DE2364983A1

DE2364983A1 - Kolbenverdichterzylinder

Info

Publication number: DE2364983A1
Application number: DE2364983A
Authority: DE
Inventors: Mark Isaakowitsch Frenkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1973-12-28
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2364983B2; DE2364983C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht äich auf das Gebiet des "Verdicht erb aus und genauer auf Kolbenverdichterzylinder.

Die Erfindung kann erfolgreich bei Verdichtern zur ökonomischen stufenlosen Regelung und zur Stufenregelung der Leistung angewendet werden, wobei die Verdichter zum Einsatz in der chemischen Industrie, z.B. in der Stickstoff-Düngemittel- - oder Methanol Industrie, in der öasgewinnungs- und Grasv erarbeitungsind ustrie, z.B. bei der Gas^förderung, und in der Energetik für pneumatische Anlagen bestimmt sind.

Ss ist bereits ein Kolbenverdichterzylinder bekannt, welcher einen längs der Zylinderachse verschiebbaren Kolben so-* wie Saug- und Druckventil β des 2Sylinders enthält» Das Saugventil verbindet den Saugraum des Zylinders mit dem Hubraum des Zylinders und besteht im Grunde genommen aus einem Suckschlag-

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ventil, welches den Strom des zu verdichtenden Mediums nur in der Richtung aus dem Saugraum in den Hubraum des Zylinders gestattet. Das Druckventil verbindet den Druckraum des Zylinders mit dem Hubraum des Zylinders und besteht im Grunde genommen aus einem !Rückschlagventil, welches das Strömen des verdichteten Mediums aus dem Hubraum des Zylinders in den Druckraum gestattet. Das Zylinderventil ist in Form eines Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder, elastischer, verzahnter Ringplatten sowie steifer Ringsitze mit radial angeordneten Kanälen für den Durchstrom des zu verdichtenden Mediums ausgeführt. Das abgeschlossene Volumen innerhalb des Zylinderventils wird teilweise durch einen Verdrängerkegel eingenommen. Letzterer dient zum Vermindern eigentlichen "Zylindertotraums". Der Kolbenverdichterzylinder ist auch mit einem Mittel zum Regeln seiner Leistung versehen. Derartige Mittel sind zur Zeit allgemein bekannt. In den einen Fällen ist dieses Mittel zur Stufenregelung der ZylinderJ.eistung bestimmt. Bs besteht aus einem Behälter mit konstantem Volumen, wobei der Behälterraum mit dem Hubraum des Zylinders durch eine ventilartige Verbindungsleitung verbunden ist. Beim Freigeben der Verbindungsleitung wird der Behälterraum ein Teil des Volumens des Zylinderhubraums und vergrößert den eigentlichen "Zylindertotraam" um das Volumen des Behälters, der als zusätzlicher "Totraum" dient. Beim Verdichten des zu verdichtenden Mediums im Zylinderhubraum strömt ein Teil

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desselben über die Verbindungsleitung in den Behälter, während beim Ausdehnen des verdichteten Mediums das zu verdichtende Medium aus dem Behälter in den Zylinderhubraum zurückkehrt, wodurch es das Volumen des angesaugten und zu verdichtenden Mediums vermindert. Das Vermindern des Volumens des angesaugten, zu verdichtenden Mediums ändert stufenförmig die Verd i cht er-1 e ist ung.

In andern Fällen ist das Mittel zum stufenlosen Regeln der ZyIinderleistung bestimmt. Dieses Mittel besteht aus einem Behälter mit veränderlichem Volumen und ist in 3?orm eines Zylinders ausgeführt, in dem längs seiner Achse ein Kolben verschoben wird. Der Zylinderraum ist mit dem Baum des Verdichterzylinders verbunden und dient als zusätzlicher "Totraum". Beim Verschieben des Kolbens im Zylinder, der als Mittel zum Regeln der Verdichterzylinderleistung dient, wird der zusätzliche "Totraum" geändert. Auf diese Weise wird stufenlos die Leistung des Kolbenverdichterzylinders geregelt.

Die Leistung des VerdichterZylinders wird sprungartig mit Hilfe eines Mittels geregelt, welches aus einem Überströmventil besteht, das den Hubraum des VerdichterZylinders mit dem Zylindersaugraum verbindet. Beim Öffnen des Überströmventils kann das zu verdichtende Medium, welches über das ringförmige Saugventil in den Zylinderhubraum gelangt, ungehindert aus dem Zylinderhubraum in den Saugraum strömen, ohne verdichtet zu werden. Auf diese Weise strömt das zu verdichtende Medium während des ganzen Kolbenhubs aus dem Zylinderhubraum in der

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Richtung, die der Bewegungsrichtung des Kolbens beim Ansaugen entgegengesetzt ist. Folglich gewährleistet das Überströmventil sprunghaften Übergang der Verdichterzylinderleistung von Volleistung auf Nulleistung des Zylinders, d.h. es ändert die Leistung bis vollkommen die Zuleitung von zu verdichtendem Medium aus dem Hubraum des Zylinders in den Druckraum desselben aufhört.

Es ist ein Sachteil des bekannten Kolbenverdichterzylinders, daß am Zylinder außer den Saug- und Druckventilen noch ventilartige Verbindungsleitungen vorgesehen werden müssen, welche den Zylinderhubraum mit einem konstantes Volumen besitzenden Behälterraum oder mit dem Zylindersaugraum verbinden. Dieser Umstand macht nicht nur die Zylinderkonstruktion komplizierter, sondern in einer Reihe von Fällen ist es schwierig, die obenerwähnten Ventile und Leitungen unterzubringen. Daher müssen die Abmessungen der Saug- - und Druckventile sowie der Verbindungsleitungen vermindert werden, wodurch erhöhte gasdynamische Energieverluste hervorgerufen werden, oder die erwähnten Ventile und Leitungen müssen in versetzter Ordnung längs der Zylinderachse angeordnet werden, wodurch die Zylinder abmessungen und das im Verdichterzylinder abgeschlossene Volumen des "Totraums" vergrößert werden, was einen verminderten Füllgrad des Zylinders zur Folge hat. Das Vermindern des Zylinderfüllgrads hat negativen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Verdichterbetriefes

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und dies wiederum macht das Vergrößern der Zylinderabmessungen erforderlich.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten iTachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter zylinder zu. schaffen, welcher die Wirtschaftlichkeit des Kolben^ichters durch die Anordnung des Mittels

des zum Hegeln der Verdichterleistung bezüglich ^ Zylinderventils

erhöht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Kolbenverdichterzylinder, welcher einen längs der Zylinderachse verschiebba ren Kolben, sowie Saugventile des Zylinders, von denen jedes den Saugraum des Zylinders mit dessen Hubraum verbindet und in Form eines Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder, elastischer, verzahnter Hingplatten sowie steifer ßingsitze mit radial angeordneten Kanälen für den Durchstrom des zu verdichtenden Mediums ausgeführt ist, und Druckventile des Zylinders enthält, von denen jedes den Druckraum

eines

des Zylinders mit seinem Hubraum verbindet und in Form Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder, elastischer, verzahnter Ringplatten sowie steifer ßingsitze mit radial angeordneten Kanälen für den Durchstrom des verdichteten Mediums ausgeführt ist, erfindungsgemäß mindestens ein ZyI ind er ventil mit dem an. sich . bekannten

Mittel zum Hegeln der Zylinderleistung versehen ist, wobei das in Achsrichtung bewegliche Element dieses Mittels koaxial mit dem Zylinderventil und innerhalb desselben angeordnet ist.

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Der derartig ausgeführte Kolbenverdichterzylinder hat einen geringeren "Totraum", da als Eanal, welcher das Mittel zum Regeln der Zylinderleistung mit dem Zylinderhubraum verbindet, der Raum innerhalb eines Zylinderventils ausgenutzt wird. Durch Vermindern des "Totraums" wird bekanntlich die Wirtschaftlichkeit des Verdichters erhöht und die Zylinderabmessungen werden vermindert. Hierbei wird auch die Zylinderkonstruktion vereinfacht.

Die relative Lage des Mittels zum Regeln der Zylinderleistung und eines Zylinderventils und zwar die Anordnung eines beweglichen Elements des Mittels zum Hegeln der Zylinderleistung innerhalb eines Zylinderventils vermindert die Zylinderabmessungen, und ermöglicht es, am Zylinder Saug- und Druckventile mit vergrößertem Dur chi aß querschnitt anzubringen, wodurch die gasdynamischen iinergieverluste im Zylinder vermindert werden und folglich auch die Wirtschaftlichkeit des Zylinders sowie des gesamten Verdichters vergrößert wird.

Zweckmäßigerweise wird das bewegliche Element in Form eines Überströmventils ausgeführt, welches den Zylinderhubraum mit einem Behälter verbindet, dessen Raum einen zusätzlichen "Totraum" mit konstantem Volumen bildet.

Eine derartige Ausführung des beweglichen Elements ermöglicht Stufenregelung der Verdichterleistung ohne wesentliche Vergrößerung des eigentlichen "Zylindertotraums", da

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als Kanal, welcher den Behälter mit dem Zylinderhubraum verbindet, der Innenraum eines Zylinderventils verwendet wird. Hierdurch werden auch die Zylinderabmessungen vermindert.

Es wird empfohlen, das bewegliche Element in Form eines Kolbens auszuführen, bei dessen Verschiebung ein Volumen freigegeben wird, welches als regelbarer "Totraum" dient.

Eine derartige Ausführung des beweglichen Elements-gewährleistet stufenloses Regeln der Zylinderleistung. Beim Regelx der Zylinderleistung, wenn der Kolben aus dem Zylinderventil herausgeführt ist, wird der Dur chi aß querschnitt des Kanals innerhalb des Zylinderventils größer, wodurch die gasdynamisch en Euergieverluste im Zylinder vermindert werden. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verdichterbetriebs.

Wünschenswerterweise wird das bewegliche Element in Form eines Ventils ausgeführt, welches den Saugraum des Zylinders mit dessen Hubraum verbindet.

Eine derartige Ausführung des beweglichen Elements gewährleistet Stufenregelung der Zylinderleistung.

Das Anordnen des Ventils im Raum eines Zylinderventils ermöglicht es, seinen Durchlaßquerschnitt zu vergrößern und gleich der Querschnittsfläche des Raums innerhalb des Zylinderventils auszuführen, wodurch bedeutend die gasdynamischen Energieverluste beim Regeln der Zylinderleistung vermindert werden, während beim Zylinderbetrieb mit Volleistung der eigentliche "ZyIindertotraum" im Grunde genommen hier-

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bei nicht vergrößert wird. Auf diese Weise wird die Wirtschaftlichkeit des Verdichterbetriebs während der Ze it spanne, in welcher die Verdichterleistung nicht geregelt wird, erhöht und werden die gasdynamischen Energie Verluste während des Begelns vermindert.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus nach-^ stehenden Ausführungsbeispielen und Zeichnungen verständlicher; es zeigt

fig. 1 in schematischer Barstellung einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolbenverdichter zylinder mit einem Mittel, welehes'Stufenregelung seiner Leistung gewährleistet,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen

die Kolbenverdichterzylinder mit einem Mittel, welches"stufenlosβ Regelung seiner Leistung gewährleistet, und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen

die

Kolbenverdichterzylinder mit einem Mittel, welches^vStufenregelung seiner Leistung mit sprungweisem Übergang von Volleistung auf Hülleistung des Zylinderhubraums gewährleistet.

Der Kolbenverdichterzylinder enthält Saugventil 1 (Fig.l) des Zylinders und Druckventil 2 des Zylinders. Im Zylinderkörper 3 ist ein Kolben 4 so eingesetzt, daß er sich längs der Zylinderachse verschieben kann.

Das Saugventil 1 verbindet den Saugraum 5 des Zylinders

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mit dessen Hubraum 6, während das Druckventil 2 den Hubraum 6 mit dem Druckraum 7 äes Zylinders verbindet. Jedes der Zylinderventile 1 und 2 ist in Form eines Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder, elastischer, verzahnter Ringplatten δ sowie steifer Hingsitze 9 mit Kanälen IO für den Gasdurchstrom ausgeführt. Das Druckventil 2 besitzt einen Verdrängerkegel 11,

Das Saugventil 1 des Zylinders ist mit einem Mittel zum Regeln der Zylinderleistung versehen. Das Mittel zur Stufenregelung der Zylinderleistung besitzt einen Behälter 12, dessen Raum einen zusätzlichen "Totraum" mit konstantem Volumen bildet. Der Behälter 12 ist mit dem Zylinderhubraum 6 durch ein Überströmventil IJ verbunden, welches einen großen Durchlaßquerschnitt besitzt.

Das Überströmventil 13 ist in einen kegelförmigen Teil des Behälters 12 eingebaut, während der kegelförmige Teil des Behälters 12 sich im Raum 15 des Saugventils 1 des Zylinders 1 befindet.

Die Stange 16 des Überströmventils 13 wird von Hand oder durch einen Servomechanismus 1? verschoben.

Der Kolbenverdichterzylinder arbeitet folgendermaßen.

Während des Hubs des Kolbens 4-, durch den das Volumen des ZyIinderhu.braums 6 vergrößert wird, sinkt der Grasdruck

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im Hubraum 6 und infolge des DrueküberSchusses zwischen Saugraum 5 und Hubraum 6 des Zylinders wird das Saugventil 1 geöffnet und Gas strömt aus dem Saugraum 5 in den Hubraum 6 des Zylinders. Zu. Beginn des Hubs des Kolbens 4- in entgegengesetzter Richtung wird das Gas im Zylinderhubraum 6 verdichtet und, wenn der Gasdruck in diesem Raum den Brück im Druckraum 7 überschreitet, wird das Druckventil 2 geöffnet und Preßgas aus dem Zylinderhabraum 6 in den Druckraum 7 gepreßt.

Beim. Regeln der Zylinderleistung öffnet der über die Stange 6 wirkende Servomechanismus 17 das Überströmventil 15. Hiernach strömt während des Verdichtens des Gases im Zylinderhubraum 6 ein Teil des Gases über das Ventil 13 in den Behälter 12.

Während des Ausdehnens des Gases im Zylinderhub raum 6 kehrt das Gas aus dem Behälter 12 in den Zylinderhubraum 6 zurück und füllt einen Teil seines Volumens, wodurch wiederum das Volumen des Gases, welches aus dem Saugraum 5 in. den Zylinderhubraum 6 gelangt, vermindert und auf diese Weise die Verdichterleistung gesenkt wird.

Ss werden, um einen vorgegebenen Regelungsbereich der Leistung zu erreichen, um die Zahl der Regelungsstufen zu erhöhen und auch in einem sehrstufigen Verdichter die Zwischenstufendrücke ändern zu können, die erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtungen für die Leistung an mehreren Ventilen eines oder mehrerer Zylinder einer oder verschiedener Stufen mont iert ·

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Das MIttel zum stuf enlosen Hegeln der Zylinder leistung besitzt einen Zylinder 18 (Fig.2) mit einem Kolben 19, der sich im Zylinder längs dessen Achse verschiebt. lter Kolben 19 wird mit Hilfβ einer Stange 20 verschoben. Der Zylinder 18 befindet sich direkt über dem Zylinderventil 1· Der Kolben 19 ist kegelförmig ausgebildet und tritt bei Volleistung des Verdichterzylinders mit seinem kegelförmigen Teil 21 in den Raum 15 des ZyIInderventils 1 ein. In dieser Stellung ist der Kolben 19 an einen Anschlagbord 22 eines Rings 23 angepreßt. Hierdurch werden Gasleckverluste über Dichtungen 24- des Kolbens 19 verhindert. Zum Verschieben der «Stange 20 dient ein Äandbedienter Mechanismus 25 oder ein Servomechanismus.

Beim Regeln der Verdichterzylinderleistung verschiebt der über die Stange 20 wirkende Mechanismus 25 derartig den Kolben 19, daß sein kegelförmiger Teil 21 aus dem Raum 15 des Zylinderventils 1 austritt und hierdurch das Volumen des "Totraums" im Zylinderhubraum 6 vergrößert.

Während des Verdichtena des Gases im Zylinderhubraum 6 strömt ein Teil des Gases in das durch den Kolben 19 freigegebene Volumen des Zylinders 18 über. Während des Ausdehnens des Gases im Zylinderhubraum 6 kehrt Gas aus dem Zylinder 18 in den Zylinderhubraum 6 zurück und füllt einen Teil seines Volumens, wodurch das Volumen des Gases, welches aus dem Saugraum 5 i^Q den Zylinderhubraum gelangt, vermindert und hierdurch die Verdichterleistung gesenkt wird· Da der Kolben 19 in eine beliebige der möglichen Stellungen im Zylinder

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18 gebracht und in ihr fest ig ehalten werden kann, wird die Leistung des Verdiohterzyiinderg stufenlos in einem Bereich geändert s der vom Volumen abhäagt₉ welches durch den Kolben bei seiner Verschiebung aus einer Grenzlage in die andere Lest immt wird.

Das Mittel zur Stufenregelnag der ZyIinderleistung mit sprungweisem Übergang von Volleistung auf !Solleistung des Zylinderhnbraums 6 ist in -Form @inea Überströmventils 26 (Fig.3) ausgeführt_s welches den Saugraum 5 des Zylinders mit dem Zy-" 1 inderhsiteauia 6 verbindet«

Das Ventil 26 iet direkt über dem Zylinderventil 1 so montiert, daß der kegelfömige Teil seines Irbeitsorgans 27 in den Haom 15 des Zylind©rv©ntils 1 hineinragt, während der Biehtungsbord 28 des Irbeitsorgans 27 sich auf einem Ring 29 abstützt«, der am Zylindern ent il 1 angebracht ist und als Sitz für das Ventil 26 dient. Das Ventil 26 hat Öffnungen 30, welche das Uberströmea ¥on Gas ana dem Zylinderhubraum 6 in den Saugraum 5 ermöglichen. Das Arbeitsorgan 27 des Ventils Ist durch ©ine Stange 31 mit einem Servomechanismus 32 verbunden«, der zum Verschieben des Arbeitsorgans 27 des Ventils 26 dieät«, Der pneumatisch arbeitende Servomechanismus 32 hat einen Hohlraum 3J₉ in dea Preßluft geleitet wird, sowie eine. Membran 34 und ein© Büokführungsfeder 35,

Bei VoBaistung des Verdiohterzylinders steht der Hohlraum 33 ä^s Servomechanismus 32 unter dem Druck von Preßluft.

Dieser Druck wirkt auf die Membran J4 und halt über die Stange Jl das .Arbeitsorgan 27 des Ventils 26 in der ^<

Beim Hegeln der Veraientsrleistung wird der Hohlraum des Servomechanismus 32 mit der lußenluft verbunden und das Arbeitsorgan 27 des "Ventils 26 wird dureh die Rüekfütoungs·* feder 35 so v@rsüiiob®ii_s daß der ^linderliabraiM 6 über die Öffnungen JO mit dem Saugraum 5 verbunden wird« Hierbei strömtj wenn der Kolben 4- in der Eichtung_s in der das ¥olumen des Z^linderhubraums 6 vermindert wird₉ ¥©rsclioben wird_B das Gas aus dem Hubraum 6 ungehindert über di@ Öffnungen 30 in den Saugraum 5j wodurcii vollkommen das Verdichten das Gases im Zylinderhubraum beendet wird und die Leistung dieses Haums sprungsweise von Volle istung auf Hülleistung abfällt» Beim Rückgang vom -riegeln (Leerlauf im Raum 6) zum Volleistungsbetrieb wird wiederum in den Hauia JJ des Servomechanismus 32 unter Druck Luft geleitet, was zur Jfolge hat, daß öffnungen JO des Ventils 26 geschlossen werden und daß das Aufsetzen des Arbeitsorgans 2? auf den Ring 29 Bruckgasleckverlöste über Undichtigkeiten verhinderte

ii)s wird, um den vorgegebenen Arbeitsbereich zu. erreichen und um die Stufenanzahl beim Regeln der Leistung zu vergrößern, um die EnergieVerluste während des Betriebs mit verminderter Leistung oder im Leerlauf zu vermindern und auch um

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bei einem mehrstufigen Verdichter oiine übermäßige Änderung der Zw ischenstuf endrücke die Vorrichtung zum Leistungsregeln verwenden zu. k.önxien_$ letztere aof einem oder mehreren Ventilen eines oder beider ßäume von Zylindern verschiedener Stufen montiert ₉ Ss wird auöix die gemeinsame Verwendung des erfindungsgemäßen Zylinders zusammen mit Vorrichtungen zum Leistungsregeln durch Anschließen ¥on zusätzlichen Räumen mit konstantem oder νeranderliehen Volumen vorgesehen_o

Claims

( IJ Kolbenverdichterzylinderj welcher ©inen längs der Zylinderachse verschiebbaren Kolben sowie Saugventile des Zylinders, von denen jedes den Saugrauia des Zylinders mit dessen Habraum verbindet und in Form eines Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder, elastischer verzahnter Singplatten sowie steifer Ringsitze mit radial angeordneten Kanälen für den Durchstrom des zu. verdichtenden Mediums ausgeführt ist j und Druckventile des Zylinders enthält, von denen jedes den Druokrauxa des Zylindern mit seinem Hubr.aum verhindet und und in Form eines Satzes aufeinander folgender und miteinander wechselnder^ elastischer verzahnter Ringplatten sowie steifer Ringsitze mit radial angeordneten Kanälen für den Dnrchstrom des vardieht©t@n Mediums ausgeführt ist_s dadurch gekennzeichnet,, daß mindestens ein Zylinder ventil (1) mit einem, an sioh bekannten

Mittel zum Regeln der Zylinderleistung versehen ist, wobei das in Achsrichtung bewegliche Element (15» 19j W) dieses Mittels koaxial mit dem Zylinder ventil (1) und innerhalb desselben angeordnet ist.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element in Form eines Überströmventils (13) ausgeführt ist, welches den Zylinderhubraum (6) mit einem Behälter (12) verbindet* dessen Raum einen

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zusätzlichen "Totr&um" mit konstantem Volumen bildet.
3* ^linder nach, Anspruch Ig dad arch g e k e η n- z β i g h η e t_s daß das bewegliche Element in Form eines Kolbens (19) ausgeführt Ist, bei dessen Verschiebung öin Volumen freigegeben wird_s welches als regelbarer zusätzlicher "Totraum" d ient»
4. 2$iindar nach Anspruch l_sdadarch gekenn- z e i eh η e t, claB das baweglioh© Element in Form eines Ventils (,üb; aosgefülirt ist_s welches don Saugraum (5) des 3ylinders lait dessen Hubraoa (6) verbindet.

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