DE69305438T2 - Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren an einem Dialyse Flüssigkeitskreislauf - Google Patents
Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren an einem Dialyse FlüssigkeitskreislaufInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft den Fachbereich der extrakorporalen Behandlung des Blutes durch Dialyse. Insbesondere hat die Erfindung ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Sensoren an einem Dialysierflüssigkeitskreislauf für eine künstliche Niere zum Ziel.
- Es gibt nämlich an dem Dialysierflüssigkeitskreislauf einer künstlichen Niere zahlreiche Sensoren, die die Messung oder die Prüfung einer bestimmten Anzahl von Eigenschaften der Dialysierflüssigkeit, wie zum Beispiel der Leitfähigkeit oder der Salzkonzentration, ermöglichen. Es ist wichtig, derartige Eigenschaften zu kennen und sie im Verlauf einer Behandlung zu überwachen, denn einerseits hängt die Wirksamkeit der Reinigung des Blutes von der Zusammensetzung der verwendeten Dialysierflüssigkeit ab und andererseits ist es in einigen Fällen dank der an der Dialysierflüssigkeit durchgeführten Messungen möglich, den Wert bestimmter Eigenschaften des Blutes abzuleiten.
- Ausgehend von den Messungen der Leitfähigkeit der Dialysierflüssigkeit kann insbesondere die Natriumkonzentration im auf der anderen Seite der Membran umlaufenden Blut bestimmt werden, weshalb dem Patienten keine Blutproben mehr entnommen werden müssen. Die Messung der Leitfähigkeit kann an durch einen Teil des Kreislaufs rückgeführter Dialysierflüssigkeit durchgeführt werden, bis ein Gleichgewicht mit dem Blut erreicht ist, so wie dies in dem Artikel "Optimization of Sodium Concentration by Plasma Water Conductivity Monitoring" von Petitclerc, Man, Goureau, Jehenne und Funck-Brentano (Progress in Artificial Organs - 1985) beschrieben ist, oder vorteilhafterweise mittels zweier Messungen, die jeweils vor und hinter der zur Behandlung des Blutes verwendeten Vorrichtung durchgeführt werden, wobei die beiden Messungen gegebenenfalls mittels eines einzigen Leitwertmessers durchgeflihrt werden können, der abwechselnd von der frischen Dialysierflüssigkeit und von der verbrauchten Dialysierflüssigkeit durchspült wird. Die so durchgeführten Bestimmungen der Naträmie können danach zur Bestimmung der günstigsten Zusammensetzung der Dialysierflüssigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Reinigung verwendet werden. Aus diesem Grunde ist es sehr wichtig, daß die durch den Leitwertmesser gelieferten Informationen zuverlässig sind. Nun aber erfordern die gewöhnlichen Mittel zur Funktionsprüfung der Leitwertmesser eine lange Stillegungszeit der künstlichen Niere, was die Behandlungsmöglichkeiten von Patienten verringert.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren vorzuschlagen, das die Funktionsprüfung von an dem Dialysierflüssigkeitskreislauf vorhandenen Sensoren gestattet, ohne daß eine besondere Stillegung des Dialysegerätes notwendig ist.
- Zum Erreichen dieses Ziels ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Funktionsprüfung von mindestens einem Sensor an einem Dialysierflüssigkeitskreislauf einer künstlichen Niere mit einem Austauscher mit zwei Kammern, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, vorgesehen, wobei eine der Kammern mit dem Dialysierflüssigkeitskreislauf verbunden ist, während die andere Kammer mit dem extrakorporalen Blutkreislauf verbunden werden soll, wobei das Verfahren das Folgende umfaßt:
- - Umwälzen eine Dialysierflüssigkeit in dem Dialysierflüssigkeitskreislauf,
- - Umwälzen eine Vergleichslösung mit bekannten Eigenschaften in dem extrakorporalen Blutkreislauf,
- - Durchführen mindestens eine Messung mindestens einer Eigenschaft der Dialysierflüssigkeit mittels mindestens eines Sensors,
- - Berechnen von dieser Messung ausgehend den Sollwert mindestens einer Eigenschaft der Vergleichslösung,
- - Vergleichen den berechneten Sollwert mit dem bekannten Wert der Eigenschaft der Vergleichslösung,
- - Schließen auf das ordnungsgemäße Funktionieren des Sensors, mittels dessen die Messung durchgeführt wurde, wenn der berechnete Wert der Eigenschaft der Vergleichslösung im wesentlichen gleich dem bekannten Wert der Eigenschaft der Vergleichslösung ist.
- Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung handelt es sich bei der Vergleichslösung um eine sterile physiologische Kochsalzösung. Somit sind die Eigenschaften dieser Lösung vollständig bekannt und können zur Prüfung der Genauigkeit der Meßmittel am Dialysierflüssigkeitskreislauf verwendet werden.
- Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird das Prüfverfahren in der Spül- und Ansaugphase des Hämodialysators durchgeführt.
- Somit ist es ohne Einführung eines zusätzlichen Schritts möglich, das ordnungsgemäße Funktionieren der Sensoren zu Beginn jeder Behandlung zu prüfen.
- Weitere Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen, in denen nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Elemente dargestellt sind, ersichtlich.
- Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Die in Figur 1 dargestellte künstliche Niere enthält einen Hämodialysator 1 mit zwei Kammern 2, 3, die durch eine die Dialyse des Blutes gestattende semipermeable Membran 4 getrennt sind. Die Kammer 2 ist zum Umlauf des zu behandelnden Blutes bestimmt, während die Kammer 3 zum Umlauf der Dialysierflüssigkeit bestimmt ist.
- Während des in dieser Figur dargestellten Prüfvorgangs ist der Eingang 5 der Kammer 2 durch eine Leitung 6 mit einer Quelle 7 einer Vergleichslösung verbunden, deren Zusammensetzung vollständig bestimmt ist. Eine Pumpe 8 gewährleistet den Umlauf der Vergleichslösung. Der Ausgang 9 der Kammer 2 ist durch eine Leitung 10 mit dem Ablauf verbunden.
- Die Kammer 3 des Hämodialysators weist einen Eingang 11 auf, der durch eine Zufuhrleitung 12 mit einer Dialysierflüssigkeitsquelle 13 verbunden ist. Die Leitung 12 enthält einen Durchflußmesser 15 und eine Pumpe 14, die den Umlauf der Dialysierflüssigkeit gewährleistet.
- Die Dialysierflüssigkeitsquelle 13 wird mit Wasser und einer sich im Behälter 16 befindenden konzentrierten Lösung versorgt. Der Durchfluß der Versorgung der Quelle 13 mit konzentrierter Lösung wird durch eine Pumpe 17 reguliert. Der Ausgang 18 der Kammer 3 ist mit einer Leitung 19 zum Ablassen der verbrauchten Dialysierflüssigkeit in den Ablauf verbunden.
- Die Zufuhrleitung 12 und die Ablaßleitung 19 weisen jeweils einen Zweigkreislauf 20 bzw. 21 auf. Diese beiden Zweigkreisläufe enthalten einen gemeinsamen Teil 22, der mit einem beispielsweise aus einer natrium-spezifischen Elektrode bestehenden Sensor 23 ausgestattet ist.
- Ein geeigneter Aufbau aus Ventilen 24, 25, 26, 27, 28, 29 gestattet die gezielte Verbindung des mit dem Sensor 23 ausgestatteten gemeinsamen Teils 22 mit der Zufuhrleitung 12 von frischer Dialysierflüssigkeit oder mit der Ablaßleitung 19 der verbrauchten Dialysierflüssigkeit.
- Eine Steuereinheit 30 empfängt von dem Durchflußmesser 15 und dem Sensor 23 stammende Informationen; diese Einheit steuert die Positionierung der Ventile 24, 25, 26, 27, 28 und 29 sowie den Betrieb der Pumpen 8, 14 und 17.
- Vor dem Einsatz der so beschriebenen künstlichen Niere gibt die Bedienperson die Eigenschaften des verwendeten Hämodialysators betreffende Informationen sowie die Förderleistung der Pumpe 8, die Förderleistung der Pumpe 14 und die gewünschte Leitfähigkeit der Dialysierflüssigkeit betreffende Einstellwerte in die Einheit 30 ein.
- Danach funktioniert die künstliche Niere wie folgt: Die Vergleichslösung 7 wird mittels der Wirkung der Pumpe 8 umgewälzt; diese Flüssigkeit tritt durch den Eingang 5 in den Hämodialysator ein und verläßt ihn durch den Ausgang 9, bevor sie in den Ablauf abgelassen wird. Bei der verwendeten Vergleichslösung kann es sich vorzugsweise um eine sterile physiologische Kochsalzlösung handeln, die zum Spülen und Füllen des extrakorporalen Umlaufkreislaufs des zu behandelnden Blutes verwendet wird.
- Während dieser Zeit steuert die Einheit 30 den Betrieb der Pumpe 17 in Abhängigkeit von dem von der Bedienperson erstellten Leitfähigkeitswert. Das Konzentrat wird mittels des der Quelle 13 zugeführten Wassers verdünnt. Die so hergestellte Dialysierflüssigkeit wird nach Erhitzen durch eine geeignete Vorrichtung (nicht gezeigt) mittels der Pumpe 14 umgewälzt. Der Betrieb dieser Pumpe wird von der Einheit 30 als Reaktion auf insbesondere Durchflußwerte, die ihr durch den Durchflußmesser 15 übermittelt werden, gesteuert. Die Dialysierflüssigkeit tritt durch den Eingang 11 in die Kammer 3 des Hämodialysators ein und verläßt sie dann durch den Ausgang 18, bevor sie "ber die Leitung 19 zum Ablauf geleitet wird. Im Hämodialysator finden zwischen den beiden Flüssigkeiten Austausche durch Dialyse durch die Membran 4 statt, wobei die Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration eines bestimmten Stoffes dazu neigt, zugunsten der schwächeren Konzentration zu verarmen.
- Der Durchfluß des durch die Membran übertragenen Stoffes wird durch die Dialysance dargestellt, bei der es sich um eine typische Eigenschaft jeder Membran handelt.
- Die Formel zur Ermittlung der Dialysance lautet wie folgt:
- D = Qd (Cind - Coutd)/Cind - Cinb (1)
- Wobei:
- Qd der von dem Durchflußmesser 15 gemessene Durchfluß der Dialysierflüssigkeit,
- Cind die Konzentration eines bestimmten Stoffes am Eingang der Kammer 3 des Hämodialysators,
- Coutd die Konzentration des gleichen Stoffes am Ausgang der Kammer 3 des Hämodialysators, und
- Cinb die Konzentration des gleichen Stoffes am Eingang der Kammer 2 des Hämodialysators, bedeutet.
- Wenn die Konzentration der Dialysierflüssigkeit am Eingang von Cind1 auf Cind2 geändert wird, ändert sich die Konzentration am Ausgang von Coutd1 auf Coutd2.
- Die Anwendung der Formel zur Ermittlung der Dialysance auf diese beiden Konzentrationen führt zu folgender Gleichung:
- D = Qd (Cind1 - Coutd1)/Cind1 - Cinb=Qd (Cind2 - Coutd2)/Cind2 - Cinb (2)
- Wenn der Durchfluß der Dialysierflüssigkeit Qd konstant gehalten wird, kann man die Konzentration der in der Kammer 2 des Hämodialysators umlaufenden Flüssigkeit ableiten.
- Cinb = (Coutd1 Cind2)-(Coutd2 Cind1)/(Coutd1 - Cind1) + (Cind2 - Coutd2) (3)
- Wird der Wert von Cinb auf einer der beiden Seiten der Gleichung (2) durch die in (3) erhaltene Formel ersetzt, ergibt sich für die Dialysance D die folgende Formel:
- D = Qd(1 - Coutd1 - Coutd2/Cind1 - Cind2) (4)
- Da es sich bei der in der Kammer 2 umlaufenden Flüssigkeit um eine Vergleichslösung mit vollständig bekannter Zusammensetzung handelt, ist der Sollwert Cinb erfindungsgemäß bekannt.
- Zur Prüfung der ordnungsgemäßen Funktion des Sensors 23 veranlaßt die Steuereinheit 30 des weiteren gemäß einem vorbestimmten Programm eine Änderung der Dialysierflüssigkeitskonzentration, indem sie eine Drehzahländerung der Pumpe 17 bewirkt.
- Zunächst werden die Ventile 24, 25, 26, 27, 28, 29 zu einer derartigen Positionierung angesteuert, daß die frische Dialysierflüssigkeit durch den Zweigkreislauf 20 strömt und so den Sensor 23 durchspült, bevor sie in den Hämodialysator tritt, während die verbrauchte Dialysierflüssigkeit direkt zum Ablauf fließt, ohne den Zweigkreislauf 21 zu durchströmen. Das Ergebnis der von dem Sensor 23 durchgeführten Messung wird auf die Einheit 30 übertragen, die es als Cind1 speichert. Nach Durchführung der Messung veranlaßt 2 0 die Einheit 30 eine derartige Positionsänderung der Ventile 24, 25, 26, 27, 28, 29, daß die frische Dialysierflüssigkeit der Hauptleitung 12 folgt und direkt in den Hämodialysator eintritt, und die verbrauchte Dialysierflüssigkeit den Zweigkreislauf 21 durchströmt und den Sensor 23 durchspült. Das Ergebnis dieser Messung wird dann auf die Einheit 30 übertragen, die es als Coutd1 speichert.
- Die Einheit 30 ändert dann den Betriebseinstellwert der Pumpe 17, um die Zusammensetzung der Dialysierflüssigkeit zu ändern, und kehrt die Positionierung der Ventile um, damit der gemeinsame Teil 22 wieder mit der Leitung 12 in Verbindung steht. Die von dem Sensor 23 durchgeführte Messung wird auf die Einheit 30 übertragen, die sie als Cind2 speichert.
- Dann veranlaßt die Einheit 30 erneut die Umkehrung der Positionierung der Ventile, damit der Sensor 23 die Konzentration der verbrauchten Dialysierflüssigkeit messen kann; das Ergebnis der Messung wird dann übertragen und als Coutd2 gespeichert.
- Von diesen gespeicherten Ergebnissen ausgehend, berechnet die Einheit 30 mittels der Gleichung (3) einen Wert für die Konzentration der in der Kammer 2 umlaufenden Flüssigkeit.
- Dieser berechnete Wert wird mit dem Sollwert verglichen. Stimmen diese beiden Werte überein, wird das ordnungsgemäße Funktionieren des Sensors 23 bestätigt. Ist dies nicht der Fall, kann das Auslösen eines Alarms oder das Aussenden einer der Bedienperson die Fehlfunktion des Sensors 23 meldende Nachricht vorgesehen werden.
- Wenn somit das ordnungsgemäße Funktionieren des Sensors 23 bestätigt ist, ist auch die Prüfung der Hämodialysatorleistung möglich, indem mittels der Formel (4) der Wert der ermittelten Dialysance, ausgehend von den von dem Sensor 23 übertragenen Werten Cind1, Cind2, Coutd1, Coutd2 und dem von dem Durchflußmesser 15 angezeigten Wert des Durchflusses der Dialysierflüssigkeit, berechnet wird. Dieser berechnete Wert der Dialysance kann dann mit dem von dem Hersteller angegebenen Wert verglichen werden, insofern die Ultrafiltrationszustände durch die Membran im wesentlichen identisch sind.
- Es können verschiedene Arten von Sensoren 23 verwendet werden; es ist nämlich möglich, einen Leitwertmesser sowie einen beliebigen Sensor zu verwenden, der zur Messung der Konzentration eines in der Dialysierflüssigkeit vorhandenen Stoffes geeignet ist. In dem Fall, wo die Messungen von zwei verschiedenen Sensoren durchgeführt werden, und zwar einem für die frische Dialysierflüssigkeit und dem anderen für die verbrauchte Dialysierflüssigkeit, wird die Prüfung für den aus den zwei Sensoren bestehenden Aufbau durchgeführt, gestattet aber bei Fehlfunktion nicht die Abtrennung des fehlerhaften Sensors.
- Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Dialysierflüssigkeitskreislauf so angeordnet, daß eine Kreisaufführung hergestellt wird. Dazu ist die Eintrittsleitung 12 für die frische Dialysierflüssigkeit mittels einer mit einer Pumpe 34 ausgestatteten Leitung 31 mit der Ablaßleitung 19 für die verbrauchte Dialysierflüssigkeit verbunden. Die Verbindung der Leitung 31 mit der Eintrittsleitung 12 für die frische Dialysierflüssigkeit wird mittels eines Dreiwegeventils 32 hergestellt; genauso wird die Verbindung der Leitung 31 mit der Ablaßleitung 19 für die verbrauchte Flüssigkeit mittels eines Dreiwegeventils 33 hergestellt. In dieser Konfiguration befindet sich der Leitwertmesser 23 hinter dem Ventil 32 an der Leitung 12. Die Steuereinheit 30 empfängt die Informationen des Leitwertmessers 23 und steuert den Betrieb der Pumpe 34 sowie die Positionierung der Ventile 32 und 33.
- Der Betrieb der so beschriebenen künstlichen Niere verläuft wie folgt: Genauso wie bei der vorherigen Ausführungsform wird die sich in dem Behälter 7 befindende Vergleichslösung mit bekannter Leitfähigkeit mittels einer von der Einheit 30 gesteuerten Pumpe 8 umgewälzt. Gleichzeitig veranlaßt die Einheit 30 die derartige Positionierung der Ventile 32 und 33, daß der Umlauf der Dialysierflüssigkeit direkt von der Quelle 13 zum Eingang 11 des Hämodialysators, dann vom Ausgang 18 zum Ablauf gestattet wird. Die Pumpe 34 ist nicht im Betrieb. Der Einsatz der Pumpe 17 wird von der Einheit 30 in Abhängigkeit von dem zuvor von der Bedienperson eingestellten Leitfähigkeitseinstellwert veranlaßt. Die Einheit 30 steuert auch den Betrieb der Pumpe 14 zur Zuführung einer Flüssigkeitsdurchflußrate von 0,5 I/min, die von dem Durchflußmesser 15 kontrolliert wird. Wenn die Leitungen 12 und 19 des Dialysierflüssigkeitskreislaufs gefüllt sind, veranlaßt die Einheit 30 das Anhalten der Pumpe 14, den Einsatz der Pumpe 34 sowie eine Änderung der Position der Ventile 32 und 33, damit die Leitung 31 mit der Leitung 12 und der Leitung 19 verbunden wird; die Dialysierflüssigkeit wird in einen Kreislauf, der die Kammer 3 des Hämodialysators enthält, mit einem festen Durchfluß von mindestens 0,5 I/min von der Pumpe 34 rückgeführt. Die von dem Leitwertmesser 23 durchgeführten Messungen werden auf die Einheit 30 übertragen. Solange sich die Leitfähigkeit ändert, bedeutet dies, daß Austausche durch Diffusion durch die Membran stattfinden. Wenn sich die von dem Leitwertmesser 23 gemessene Leitfähigkeit nicht mehr ändert, bedeutet dies, daß sich die Dialysierflüssigkeit mit der auf der anderen Seite der Membran 4 umlaufenden Vergleichslösung im Gleichgewicht befindet. Der dann gemessene Wert wird auf die Einheit übertragen, die ihn als Leitfähigkeitswert im Gleichgewichtszustand speichert. Die Einheit 30 veranlaßt dann das Anhalten der Pumpe 34, das Wiedereinschalten der Pumpe 14 und die Umkehrung der Position der Ventile 32 und 33, um die Leitung 31 abzutrennen und den Umlauf der Dialysierflüssigkeit direkt von der Quelle 13 zum Hämodialysator 1, und dann vom Hämodialysator zum Ablauf ohne jegliche Kreisführung zu gestatten.
- Die Einheit 30 prüft dann das ordnungsgemäße Funktionieren des Leitwertmessers, indem sie den gespeicherten Leitfähigkeitswert der Dialysierflüssigkeit im Gleichgewichtszustand mit dem bekannten Leitfähigkeitswert der Vergleichslösung vergleicht.
- Genauso wie bei der vorherigen Ausführungsform beschrieben, wird das ordnungsgemäße Funktionieren des Leitwertmessers 23 bestätigt, wenn die beiden Werte übereinstimmen, während, wenn dies nicht der Fall ist, das Auslösen eines Alarms oder das Aussenden einer Nachricht zur Warnung der Bedienperson vorgesehen werden kann.
- Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Man kann verschiedene Modifikationen daran vornehmen, ohne von ihrem Schutzbereich abzuweichen. Somit ist es möglich, insbesondere vorzusehen, daß, wenn der berechnete Wert einer Eigenschaft der Vergleichslösung nicht dem Sollwert entspricht, der Sensor 23 so nachkalibriert wird, daß die beiden Werte übereinstimmen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Funktionsprüfung von mindestens einem Sensor (23)
an einem Dialysierflüssigkeitskreislauf einer künstlichen Niere mit
einem Austauscher (1) mit zwei Kammern (2, 3), die durch eine
semipermeable Membran (4) getrennt sind, wobei eine der Kammern
(3) mit dem Dialysierflüssigkeitskreislauf (12, 19) verbunden ist,
während die andere Kammer (2) mit dem extrakorporalen
Blutkreislauf (6, 10) verbunden werden soll, wobei das Verfahren das
Folgende umfaßt:
- Umwälzen eine Dialysierflüssigkeit in dem
Dialysierflüssigkeitskreislauf (12, 19),
- Umwälzen eine Vergleichslösung mit bekannten Eigenschaften in
dem extrakorporalen Blutkreislauf,
- Durchführen mindestens eine Messung mindestens einer Eigenschaft
der Dialysierflüssigkeit mittels mindestens eines Sensors (23),
- Berechnen von dieser Messung ausgehend den Sollwert mindestens
einer Eigenschaft der Vergleichslösung,
- Vergleichen den berechneten Sollwert mit dem bekannten Wert der
Eigenschaft der Vergleichslösung,
- Schließen auf das ordnungsgemäße Funktionieren des Sensors (23),
mittels dessen die Messung durchgeführt wurde, wenn der berechnete
Wert der Eigenschaft der Vergleichslösung im wesentlichen gleich
dem bekannten Wert der Eigenschaft der Vergleichslösung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es darüber
hinaus die Benachrichtigung der Bedienperson, wenn der berechnete
Sollwert nicht im wesentlichen mit dem bekannten Wert
übereinstimmt, umfaßt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es die Kreisführung der Dialysierflüssigkeit im
Innern des Austauschers (1), bis sie sich mit der Vergleichslösung im
Gleichgewicht befindet, und die Durchführung der Messung mindestens
einer Eigenschaft der Dialysierflüssigkeit, wenn das Gleichgewicht
erreicht ist, umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es
darüber hinaus die Änderung der Zusammensetzung der
Dialysierflüssigkeit und die Messung des Wertes der Eigenschaft für
jede Zusammensetzung vor und hinter dem Austauscher (1) umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der gemessenen Eigenschaft um die
Leitfähigkeit der Dialysierflüssigkeit handelt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der Vergleichslösung um eine sterile
physiologische Kochsalzlösung handelt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es während der Spül- und Ansaugphase des
Austauschers (1) durchgeführt wird.
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