Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho,
Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan
Sprühdüse
Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse, bei welcher ein Eindringen von Trübe in die Düse selbst dann verhindert wird,
wenn die Sprühdüse sich in der Trübe bzw. schlammigen Substanz befindet. Außerdem ist die Erfindung auf eine Vorrichtung gerichtet,
in der solche Sprühdüsen verwendet sind.
Sprühdüsen werden in großem Umfang für das Aufsprühen flüssiger Substanzen auf einen Gegenstand verwendet, und zwar zu
dem Zweck, den Gegenstand zu reinigen oder zu kühlen oder um
die versprühte Substanz auf der Oberfläche des Gegenstandes niederzuschlagen und zu trocknen. Da die meisten der üblichen
Sprühdüsen keine einen Rückfltlß verhindernde Einrichtung besitzen
gelangt dann, wenn gemäß Figur 1 die Düsei in einer sich in einem Kessel 2 befindenden Trübe 3 angeordnet ist,
ein Teil der Trübe zwangsläufig in die Sprühdüse hinein, was zu einem Niederschlag von Schlamm und zu einer Verstopfung
des Flüssigkeitsdurchgangs der Sprühdüse führt.
Es gibt aber auch Sprühdüsen, die eine den Rückfluß verhindern-
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de Einrichtung besitzen. Eine solche Düse ist in Figur 2 dargestellt.
Die Düse weist einen Schacht 5 mit Flüssigkeitsdurchgang 6 auf, eine Düsenkappe 13 mit Injektordüse 4, wobei der
Schacht 5 und die Düsenkappe 13 eine Kammer 7 begrenzen, deren
Durchmesser größer ist als derjenige des Fluiddurchgangs 6, und eine Ventilkugel 9, die in der Kammer 7 eingeschlossen
ist und durch eine Feder 8 gegen die Öffnung des Durchganges 6 in die Kammer 7 belastet ist.
Verständlicherweise wird jedoch auch bei dieser Sprühdüse nicht
verhindert, daß Schlamm bzw. Trübe durch die Öffnung 4 hindurch in die Kammer 7 eindringt, wenn die Sprühdüse innerhalb des
Schlammes bzw. der Trübe angeordnet ist. Ein Teil des in die Kammer 7 eingedrungenen Schlammes wird durch die Hin- und Herbewegung
der Ventilkugel 9 verfestigt und komprimiert, so daß das Innere der Kammer 7 und das Injektorloch 4 durch den verfestigten
Schlamm verschmutzt und verstopft werden.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Sprühdüse, welche diese Nachteile der üblichen Sprühdüsen nicht aufweist,
und bei der die Injektoröffnung automatisch abgeschlossen ist, wenn kein Fluid aus der Sprühdüse versprüht wird, wodurch verhindert
wird, daß schlammige und verschmutzende Substanzen in die Sprühdüse eindringen. Dabei soll die Sprühdüse einen Düsenstopfen
zum Verschließen des Injektorloches gegenüber dem Außenraum nach Unterbrechung der Fluidzufuhr aufweisen, so daß jegliches
Eindringen von Schlamm und Schmutz in die Sprühdüse vermieden wird. Schließlich soll mit der Erfindung eine Schlamm-
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Abgabe-und Fördervorrichtung geschaffen werden,bei welcher an einem
Ende einer Ventil-Wascheinrichtung für jedes der Förderventile eine solche Sprühdüse angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung weist die Sprühdüse einen Sprühkörper auf, der eine innere Kammer und ein Injektorloch besitzt, das an
einem Außenende des Düsenkörpers angeordnet ist und mit der Innenkammer in Verbindung steht. In der Innenkammer befindet
sich ein Regelstab, dessen Außenende durch das Injektorloch nach außen ragt. Am Innenende des Regelstabs ist ein ebener
Körper befestigt, der dazu dient, dem Verschiebungsbereich in axialer Richtung des Regelstabs zu begrenzen. Eine Feder
in der Innenkammer belastet den Regelstab in Richtung des Kammerinneren. Am Außenende des Regelstabs sind ein Düsenstopfen,
der das Injektorloch von außen her abschließen kann.
Eine Schlamm-Abgabe- und Fördervorrichtung besteht dann gemäß der Erfindung aus folgenden Elementen:
einem Ventilkasten mit zumindest einer die Umfangswand durchsetzenden Einlaßöffnung und mit einer Mehrzahl die
Bodenwand des Ventilkastens durchsetzenden Auslaßöffnungen, wobei auf die Oberkante der Umfangswand eine Abdeckung lösbar
aufgebracht ist,
Ventilspindeln, welche die Abdeckung an Stellen durchsetzen, die in Vertikalrichtung mit den Auslaßöffnungen fluchten,
Ventil-Antriebselementen, deren jedes einen Antriebskörper
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besitzt, der die Ventilspindel vertikal antreibt,
am unteren Ende der Ventilspindeln angeordneten Ventilkörpern,
um die Auslaßöffnungen herum angeordneten Ventilsitzen, und
mit den Ventilkörpern und Ventilspindeln verbundenen Ventilwascheinrichtungen
sowie Sprühdüsen am Ende jedes Ventilkörpers.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 3 bis 6 näher erläutert.
Auf der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Ver- und 2
Wendung einer Sprühdüse und der Konstruktion einer üblichen Sprühdüse;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Sprühdüse nach der Erfindung;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
der Sprühdüse;
Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Fördervorrichtung für schlammartige Fluide, die mit
einer Sprühdüse nach der Erfindung versehen ist;
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Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI von Fig. 5, und
Fig. 7 ein Förderventil der Vorrichtung von Fig. 6.
Gemäß Fig. 3 weist die eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung darstellende Sprühdüse 10 einen im ganzen mit 11 bezeichneten
Hauptkörper auf, der aus einem Schacht 5 mit innerem Fluiddurchgang 6, und aus einer Düsenkappe 13 mit innerem Hohlraum
13a besteht, wobei die Kappe 13 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 12 mit dem Schaft 5 verschraubt ist. Die Bodenwand
der Kappe 13 wird zentral von einer Injektoröffnung 4 durchsetzt, die versenkt ist und sich nach außen erweitert.
Innerhalb des Kappenkörpers 13 befindet sich ein Regelstab 14, wobei das äußere Ende des Regelstabs 14 durch das Injektorloch
4 hindurch nach außen ragt. Ein halbkugelförmiger Düsenstopfen 15 ist am Regelstab 14 befestigt, und zwar an einer Stelle,
die längs des Stabes 14 einstellbar ist. Vorzugsweise weist
der vorstehende Teil des Regelstabs 14 ein Schraubgewinde auf und der Düsenstopfen 15 wird mittels einer Mutter 16 verstellbar
am Stab 14 befestigt. Der Regelstab 14 ist an seinem
inneren Ende an einem kreisscheibenförmigen Körper 17 derart befestigt, daß er senkrecht zu diesem Körper steht. Der Hohlraum
13a der Düsenkappe 13 ist in einem Bereich benachbart dem unteren Ende des Schaftes 5 in seinem Durchmesser erweitert,
so daß ein Erweiterungsteil 18 entsteht. Der kreisscheibenförmige Körper 17 ragt in diesen erweiterten Teil 18 hinein. Da
die Dicke t des kreisscheibenförmigen Körpers 17 wesentlich
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geringer ist als die axiale Länge des Erweiterungsteiles 18
kann sich der Kreisscheibenkörper 17 innerhalb des Erweiterungsteils 18 in Axialrichtung bewegen, wobei der axiale Bewegungsbereich des Körpers 17 und damit auch derjenige des Regelstabs
14 durch das untere Ende des Schaftes 5 und eine Ringfläche begrenzt wird, welche das untere Ende des Erweiterungsbereiches
18 darstellt.
Der Kreisscheibenkörper 17 weist eine Mehrzahl von Löchern 20- auf, wobei die Löcher auf einem konzentrischen Kreis mit
gleichmäßigem Abstand untereinander angeordnet sind, so daß das der Sprühdüse zugeführte Fluid durch die Löcher 20 hindurch
zur Injektordüse 4 gelangen kann.
Eine Schraubenfeder 21 befi/idet sich im Hohlraum 13a des
Kappenkörpers 13 und erstreckt sich um den Regelstab 14 herum, und zwar vom Boden des Hohlraum 13a bis zur unteren Oberfläche
des Körpers 17.
Die beschriebene Sprühdüse 10 arbeitet folgendermaßen.
Im Ruhezustand wird der Regelstab 14 durch die Feder 21 derart belastet, daß der sich am Außenende des Stabes 14 befindende
Düsenstopfen 15 abdichtend gegen den Zersenkungsbereich der Injektoröffnung 4 gepreßt wird. Mit anderen Worten, der Düsenstopfen
15 dichtet von außen her die Injektoröffnung 4 der Sprühdüse ab.
Selbst dann also, wenn sich wie oben erwähnt, die Sprühdüse in
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einer schlammartigen Flüssigkeit befindet, kann kein Schlamm in das Innere der Sprühdüse 10 eindringen.
Beim Betrieb der Sprühdüse wird dieser eine zu versprühende Flüssigkeit unter Druck zugeführt und gelangt zum Düsenkörper
11, wie dies durch den Pfeil a auf der Zeichnung angedeutet ist. Die zugeführte Flüssigkeit dringt durch die Löcher des
Scheibenkörpers 17 hindurch und in den Hohlraum 13a der Düsenkappe 13 ein, wobei die Flüssigkeit auf denjenigen Teil des
Düsenstopfens 15 einen Druck ausübt, der dem Inneren des Kappenkörpers 13 zugewandt ist. Der Düsenstopfen 15 wird somit
gegen die Kraft der Feder nach außen bewegt, bis der Kreisscheibenkörper 17 an der Ringflache anschlägt, welche das
untere Ende des Verbreiterungsteils 18 begrenzt.
Es besteht somit ein Ringspalt zwischen dem Stopfen 15 und dem
Umfang der Injektoröffnung 4; und die Flüssigkeit wird durch
diesen Spalt hindurch als Sprühkegel in Richtung des Pfeiles b von Fig. 3 abgesprüht, um den gewünschten Sprüheffekt zu erzielen.
Selbst wenn sich während dieses Betriebs etwas Schlamm an den Flächen der Injektoröffnung 4 und des Düsenstopfens 15 absetzt
ist dies ohne große Bedeutung, weil der Schlamm dann durch die aus der Sprühdüse austretende Sprühflüssigkeit wieder weggeschwemmt
wird. Die Sprühdüse nach der Erfindung zeigt somit einen Selbstreinigungseffekt.
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Die Einstellung des Ringspalts, durch welchen die Flüssigkeit versprüht wird, erfolgt durch Drehen der Mutter 16 längs des
Regelstabs 14, so daß die Sprühdüse den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Sprühdüse 10, wobei der Düsenstopfen 15 die Form eines Bechers hat, der sich in Richtung auf den Düsenkörper 11 hin
öffnet, wobei die Randkante des becherförmigen Düsenstopfens 15 an der äußeren Umfangsflache des Kappenkörpers 13 vorne
anliegt. Durch diese Gestaltung des Stopfens 15 ergibt sich eine radiale Absprühung der Sprühflüssigkeit bezüglich des
Düsenkörpers 11 oder sogar ein Absprühen schräg nach hinten,
wie dies durch den Pfeil £ in Fig. 4 angedeutet ist.
Weil bei der erfindungsgemäßen Sprühdüse der Düsenstopfen 15
die Injektoröffnung 4 der Sprühdüse von außen her verschließt, wird vermieden, daß Schlamm in das Innere der Sprühdüse durch
die Injektoröffnung hindurch gelangt, selbst wenn sich die Düse 10 in einem Schlamm bzw. in einer Trübe befindet, so daß
der bekannte Nachteil der üblichen Sprühdüsen vermieden wird, daß nämlich Schlamm in das Innere der Düse eindringt und die
Sprühdüse verstopft. Selbst wenn einmal etwas Schlamm durch den Spalt zwischen der Öffnungskante und dem Stopfenkörper in
die Düse eindringt und sich dort niederschlägt, wird beim nächstfolgenden Betrieb der Düse dieser Schlamm restlos aus der
Düse ausgewaschen. Auch diese Düse hat somit einen Selbstreinigungseffekt
.
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Weil der Düsenstopfen 15 außerhalb des eigentlichen Düsenkörpers in einstellbarer Weise am Regelstab 14 befestigt ist,
kann die Größe des Ringspalts, aus welchem die Flüssigkeit versprüht wird, in gewünschter Weise eingestellt werden, so
daß es also möglich ist, die pro Zeiteinheit versprühte Menge an Flüssigkeit zu regeln.
Weil sich der Stopfen 15 außerhalb des eigentlichen Düsenkörpers befindetfkann die Stelle, an weicher der Flüssigkeitsstrom
blockiert wird, beliebig gewählt werden, und durch geeignete Wahl der Gestalt und Form des Düsenstopfens ist es möglich,
der Flüssigkeit jede gewünschte Sprührichtung zu geben.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Schlammabgabe-und Fördervorrichtung,
die mit einer Sprühdüse nach Fig. 4 versehen ist. Die Vorrichtung weist einen Ventilkasten 30 auf, der aus einem
oben offenen, trogartigen, Zylindergehäuse 31 und einem Deckel 32 besteht, welcher mit dem Gehäuse 31 durch Bolzen und
Muttern 33 lösbar verbunden ist.
Eine Mehrzahl von Einlaßleitungen 34, die beispielsweise von einer - nicht gezeichneten - Schlammverarbeitungseinheit herführen,
durchsetzen die Umfangswand des Zylindergehäuses 31,
wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Weiterhin durchsetzt eine Leitung 39 die umfangswand des Gehäuses 31; sie dient zur
Reinigung des Innenraums des Ventilkastens 30.
Die Bodenwand des Zylindergehäuses 31 wird durch mehrere
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Löcher 35 durchsetzt, die konzentrisch und mit gleichen Abständen zueinander angeordnet und mit einer entsprechenden Anzahl
von Auslaßleitungen 36 verbunden sind. Jedes Loch 35 ist mit einem Ventilsitz 38 (Fig. 7) versehen.
Weiterhin sind mehrere Schlammabgabe- und Förderventile vorgesehen.
Jedes Ventil besteht aus einem Ventilkörper 40, einer Ventilspindel 41 und einem Antriebszylinder 50 zum Bewegen
des Ventilkörpers 40 gegen den Ventilsitz 38 bzw. von diesem weg. Die Ventile befinden sich im Ventilkasten 30 und dienen
dazu, das Ausleiten des in den Ventilkasten 30 eingebrachten Schlammes nach außen durch die Auslaßleitungen 36 hindurch
zu steuern. Genauer gesagt, im Deckel 32 des Ventilkastens 30 befinden sich Löcher 32a, die in vertikaler Richtung mit
den Löchern 35 des Gehäuses 31 fluchten. Zur Erreichung eines flüssigkeitsdichten Abschlusses sind in die Löcher 32a
Dichtungspropfen 37 eingepreßt. Mit der oberen Oberfläche jedes Prqfens 37 ist ein Tragkörper 51 verbunden, der an seiner Oberseite
den Antriebszylinder 50 trägt.
ist
Der Ventilkörper 40/mit dem untersten Ende 41a der Ventilspindel 41 verbunden und besitzt einen größeren Durchmesser als
die Ventilspindel 41. Die Verbindung erfolgt mittels eines Verbindungskörpers 43.
Die Ventilspindel 41 erstreckt sich nach oben durch den in den Deckel 32 eingepreßten Propfen 37 und dann weiter in den
Antriebszylinder 50 hinein, der durch den Tragkörper 51 abgestützt ist. Um zu verhindern, daß durch einen Spalt zwischen
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Ventilspindel 41 und Propfen 37 Schlamm aus dem Ventilkasten
30 nach außen gelangt, sind eine Packung 44 und eine Stopfbüchse
45 vorgesehen.
Am oberen Ende des Antriebszylinders 50 ist ein mit einem nichtgezeichneten Kolben des Antriebszylinders verbundener
Anschlag 52 vorgesehen, der mit einem Grenzschalter 53 zusammenwirkt. Damit sich auf den Flächen des Ventilkörpers 40
und des Ventilsitzes 38 kein Schlamm niedersetzen und ablagern kann;ist mit jedem der Ventile eine Ventilwascheinrichtung verbunden
.
Einen Teil dieser Wascheinrichtung stellt eine Leitung 42 für Reinigungswasser dar, die in der Ventilspindel 41 über deren
ganze Länge verläuft. Weiterhin weist die Waschvorrichtung ein im ganzen mit 62 bezeichnetes Gehäuse auf, das am oberen
Ende der Ventilspindel 41 befestigt ist, wie am besten aus Fig. 7 hervorgeht. Das Gehäuse 62 weist einen unteren, becherförmigen
Körper 63 auf, der wasserdicht nut der Ventilspindel
41 verbunden ist, sowie einen Deckelkörper 64, der mit Hilfe von Maschinenschrauben 65 mit dem Becherkörper 63 verbunden
ist, wobei zwischen "die beiden Körper 63 und 64 eine Dichtung 66 zwischengeschaltet ist. Der Deckelkörper 64 weist in seiner
Mitte ein Loch 64a auf, durch welches sich gleitbar eine Antriebswelle 43 erstreckt, die mit einem nicht gezeigten Kolben
der Antriebszylinder 50 verbunden ist. Eine Schraubenfeder 69 befindet sich zwischen dem Deckel 64 und einem an der Antriebswelle
43 angebrachten Körper 68.
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Innerhalb des Gehäuses 62 befindet sich freibewegbar ein Ventilkörper
67,der mit dem unteren Ende der Antriebswelle 43
verbunden ist. In das Gehäuse hinein führt eine Reinigungswasser-Zuführleitung 61, die gemäß Fig. 5 mit einer Reinigungswasser-Sammelleitung
60 verbunden ist.
Der Ventilkörper 40 ist in seinem Inneren mit einer zentralen
Öffnung 40a und einer damit in Verbindung stehenden zylindrischen Ausnehmung 40b versehen. Innerhalb der zylindrischen Umfangsflache
der zylindrischen Ausnehmung 40b befindet sich ein Schraubgewinde.
Am Ventilkörper 40 ist eine Sprühdüse 10 befestigt, die gemäß
Fig. 4 gestaltet ist. Die Sprühdüse besteht aus einem Kappenkörper 13 mit seinen Boden durchsetzender Injektoröffnung 4,
aus einem Regelstab 14, der teilweise aus der Injektoröffnung
4 herausragt, einem Düsenstopfen 15, der am Außenende des Regelstabs
14 mittels einer Mutter 16 befestigt ist, aus einem
scheibenförmigen Körper 17 mit einer Vielzahl von Flüssigkeitsdurchlässen 20, der am Innenende des Regelstabs 14 befestigt
ist, und schließlich aus einer Schraubenfeder 21 . Der Kappenkörper 13 ist mit der zylindrischen Ausnehmung 40b des Ventilkörpers
40 verschraubt.
Die Betriebsweise dieser Vorrichtung soll nun nachfolgend erläutert
werden. .
Schlamm oder Trübe, beispielsweise Schlamm aus einer Schlammverarbeitungsanlage
(nicht gezeichnet), gelangt durch die Einläß-
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rohre 34 in den Ventilkasten 30. Wird eines der Schlammabgabeventile
durch den Ventilantriebszylinder 50 betätigt, dann wird der Ventilkörper 40 weg vom Ventilsitz 38 nach oben bewegt,
so daß der Schlamm in der Ventilkammer 30 durch das entsprechenden
Auslaßrohr 36 abfließen kann. Um zu verhindern, daß Schlamm den Ventilkörper 40 und den Ventilsitz 38 verschmutzt und
damit den Betrieb dieser Ventile behindert, wird die Ventilwascheinrichtung
in Tätigkeit gesetzt, und zwar gleichzeitig mit dem Betrieb der Schlammabgabe - und Fördervorrichtung.
Das bedeutet, dass Reinigungswasser unter Druck durch das Sammelrohr 60 und die Zuführrohre 61 in die Gehäuse 62 der
Ventile eingeführt wird. Wird nun eines der Ventile zum Öffnen desselben nach oben bewegt, dann wird die Antriebsachse
43 des Antriebszylinders 50 angehoben, womit sich auch der am unteren Ende der Antriebswelle 43 befindliche Ventilkörper 67
im Gehäuse 62 nach oben bewegt. Das in das Gehäuse 62 eingeführte Reinigungswasser kann somit durch die Zuführöffnung 42
im Inneren der Ventilspindel 41 und durch die zentrale öffnung
40a des Ventilkörpers 40 bis in das Innere 13a des Kappenkörpers 13 der Sprühdüse 10 fließen.
Das in die Sprühdüse 10 eingeführte Druckwasser preßt den Ventilstopfen
15 gegen die Kraft der Feder 21 nach außen, bis ein Spalt vorgegebener Größe erreicht ist, wodurch dem
Reinigungswasser ermöglicht wird, durch den Spalt zwischen Ventilpropfen
15 und äußerer Umfangsflache des Kappenkörpers 13 in einer Richtung auszuströmen, die in Fig. 7 durch den Pfeil
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70 angedeutet ist. Reinigungswasser wird somit durch den Spalt als Kegel ursprünglich längs der Flächen von Ventilkörper 40
und Ventilsitz 38 und anschließend nur noch längs der Flächen des Ventilkörpers 40 ausgestoßen, wodurch diese Flächen und
Schlammansammlungen befreit werden.
Wenn das Förderventil durch den Antriebszylinder 50 nach unten bewegt wird, dann wird der Ventilsitz 38 weiterhin vom
Reinigungswasser der Sprühdüse 10 gereinigt, und zwar solange,
bis der Ventilkörper 40 in die Nähe des Ventilsitzes 38 gelangt. Wenn dann der Ventilkörper 40 den Ventilsitz 38 berührt
und damit das Ventil schließt, bewegt sich die Achse 43 weiter nach unten gegen die Kraft der Feder 69, bis der Ventilkörper
67 den Durchlaß 42 schließt und die Zufuhr von Reinigungswasser von der Sprühdüse 10 her unterbricht. Nach Unterbrechung des
Reinigungsvorgangs werden durch die Kraft der Feder 21 der Düsenstopfen 15, der Regelstab 14 und der Scheibenkörper 17
wieder nach oben bewegt, so daß der Düsenstopfen 15 die Injektoröffnung 4 von außen her schließt. Das Schließen der Injektoröffnung
4 von außen her verhindert, daß Schlamm von der Innenseite der Sprühdüse 10 in den Ventilkasten 30 eindringt^
und somit wird der eingangs erläuterte Nachteil des Schlammeinbruchs in die Sprühdüse und des Verstopfens der Durchgänge
durch das Reinigungswasser vollständig vermieden.
Wenn die Zufuhr von Reinigungswasser während des offenen Zustands,
in welchem der Ventilkörper 40 über einen vorgegebenen Pegel angehoben ist, unterbrochen werden soll, dann
sind Elemente zum automatischen Unterbrechen der Zufuhr von
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Reinigungswasser in Abhängigkeit von der Bewegung des Ventilkörpers
40 nach oben vorzusehen, etwa in der Zuführleitung
61. Damit wird es möglich, die Sprühdüse 10 des Ventilkörpers 40 durch den Ventilstopfen 15 von außen her zu schließen, unabhängig
vom Öffnungszustand der Ventilanordnung, womit die Gefahr des Eindringens von Schlamm weiter gesenkt und zugleich
Reinigungswasser eingespart wird.
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