DE2831591C2

DE2831591C2 - Röhrenmatte zur Verwendung als Absorber für Sonnenkollektoren

Info

Publication number: DE2831591C2
Application number: DE2831591A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Spring Glen N.Y. Krulik; Michael F. Zinn
Original assignee: Besicorp Group Inc Ellenville Ny Us; Besicorp Group Inc Ellenville NY
Current assignee: Besicorp Group Inc Ellenville Ny Us
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE2831591A1; FR2487497B1; FR2412793A1; GB2001406A; FR2412794A1; FR2411376A1; FR2412794B1; FR2412793B1; FR2487497A1; GB2001406B; US4176654A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röhrenmatte zur Verwendung als Absorber für Sonnenkollektoren, bestehend aus einer langgestreckten aufrollbaren Matte aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, einstückig miteinander zusammenhängenden Röhren.

Eine aus der US-PS 38 59 980 bekannte Röhrenmatte dieser Art ist aus Bahnen von Kunststoffolien hergestellt, die zur Bildung der Röhren entlang paralleler Linien miteinander verschweißt werden, und wobei der gesan:te Absorber einschließlich der mit den Röhren auf nicht näher beschriebene Weise verbundenen Vor- und Rücklaufsammelleitungen sowie weiterer Abdeckfolien eine fabrikmäßig vorgefertigte Einheit bildet Hierdurch liegt die Form und Größe der Röhrenmatte durch die fabrikmäßige Vorfertigung fest Es ist nicht möglich, Form und Abmessungen der Röhrenmatte vor Ort an die Gegebenheiten z. B. einer Dachfläche, auf der der Sonnenkollektor installiert werden soll, anzupassen.

Entsprechendes gilt auch von einem aus DE-GM 76 30 581 bekannten, aus Kunststoffolien hergestellten Absorber für einen Sonnenkollektor, bei dem die durch Schweißnähte voneinander abgetrennten Röhren einstückig mit der Vor- und Rücklaufsammelleitung zusammenhängen und ein vorgefertigtes Element von festliegender Form und Abmessung bilden. Auch bei einem aus der DE-OS 25 28 267 bekannten Sonnenkollektor bilden die Röhren mit den Sammelleitungen einen cinstüekigen vorgefertigten, starren Körper aus Kunststoff, der zusätzlich in einem Kasten mit Abdeckscheibe angeordnet ist. In all diesen Fällen entstehen Einheiten mit vorgegebenen Rastermaß, wobei eine Anpassung des gesamten Sonnenkollektors an eine Verlegefläche nur umständlich und unvollständig durch entsprechendes Verlegen mehrerer solcher Rastereinheiten nebeneinander möglich ist. Eine Anpassung an vom Rastermaß abweichende Abmessungen oder Formen der zur Verfügung stehenden Fläche ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Absorber eines auf Dächern oder dgl. Verlegeflächen zu verlegenden Sonnenkollektors so zu gestalten, daß eine Fertigstellung aus vorgefertigtem Material in optimaler Anpassung an Abmessung und Form der Verlegefläche erfolgen kann und die Verlegung sehr einfach ist und auch von ungeübten Arbeitskräften durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Röhrenmatte der angegebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenmatte ein extrudiertes Profil beliebiger Länge aus EPDM-Kautschuk oder ähnlichem kautschukartigem Material ist und die Röhren unmittelbar oder über Abstandsstege miteinander verbunden sind, und daß die Röhren voneinander oder von den Abstandsstcgcn durch Abziehen von Hand in Längsrichtung der Röhrenmatte abtrennbar sind.

Das erfindungsgemäß fabrikmäßig vorgefertigte Produkt ist nicht ein fertiger Absorber von festliegenden Abmessungen sondern eine Röhrenmatte von beliebiger Länge, die entsprechend den jeweiligen Abmessungen des Verlegungsortes auf die gewünschte Länge und ggf. Form zugeschnitten und dann durch verbindende Röhren mit Vor- und Rücklaufsammelrohren zum fertigen Absorber montiert und verlegt werden kann. Das Abziehen der Röhren voneinander und/oder von den Stegen von Hand ermöglicht es in einfachster Weise,

bo nach dem Zuschneiden der Röhrenmatte die Enden der Röhren freizulegen, um sie durch einfache Steckverbindung mit den Sammelrohren zu verbinden. Alle diese Arbeiten können vor Ort oder jedenfalls in einfachsten Handwerksbetrieben anhand der vom Kunden ge-M wünschten Abmessungen und Formen durchgeführt weiden. F.s ist nicht erforderlich, komplett vorgefertigte Absorber von bestimmter Größe oder in mehreren verschiedenen Größen ;uif Lager zu halten. Die die Röhren

verbindenden Stege haben den weiteren Vorteil, daß in ihrem Bereich eine sehr einfache Befestigung der Röhrenmatte auf der Verlegefläche möglich ist, ohne daß eine Gefahr der Beschädigung der Röhren besteht

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an der Unterseite der Röhrenmatte in deren Längsrichtung verlaufende hinterschnittene Ausnehmungen ausgebildet, insbesondere durch gegeneinander gerichtete, aus dem flexiblen Material der Röhrenmatte einstückig ausgebildete Vorsprünge:. In diese hinterschnittenen Ausnehmungen kann ein Befestigungsmittel in Form eines aushärtenden Bindemittels eingreifen, um die Röhrenmatte formschlüssig an der Verlegefläche zu verankern. Es ist hierbei nicht erforderlich, ein mit dem Material der Röhrenmatie eine Klebverbindung eingehendes Klebmittel zu verwenden. Bei Verwendung eines an der Röhrenmatte nicht haftenden Bindemittels wird eine formschlüssige, aber lösbare Befestigung erzielt.

Die Befestigung eines Streifens aus flexiblen Materials auf einer Verlegefläche mittels eines aushärtenden Bindemittels, das in hinterschnittene Ausnehmungen an der Unterseite des Streifens eintritt, ist an sich aus der GB 5 13 690 bekannt Es handelt sich hierbei jedoch um einen Markierungsstreifen für Straßen- oder Sportplatzbeläge, nicht aber um eine Röhrenmatte für einen Sonnenkollektor. Aus der DE-AS Jl 18 954 ist eine Dachabdeckung aus extrudierten, starren Bauelementen, die aus parallelen Röhren und den verbindenden Abstandsstegen besteht, bekannt, bei der an der Unterseite der Elemente hinterschnittene, von gegeneinander gerichteten Vorsprüngen gebildete Ausnehmungen vorgesehen sind, in welche T-förmige Köpfe von Befestigungselementen eingreifen können, mit denen die Bauelemente an der tragenden Dachkonstruktion befestigt werden.

Ein aus der erfindungsgemäßen Röhrenmatte hergestellter Absorber für Sonnenkollektoren, bei dem die Enden der Röhren mit zwei Sammelrohren für Vor- und Rücklauf verbunden sind, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Sammelrohren verbundenen Enden der Röhren durch Abziehen voneinander und/oder von den Abstandsstegen freigelegt und mit den Sammelrohren durch Steckverbindungen verbunden sind. Eine besonders vorteilhafte Anordnung erhält man, wenn nur an einem Ende der Röhrenmatte oder der Röhrenmatten die freigelegten Enden der Röhren alternieren mit dem einen oder anderen Sammelrohr verbunden sind, während am anderen Ende der Röhrenmalte oder Röhrenmatten die Röhren durch in Mattenebenen liegende gekrümmte Röhrenabschnitte paarweise miteinander verbunden sind. Man vermeidet dadurch die bei allen bekannten derartigen Sonnenkollektoren auftretende Schwierigkeit, daß Vor- und Rücklaufsammelleitung an den voneinander entfernten Enden einer Dachfläche oder dgl. angebracht werden müssen. Be: der erfindungsgemäßen Anordnung können Vor- und Rücklaufsammelleitung an einem Ende des Daches zusammen verlegt werden.

Ausführungsformen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf einen aus erfindungsgemäßen Ruhrenmatten zusammengesetzten, fertig verlegten Absorber eines Sonnenkollektors;

Fig. 2, 2a und 2b Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen dir erfindungsgemäßen Röhrenmatte bei einer Schnittführung entlang der linie 1-1 in Fig. 1;

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Verbindung der Röhren mit Sammelrohren an einem Ende der erfindungsgemäßen Röbrenmatte;

F i g. 4 die Verbindung benachbarter Röhren am anderen Ende der Röhrenmatie.

Ein typischer erfindungsgemäßer Sonnenkollektor kann ungefähr 1,20 bis 1,50 m brett sein >md fast jede gewünschte Länge haben, z.B. 18m. Starre Elemente ίο oder auch komplett vorgefertigte flexible Kollektoren von großer Länge wären außerordentlich schwierig herzustellen, zu transportieren und zu handhaben, und die Zusammenstellung aus zahlreichen kleineren Elementen würde eine große Anzahl von Verbindungen erforderlich machen, die dann abgedichtet und auch auf irgendwelche Weise befestigt werden müßten. Der in F i g. 1 gezeigte Kollektor ist nur der Einfachheit halber mit einer Länge dargestellt, die nur ungefähr zweimal so groß wie die Breite ist. Der Sonnenkollektor kann z. B. auf der Oberfläche eines geneigten oder flachen Daches, verlegt werden, wobei die Oberfläche irgendeine übliche Dachhaut z. B. aus Asphaltschindeln, Dachpappe oder Dachziegeln aufweisen kann. Der Kollektor muß jedoch nicht auf einer Dacheindeckung angebracht werden, sondern kann auch z. B. von einer Grundfläche aus Sperrholz oder einer anderen Absteifung getragen werden, wie sie zum Tragen einer Dacheindeckung benutzt wird.

Die Verlegung des Sonnenkollektors auf dem Dach wird dadurch begonnen, daß ein gewünschter z. B. rechteckiger Bereich der Dacheindeckung oder der darunterliegenden Stützfläche mit einer isolierenden Unterlage bedeckt wird. Diese kann eine oder mehrere Platten von Isolierpappe umfassen, die Seite an Seite auf das Dach aufgenagelt oder auf andere Weise darauf befestigt sind; in der F i g. 1 ist dagegen angenommen, daß die Unterlage aus einer Vielzahl von Blöcken 12 besteht, die auf der Dachoberfläche durch eine Klebeoder Kittschicht befestigt sind. In F i g. 1 sind Teile der Röhrenmatten 16, die die Blöcke 12 nach Beendigung der Installation bedecken, teilweise weggeschnitten gezeigt, um mehrere Blöcke 12 sichbar zu machen. Die Blöcke 12, die z. B. ca. 4 cm dick und z. B. 45 · 60 cm oder z. B. 30 · 45 cm groß sein können, bestehen aus starrer Glasisolierung mit geschlossenen Zellen, wie z. B. aus Schaumglas oder aus Fiberglas oder Polyurethanschaum; sie können leicht auf einer Schicht von Kleber ode/ Gußasphalt 11 durch Nichtfachleute ohne Benutzung irgendwelcher speziellen Werkzeuge verlegt werden und können auch leicht auf der Baustelle zersägt werden, um verschiedene Kollektorgrößen zu ermöglichen.

Es werden dann quer zu den Röhrenmatten verlaufende Streifen eines Bindemittels 15 aus Kitt oder KIeber aufgebracht, die typischerweise ein Vielfaches von 30 cm voneinander entfernt sind und ungefähr 1 — 1,5 cm breit sind, und zwar auf die obere freiliegende Oberfläche der Blöcke 12. In Fig. 1 sind nur zwei solcher Streifen eines Bindemittels 15 gezeigt. Die mehr ω oder weniger biegbaren Röhrenmatten 16 werden dann parallel zueinander auf diese Streifen gelegt. Wie am besten in F i g. 2 gesehen werden kann, besteht jede Röhrenmatte 16 aus einem einstückigen Strangpreßprofil mit einer Anzahl von hohlen Röhren 18, die paral-IeI zueinander verlaufen und durch Abstandsstege 19 miteinander verbunden sind. Jede Röhrenmatte 16 besteht aus einem EPDM (Äthylen-Propylen-Dienmonomer oder Terpolymer)-Elastomer oder einem Kunst-

kautschuk. Die in Fig. 2 gezeigte Röhrenmatte ist ein Streifen von ca. 10 cm Breite der acht Röhren 18 aufweist; es können jedoch auch breitere oder schmalere Streifen mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Röhren benutzt werden. Die Röhren haben vorzugsweise gleiche Abstände voneinander. Wenn acht Röhrenmatten 16 parallel zueinander wie in F i g. 1 ausgelegt werden, würden dann 64 Röhren parallel zueinander in dem Kollektor verlaufen. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, hat jede Röhre vorzugsweise einen leicht elliptischen Querschnitt und ist etwas breiter als hoch. Eine solche Anordnung hat gegenüber kreisförmigen Röhren den Voneil, daß sie eine größere Strahlungsempfangende Oberfläche darbieten, wobei gleichzeitig die Querschnittsfläche der Röhren und damit die Strömung des Fluids etwas verringert wird. Es ist jedoch auch eine Röhrenmatte mit kreisförmigen Röhren (F i g. 2a) gut verwendbar. Bei abgeflachten Röhren (F i g. 2) können die inneren Abmessungen jeder Röhre ungefähr 3 mm und 6 mm sein. Obwohl die Röhren im entspannten Zustand abgeflacht sind, kann jede Röhre an den Enden leicht verformt werden, so daß ein runder Röhrennippcl fest in das Ende der Röhre paßt, um eine fluiddichte Verbindung herzustellen. Die Röhren mit kreisförmigem Querschnitt (F i g. 2a) können z. B. einen inneren Durchmesser von ungefähr 5 mm und einen äußeren Durchmesser von ungefähr 8 mm haben. Solche Röhrenmatten können ohne weiteres in praktisch unbegrenzten Längen, wie z. B. einem Vielfachen von 30 m extrudiert und dann aufgerollt werden, so daß ein Transport zum Installationsort in kompakter Form möglich ist. Die extrudierte Röhrenmatte kann leicht mit einem Messer oder einer Schere auf die gewünschte Länge abgeschnitten werden. Jede Röhrenmatte sollte an die Blöcke 12 angeklebt werden, so daß die Röhren flach liegen, und zwar unabhängig von der Neigung der Verlegefläche und auch unabhängig von einer etwaigen Rückfederung der Röhrenmatte nach dem Ausrollen. EPDM-Kautschuk kann jedoch nur sehr schwierig an anderen Materialien angeklebt oder mit diesen verbunden werden; verschiedene Klebstoffe, die eine geeignete mechanische Verbindung schaffen können, sind ungeeigr.et, da sie die Qualität des EPDM-Kautschuks verschlechtern. Es ist daher eine sich nach innen erweiternde oder hinterschnittene Ausnehmung oder mehrere solcher Ausnehmungen entlang der Gesamtlänge der extrudierten Röhrenmatte vorgesehen. In F i g. 2 sind zwei solcher Ausnehmungen 20 an der unteren Seite der Röhrenmatte 16 gezeigt, bei denen zwei Vorsprünge 21 teilweise gegeneinander gerichtet sind, um eine Öffnung jeder Ausnehmung zu bilden, die enger ist als die Breite der Ausnehmung oberhalb der Öffnung.

Wenn die Röhrenmatten 16 nacheinander ausgelegt sind, werden sie schließlich alle Streifen aus Bindemittel

15 bedecken. Da nunmehr kein Bindemittel oder Gußasphalt freiliegt kann man bequem auf den Röhrenmatten herumgehen, ohne seine Schuhe zu beschmutzen und Bindemittel auf die Dachabdeckung zu verschleppen, und man kann Bretter oder ähnliches über die Röhrenmatten 16 legen, um sie an ihrem Ort festzuhalten, während das Bindemittel abbindet ohne die Bretter mit Bindemittel zu beschmutzen. Wenn eine Röhrenmatte

16 auf einen Querstreifen von Bindemittel 15 gedruckt wird, drückt sich das Bindemittel in einen Teil der Ausnehmung 20, um eine verhakende Verbindung zu schaffen. Nachdem das Bindemittel abgebunden bzw. gehärtet ist hält die verhakende Wirkung des Bindemittels innerhalb der Ausnehmung die Röhrenmatte sicher auf den Blöcken 12 fest, obwohl sich das Bindemittel selbst nicht klebend mit dem EPDM-Kautschuk der Röhrenmatte verbindet. Vorteilhafterweise ist eine solche Befestigung der Röhrenmatten an den Blöcken 12 jedoch nicht vollständig unlösbar, sondern die Röhrenmatten 16 können bei Bedarf entfernt werden, um sie zu ersetzen oder zu reparieren, indem sie einfach nach oben gezogen wird, wobei die Vorsprünge 21 nachgeben, so daß die Bindemittelteile aus den Ausnehmungen heraustreten können. Durch eine solche Entfernung wird die Röhrenmatte nicht beschädigt.

Während die Röhrenmatte 16 zwei hinterschnittene Ausnehmungen 20 an ihrer Unterseite aufweist (F i g. 2), können mehrere (oder wenigere) solcher Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei es allgemein erstrebenswert ist, dali breitere Matten mit einer größeren Anzahl von Röhren mehrere solcher Ausnehmungen aufweisen.

Die Oberseite des Kollektors kann durch eine durchsichtige oder lichtdurchlässige Platte 22 oder mehrere solcher Platten 22 abgedeckt sein, die oberhalb der EPDM-Röhrenmatte durch Seiten- und Endleisten in einem Abstand gehallen werden und durch Strangpreßprofile 24 eingefaßt sind. Die Platten 22 sind vorteilhafterweisc glasfaserverstärkte Acrylplatten oder PoIyesterplatten, die gut isolierend, verhältnismäßig bruchsicher und biegbar sind, so daß sie zum Transport zu einer Baustelle aufgerollt werden können. Das Acryl ist auf Rollen von 15 m Länge bei einer Breite von 1,20 m oder 1,50 m erhältlich, so daß ein einziges von einer solchen Rolle abgeschnittenes Stück für die gesamte Oberfläche von Sonnenkollektoren vieler verschiedener Größen benutzt werden kann. Es können jedoch auch mehrere getrennte Stücke solchen Acrylmaterials gegeneinandergesetzt werden und durch einen darübergeiegten Streifen 31 desselben Acrylmaterials abgedichtet sein.

An einem Ende des Sonnenkollektors sind die Röhren jeder Röhrenmalte 16 paarweise miteinander durch kleine U-förmig gekrümmte Röhrenabschnitte 26 von einem Kupfer- oder Kunststoffrohr miteinander verbundcn (Fig. 4), so daß Wasser, das durch eine Röhre in den Kollektor fließt durch eine benachbarte Röhre aus dem Kollektor wieder herauskommt. Da die Röhren jedes Paares nahe beieinander liegen und eine Wärmeübertragung zwischen diesem Paar stattfinden kann, wird eine relativ gleichmäßige Temperatur durch den gesamten Kollektor erreicht. Am anderen Ende des Kollektors ist eine Röhre 18 jedes Paares mit einem Vorlaufsammelrohr 28 und die andere Röhre 18 jedes Paares mit einem Rücklaufsammelrohr 29 verbunden (Fig. 3). Die Sammelrohre 28 und 29 können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, wie z. B. Kupfer, Kunststoff oder Kautschuk; wobei jedes Sammelrohr mit einer Vielzahl von Nippeln versehen sein kann, die sich in die Röhren 18 der Röhrenmatten 16 erstrecken und darin durch einfache Schlauchschellen festgeklemmt sind Die Sammelrohre 28 und 29 verlaufen auf übliche Weise zu einer Anlage für den Kreislauf des Fluids (nicht gezeigt).
Die Röhrenmatte 16', die in F i g. 3 dargestellt ist ist

bo eine alternative Ausführungsform, die auch in Fig.2b dargestellt ist, bei der die Röhren 18 keine gleichmäßigen Abstände voneinander haben; selbstverständlich können jedoch auch die Röhren der Röhrenmatten, die in den Fig.2 und 2a gezeigt sind ohne weiteres mit Sammelrohren auf gleiche Weise verbunden werden. In F i g. 3 ist gezeigt daß die Röhren 18 von dazwischen befindlichen Abstandsstegen 19' entlang einem kurzen Stück der Röhrenmattc 16' in der Nähe der Sammellei-

tung abgezogen worden sind, und es ist weiter gezeigt, daß jedes Paar von Röhren 18 in der Nähe ihrer Enden voneinander abgezogen sind, um das Anschließen an die Sammelrohre zu erleichtern. Wie in F i g. 2b deutlicher zu sehen ist, weist die dort gezeigte extrudierte Röhrenmatte 16' Paare von Röhren 18 auf, die aneinander anliegen, wobei dazwischen befindliche Abstandsstege 19' sich nach innen erweiternde Ausnehmungen 20' entlang ihrer Unterseiten aufweisen, für die beschriebene Befestigung der Röhrenmatte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Röhrenmatte zur Verwendung als Absorber für Sonnenkollektoren, bestehend aus einer langgestreckten aufrollbaren Matte aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, einstückig miteinander zusammenhängenden Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenmatte (16,16') ein extrudiertes Profil beliebiger Länge aus EPDM-Kautschuk oder ähnlichem kautschukartigem Material ist und die Röhren (18) unmittelbar oder Ober Abstandsstege (19, 19') miteinander verbunden sind, und daß die Röhren (18) voneinander oder von den Abstandsstegen (19, 19') durch Abziehen von Hand in Längsrichtung der Röhrenmatts (16,16') abtrennbar sind.

2. Röhrenmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Röhrenmatte (16, 16') in deren Längsrichtung verlaufende hinterschnittene Ausnehmungen (20, 20') ausgebildet sind.

3. Röhrenmatte nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (20, 20') von gegeneinandergerichteten Vorsprüngen (21) gebildet sind, die an der Unterseite der Röhrenmatte (16, 16') aus dem flexiblen Material einstückig angeformt sind.

4. Röhrenmatte nach Anspruch 2 oder 3, die auf einer Unterlage verlegt und durch Befestigungsmittel gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel aus einem in die hintcrschnittenen Ausnehmungen (20, 20') eingreifenden und aushärtenden Bindemittel (15) besteht.

5. Röhrenmatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (15) auf der Unterlage in Form von quer zu der Röhrenmatte (16, 16') verlaufenden Streifen aufgebracht ist.

6. Aus einer oder mehreren Röhrenmalten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellter Absorber für Sonnenkollektoren, wobei die Enden der Röhren mit zwei Sammelrohren für Vor- und Rücklauf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Sammelrohren (28, 29) verbundenen linden der Röhren (18) durch Abziehen voneinander und/oder von den Abstandsstegen (19,19') freigelegt und mit den Sammelrohren (28, 29) durch Steckverbindungen verbunden sind.

7. Absorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur an einem Ende der jeweiligen Röhrenmatte (16, 16') oder Röhrenmatten (16, 16') die freigelegten Enden der Röhren (18) alternierend mit dem einen oder anderen Sammelrohr (28, 29) verbunden sind, während am anderen Ende der Röhrenmatte oder Röhrenmatten (16, 16') die Röhren (18) durch in Mattenebene liegende gekrümmte Röhrenabschnitte (26) paarweise miteinander verbunden sind.