= (bI) Der Raum zwischen jedem
Gründungskörper und dem tragfähigen Meeresboden wird durch gesteuerte Beaufschlagung
der Düsen mit Druckwasser von Mud freigespült.
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Dieses Freispülen kann also erfolgen, nachdem die vertikale Absetzbewegung
des Bauwerks im wesentlichen schon abgeschlossen ist. Das Freispülen dient dazu,
Mudreste aus dem erwähnten Raum weitestmöglich zu entfernen, bevor Schüttgut zur
Fundamentierung in den Raum eingebracht wird. Dieses Einbringen kann erfindungsgemäß
so geschehen, daß im Schritt (c) Fundamentschüttgut von der Mitte jedes Gründungskörpers
konzentrisch nach außen fortschreitend in den Raum zwischen dem Gründungskörper
und dem tragfähigen Meeresboden eingebracht wird. durch lassen sich Mudreste verhältnismäßig
leicht und vollstandig durch das Fundamentschüttgut nach außen hin verdrängen, so
daß die fertige Fundamentschüttung einen verhältnismäßig sehr geringen Mudanteil
aufweist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden im Schritt (b) die
GrEndungskörper in definierten Kontakt mit dem tragfähigen Meeresboden gebracht
und im Schritt (c) mit Schüttgut überschüttet. Hier nehmen also die Gründungskörper
nach Herstellung des definierten Kontakt es auch seitliche Schubkräfte des Bauwerks
auf und übertragen sie in den tragfähigen Meeresboden. Diese Überschüttung der Grundungskörper
mit Ballastschüttgut sichert zum einen die Verankerung der Gründungskörper im tragfähigen.
Meer esboden und kann zum anderen nach oben gerichtete Zugkräfte aufnehmen, die
durch das Bauwerk über die Gründungskörper in die Ballastschüttung eingeleitet werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite jedes Gründungskorpers eine oder
mehrere mit Druckwasser beaufschlagbare Düsen angeordnet sind. Wenn diese Düsen
verhältnismäßig weit nach unten hin vorstehen können sie durch Versteifungen gegenüber
einander und/oder gegenüber dem Gründungskörper in ihrer Lage gesichert sein.
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Die Düsen können nach einer Ausführungsform der Erfindung auch unterschiedlichen
Höhenabstand von dem zugehörigen Gründüngskörper aufweisen. Dies erleichtert das
Freispülen des Raumes unterhalb des Gründungskörpers von Mudresten.
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Der-gezielten Mudentfernung aus dem Bereich der Gründungskörper dient
es auch, wenn erfindungsgemäß jede Düse eine oder mehrere seitlich gerichtete Düsen
öffnungen aufweist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Jeweils
mit Düsen ausgerüstete Gründungskörper zu einer Gründungseinheit zusammengesetzt.
Eine solche Gründungseinheit kann z .3. an einem Bein einer Bohr- und Produktionsplattform
vorgesehen sein.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ragen über jeden
Gründungskörper oder jede Gründungseinheit ein oder mehrere Sahubkörper nach unten
hinaus, die ebenfalls mit Druckwasser beaufschlagbare Düsen aufweisen. Hierdurch
findet eine Funktionstrennung insofern statt, als der oder die Schubkörper bestimmungsgemäß
seitliche Schubkräfte des Bauwerks in den Meeresboden übertragen und andererseits
die Gründungskörper im wesentlichen vertikale Kräfte des Bauwerks in den Meeresboden
einleiten.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Düse über eine
Leitung mit einem Verteiler verbunden, der durch eine Versorgungsleitung mit Druckwasser
belieferbar ist, wobei in dem Verteiler jeder Leitung eine Vorrichtung zur wahlweisen
Drosselung oder vollständigen Absperrung der zugehörigen Leitung zugeordnet ist.
Damit läßt sich die Energie des Druckwassers nach Bedarf örtlich gezielt konzentrieren,
um besondere Spüleffekte zu erzielen.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich jeder
Gründungskörper nach unten konisch.
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Dadurch entsteht gewissermaßen eine Pfeilung, die den Gründungskörper
leichter durch die Mudschicht hindurchdringen läßt. Diesem Ziel dient es auch, wenn
erfindungsgemäß jeder Gründungskörper seinen Strömungswiderstand herabsetzende Durchbrechungen
aufweist. Diese Durchbrechungen können von Meerwasser und verflüssigtem Mud durchströmt
werden. Zur Erhöhung der Stabilität kann erfindungsgemäß jeder Gründungskörper gewellt
ausgebildet und mit axial verlaufenden Versteifungen versehen sein.
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Nach einer Aüsfuhrungsform der Erfindung weist jeder Gründungskörper
eine Düse in Gestalt eines zentralen, axial durchgehenden Rohres auf. Dabei kann
es sich z.B.
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um ein Eckrohr eines als Gitterfachwerk ausgebildeten Beines einer
Bohr- und Produktionsplattform handeln.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch das untere Ende
eines Beines einer Bohr- und Produktionsplattform gemäß Linie I-I in Fig. 2, Fig.
2 die Ansicht gemäß Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 Versteifungen zwischen benachbarten
Düsen, Fig. 4 die Ansicht gemäß Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 die Schnittansicht
nach Linie V-V in Fig. 4 in vergrößerter Darstellung; Fig. 6 einen schematischen
Längsschnitt durch einen Verteiler Wr Druckwasser, Fig. 7 eine andere Ausführungsform
eines Beines einer Bohr- und Produktionsplattform in fertig gegründetem Zustand,
Fig. 8 die Ansicht gemäß Linie VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 einen Längsschnitt durch
einen Gründungskörper gemäß Fig. 7 in vergrößerter Darstellung gemäß Linie IX-IX
in Fig. 10, Fig. 10 die Schnittansicht nach Linie X-X in Fig. 9 und Fig. 11 die
Schnittansicht nach Linie XI-XI in Fig 10 in vergrößerter Darstellung.
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Fig. 1 zeigt ein Bein 20 einer Bohr- und Produktionsplattform mit
Eckrohren 23, 24 und 25, an denen jeweils unten ein Gründungskörper 27, 28 und 29
befestigt ist.
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An dem Bein 20 stützt sich ein zentrales Rohr 30 ab, das unten mit
einem Schubkörper 33 ausgerüstet ist, der nach unten hin über diemurnfer 27 bis
29 vorsteht.
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Alle Gründungskörper 27 bis 29 sind zu einer Gründungseinheit 35
zusammengefaßt und mit einer aus Fig. 2 erkennbaren gemeinsamen Umrandung 37 versehen.
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Jeder Gründungskörper 27 bis 29 ist an seiner Unterseite mit vorstehenden
Düsen 40 versehen, aus denen Druckwasser in Richtung von Pfeilen 41 ausströmt. Es
können auch noch weitere Düsen 43 vorgesehen sein, die nicht oder kaum über die
untere Oberfläche der Gründungskörper 27 bis 29 hervorragen und dem Zweck dienen,
den Raum unmittelbar unterhalb der Gründungskörper von Mud 45 freizuspülen, der
in einer Schicht auf dem tragfähigen Meeresboden 50 lagert.
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Auch der Schubkörper 33 ist an seiner Unterseite mit Düsen 53 ausgestattet,
denen Druckwasser in Richtung von Pfeilen 55 entströmt.
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Die Düsen 40 und 43 sind Jeweils über eine Leitung 57, von denen
in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nur eine dargestellt ist, mit einem
Verteiler 60 verbunden, dessen Aufbau im einzelnen Fig. 6 zu entnehmen ist. Der
Verteiler speist ferner über eine Leitung 61 das Rohr 30 und damit die Düsen 53
in steuerbarer Weise mit Druckwasser.
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Wenn zum Zwecke der Aufstellung und Gründung- der Bohr- und Produktionsplattform
das Bein 20 gesteuert und langsam dem Mud 45 von oben genähert wird, wird dem Verteiler
60 durch eine Versorgungsleitung 63 z.B. von einem nicht gezeichneten Arbeitsdeck
der Plattform aus, Druckwasser zugeführt, das der Verteiler gesteuert auf die einzelnen
Düsen 40, 43 und 53 verteilt. Das die Düsen verlassende Druckwasser dringt in den
Mud 45 ein und verflüssigt den Mud zum Abtransport.Der so verflüssigte Mud wird
mehr und mehr durch das nachdrückende Druckwasser verdrängt und seitlich unter der
Gründungseinheit 35 ausgetrieben. Dieser Vorgang kann z.B. dadurch gefordert werden,
daß durch entsprechende Steuerung des Verteilers 60
die Düsen 40
und 43 ausgehend von der Mitte der Gründungseinheit 35 nach außen hin in Folgeschaltung
beaufschlagt werden, so daß eine konzentrische Welle verflüssigten Muds 45 nach
außen hin ausgetrieben wird.
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Auch der Schubkörper 33 spült sich mit seinen Düsen 53 den Weg nach
unten durch den Mud 45 frei bis er durch Steigerung der Auflast des Beines 20 vollständig
in den tragfähigen Meeresboden 50 eingedrückt ist. Dies ist im wesentlichen die
axiale Endstellung des Beines 20, in der sich die Gründungskörper 27 bis 29 noch
in einem gewissen Abstand von dem tragfähigen Meeresboden 50 befinden. Der Zwischenraum
zwischen den Gründungskörpern 27 bis 29 und dem tragfähigen Meeresboden 50 wird
dann in hier nicht naher beschriebener Weise mit Fundamentschüttgut ausgefüllt.
Schließlich wird von oben auf die Gründungskörper 27 bis 29 noch Ballastschüttgut
zur Überdeckung der gesamten Gründungseinheit 35 aufgegeben. Sowohl das Fundamentschüttgut
als auch das Ballastschüttgut verdrängen jeweils noch vorhandene Mudreste selbsttätig
nach außen, so daß die Schüttungen im wesentlichen frei von Mudresten sind.
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Gemäß den Fig. 3 und 4 sind zur Versteifung Rippen 65 zwischen den
Düsen 40 eingeschweißt.
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Gemäß Fig. 5 weist jede Düse 40 ein Rohr 67 auf, in das unten ein
Leitkörper 69 mit mehreren seitlich gerichteten DüsenöfRn~ungen 70 eingeschweißt
ist.
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In Fig. 6 sind Einzelheiten des Verteilers 60 dargestellt. In einem
Gehäuse 73 sind Stellmotoren 75 montiert, die mit Spindeln abgedichtet durch einen
Zwischenboden 77 des Gehäuses 73 hindurchragen. Am unteren Ende jeder Spindel befindet
sich ein Ventilkörper 79, der in Eingriff mit einem jeweils an den Leitungen 57
und 61 befestigten Ventilsitz 80 bringbar ist.
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Die Versorgungsleitung 63 führt bis zu einem nicht dargestellten
Arbeitsdeck der Bohr- und Produktionsplattform hinauf und ist dort mit einem Manometer
82 versehen. Über ein Kabel 83 wird der Verteiler 60, z.B.
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von dem vorerwähnten Arbeitsdeck aus, mit Energie und Steuersignalen
versorgt. Eine Leitung 85 überträgt von dem Verteiler 60 z.B. zu dem vorerwähnten
Arbeitsdeck Signale, die Auskunft über die axiale Stellung jedes Ventilkörpers 79
relativ zu seinem Ventilsitz 80 geben.
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Damit haben die Bedienungspersonen auf dem Arbeitsdeck einen vollständigen
Überblick über den Öffnungszustand aller Ventile in dem Verteiler 60.
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Wenn nun beim Durchdringen des Muds 45 Widerstände an einem Bein
auftreten, kann zur Lokalisierung und Beseitigung dieser Widerstände in folgender
Weise vorgegangen werden: Es werden zunächst sämtliche Ventile 79, 80 innerhalb
des Verteilers 60 geschlossen. Dann wird ein Ventil nach dem anderen geöffnet und
für jedes Ventil der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 63 an dem Manometer
82 abgelesen. Ein geringer Druckwert an dem Manometer bedeutet, daß die zu dem betreffenden
Ventil 79, 80 gehörende Düse frei ist, sich dort also kein Widerstand im Mud 45
befindet. Wenn dagegen der Druckwert an dem Manometer 82 verhältnismäßig hoch liegt,
deutet dies auf Strömungswiderstände an der zugehörigen Düse hin.
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Auf diese behinderte Düse kann dann die gesamte Druckwasserenergie
konzentriert werden, was in allen praktisch denkbaren Fällen die Beseitigung des
Hindernisses vor dieser Düse zur Folge haben wird.
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Die Ventile 79, 80 in dem Verteiler 60 können auch nach einem bestimmten
Plan einzeln und/oder gruppenweise nach einem bestimmten Plan geöffnet und geschlossen
werden, woraus sich ein entsprechender Beaufschlagungsablauf an den zugehörigen
Düsen ergibt. In jedem Fall läßt sich durch diese differenzierte Steuerung und
Beaufschlagung
der Düsen eine schnelle und vollständige Verdrängung des Muds 45 aus dem Bereich
der Gründungseinheit 35 hinaus erreichen.
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Fig. 7 und 8 zeigen ein anderes Bein 90 einer Bohr-und Produktionsplattform
mit drei durchgehenden Eckrohren 93, 94 und 95. Am unteren Ende jedes Eckrohres
93 bis 95 ist ein Gründungskörper 97, 98 und 99 befestigt, der sich nach unten hin
konisch verJüngt. Die dadurch entstehende, nach unten gerichtete Spitze erleichtert
das Durchdringen des Muds 45 und auch das ganze oder teilweise Eindringen der Gründungskörper
97 bis 99 in den tragfähigen Meeresboden 50.
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Jedes Eckrohr 93 bis 95 bildet an seinem unteren Ende eine Düse 100,
101 und 102, von denen aus sich durch die Eckrohre 92 bis 95 zugeführtes Druckwasser
in Richtung der in Fig. 8 eingetragenen Pfeile verteilt und dadurch den thd 45 verwässert
und verdrängt.
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Wenn sich die Grtindungskörper 97 bis 99 genügend in den tragfähigen
Meeresboden 50 eingedrückt haben, wird in Richtung eines Pfeiles 105 Ballastschüttgut
107 oben auf die Gründungskörper 97 bis 99 geschüttet, bis sich der in Fig. 7 eingezeichnete
Schüttkegel ausgebildet und den Mud 45, ausgehend von der Mitte des Beines 90, nach
außen hin verdrängt hat. Das Ballastschüttgut kann z.B. aus Kies und/oder Sand bestehen.
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In Fig. 9 ist der Eckstiel 93 unten mit einer Düse 110 ausgerüstet,
die eine senkrecht nach unten abstrahlende Düsenöffnung 113 und eine Anzahl über
den Umfang verteilte, nach außen abstrahlende Düsenöffnungen 115 aufweist.
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Die Düsenöffnung 113 sitzt in einer Querwand 117 des Eckrohres 93.
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An dem Eckrohr 93 ist ein Gründungskörper 120 befestigt, der oben
eine in Umfangsrichtung gewellte und nach unten hin gepfeilte Platte 123 aufweist.
Die Platte 123 weist gemäß Fig. 10 Durchbrechungen 125 auf, die den Strömungswiderstand
der Platte 123 herabsetzen.
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Zur Versteifung trägt wie Platte 123 an ihrer Unterseite radial verlaufende
Stege 127, an denen unten jeweils eine auch in einer Radialebene verlaufende Rippe
129 befestigt ist. Die Steitigkeit der Konstruktion wird noch durch Spanten 130
und 131 erhöht, die gemäß den Fig. 10 und 11 jeweils zwischen benachbarten Stegen
127 und Rippen 129 eingeschweißt sind.
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Über einen nicht gezeigten Verteiler können die Eckrohre 93 bis 95
einzeln oder in Kombinationen zu Je zweien oder gemeinsam mit Druckwasser beaufschlagt
werden.
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So läßt sich auch hier die Druckwasserenergie bei Bedarf örtlich konzentrieren.
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L e e r s e i t e