DE69700513T2 - Vorrichtung zum Ziehen einer optischen Faser aus einer Vorform - Google Patents
Vorrichtung zum Ziehen einer optischen Faser aus einer VorformInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Faserziehen für Vorformlinge von optischen Fasern und betrifft insbesondere eine derartige Vorrichtung, in der der Vorformling aus einem glasartigen Material an einem seiner Enden mit einem Ansatz versehen ist. Dieser Ansatz, Faserziehansatz genannt, besteht im allgemeinen gleichermaßen aus einem glasartigen Material, das von schlechterer Güte ist, als jenes, das den Vorformling bildet. Er dient dazu, den Vorformling in der Vorrichtung zum Faserziehen festzuhalten, um dadurch zu vermeiden, daß der Vorformling selbst beschädigt wird.
- Allgemein weist eine derartige Faserziehvorrichtung, so wie jene, die in der Patentanmeldung JP-A-03 037128 beschrieben ist, auf:
- - Mittel zum Festhalten des Vorformlings in vertikaler Richtung vermittels des Ansatzes, wobei das untere Ende des Vorformlings frei ist, und sein oberes Ende dasjenige ist, welches mit dem Ansatz verbunden ist,
- - Mittel zum Verschieben des Vorformlings in vertikaler Richtung nach unten, damit sein unteres Ende in eine Kammer der Faserziehvorrichtung eintritt und vorgeschoben wird, welche Kammer zu diesem Zweck an ihrem oberen Teil eine Öffnung aufweist, wobei diese Kammer in ihrem oberen Teil gegenüber der äußeren Umgebung isoliert ist, wenn sich der Vorformling in der Öffnung befindet,
- - Heizmittel, um diese Kammer auf eine Temperatur zu erwärmen, die wenigstens der Faserziehtemperatur des glasartigen Materials ist, das den Vorformling bildet, gleich ist, um so den Vorformling in dem Maße zu ziehen, wie er in der Kammer verschoben wird.
- Bei diesen Vorrichtungen ist es sehr wichtig zu vermeiden, daß die äußere Umgebung das Innere der Faserziehkammer stört. Tatsächlich können Störungen, insbesondere thermische Störungen, aufgrund dessen, daß die Temperatur der äußeren Umgebung an der Kammer viel kleiner ist als die Faserziehtemperatur (typischerweise in der Größenordnung von 2000ºC), Veränderungen im Durchmesser der hergestellten optischen Faser nach sich ziehen. Diese Störungen können gleichermaßen die Heizmittel der Faserziehvorrichtung beschädigen, wenn nach dem Versagen der Dichtungen Luft eintritt.
- Der Schutz des Inneren der Faserziehkammer gegenüber der äußeren Umgebung, ist folglich im oberen Teil der Kammer, durch den der Vorformling eindringt, besonders wichtig. Der untere Teil der Kammer, durch den die optische Faser austritt, wird von einer Öffnung mit einem genau bemessenen geringen Durchmesser gebildet, was die Dichtigkeit durch den im Inneren der Faserziehkammer kontrollierten Überdruck gewährleistet.
- Um den oberen Teil der Faserziehkammer gegen die Störungen der äußeren Umgebung zu schützen, besteht eine erste bekannte Lösung darin, in Höhe der Öffnung des oberen Teils der Kammer eine Dichtung mit konstantem Durchmesser anzuordnen.
- Man weiß genau, daß eine solche Verbindung nicht ausreichend ist, wenn der Faserziehansatz eine Durchmesser hat, der unterhalb von dem des Vorformlings liegt. Tatsächlich ist am Ende des Faserziehens der Teil des Vorformlings, der noch zu ziehen ist, sehr kurz und als Folge ist es der Ansatz, der sich in die Öffnung des oberen Teils der Faserziehkammer vorschiebt. In diesem Fall ist die Dichtigkeit der Faserziehkammer gegenüber der äußeren Umgebung nicht mehr gewährleistet, was alle nachteiligen Folgen, die weiter oben genannt wurden, nach sich zieht.
- Man könnte folglich daran denken, einen Faserziehansatz zu verwenden, der einen Durchmesser hat, der dem des Vorformlings gleich ist, so daß die in der Öffnung des oberen Teils der Faserziehkammer angeordnete Dichtung, während des Durchtritts des Ansatzes durch die Öffnung weiterhin eine Rolle spielt. Diese Lösung ist dennoch aus mehreren Gründen nicht zufriedenstellend.
- Erstens hat der Ansatz mit einem kleineren Durchmesser, als jener des oben genannten Vorformlings den Vorteil, daß es jener ist, der zum Festhalten des Vorformlings während seiner Verarbeitung, und insbesondere während des Schrittes des Plasmaschweißens, verwendet wird. Wenn man wünscht, daß für das Faserziehen ein Ansatz mit einem Durchmesser verwendet wird, der jenem des Vorformligs gleich ist, muß man den anfänglichen Ansatz absägen und einen neuen Ansatz aufschweißen, was die Verarbeitungsschritte vermehrt und somit die Ausbeute für die Herstellung der optischen Fasern vermindert. Außerdem läuft man bei diesen Verarbeitungsschritten Gefahr, daß die Oberfläche des Vorformlings verschmutzt wird, was ein Zerbrechen zur Folge haben kann.
- Außerdem ist die Verwendung eines Ansatzes mit einem Durchmesser, der zu jedem des Vorformlings gleich ist, teuer, da ein solcher Ansatz die Verwendung von mehr Material, als bei einem Ansatz mit kleineren Durchmesser, notwendig macht. Schließlich, da die Vorformlinge untereinander keinen streng gleichen Durchmesser aufweisen, ist es für jeden Vorformling notwendig, dessen Durchmesser auszumessen und dann einen Ansatz mit gleichem Durchmesser zu verwenden, was verständlicherweise sehr kostspielig ist.
- Eine weitere Lösung, die zum Beibehalten der Dichtigkeit im oberen Teil der Faserziehkammer in Betracht gezogen wird, wie im Patent US-A-4,154,592 beschrieben, besteht darin, auf Höhe dieses oberen Teils eine Umschließung anzuordnen, deren unterer Teil in Kontakt mit dem oberen Teil der Faserziehkammer ist, und deren oberer Teil mit einer Dichtung ausgestattet ist, deren Durchmesser dem Ansatz entspricht und kleiner ist, als jener des Vorformlings.
- Das Problem dieser Lösung liegt in der Tatsache, daß die Vorformlinge eine zur Zeit wichtige Länge in der Größenordnung von 80 cm bis 1 m haben, und die Faserziehtemperatur in der Faserziehkammer etwa 25 cm unterhalb der Öffnung des oberen Teiles der Kammer erreicht wird, und es daher notwendig ist, eine Umschließung mit einer, relativ großen Höhe zu verwenden, die der Länge des Vorformlings wenigstens gleich ist, um die Dichtigkeit während des gesamten Faserziehvorgangs aufrechtzuerhalten. Gleichermaßen ist es notwendig, hierfür einen Ansatz mit einer Länge zu verwenden, die jener der Umschließung wenigstens gleich ist, um den Vorformling während des gesamten Faserziehvorgangs festzuhalten und zu verschieben.
- Dies vergrößert die Ausmaße der Faserziehvorrichtung. Außerdem ist die Umschließung selbst teuer, und schließlich, werden wegen der Gesamtlänge der Anordnung Faserziehansatz - Vorformling Schwingungen dieser Anordnung während des Faserziehens beobachtet, welche Veränderungen im Durchmesser der hergestellten optischen Faser nach sich ziehen, und folglich die Leistungsfähigkeit verschlechtern.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Faserziehvorrichtung zur technischen Reife zu bringen, bei der die Dichtigkeit des oberen Teils der Faserziehkammer während des gesamten Faserziehens gewährleistet ist, insbesondere wenn der Durchmesser des Faserziehansatzes kleiner ist als jener des Vorformlings, und bei der die gefertigte optische Faser keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften erleidet.
- Die vorliegende Erfindung zeigt hierfür eine Vorrichtung zum Faserziehen für den Vorformling einer optischen Faser aus einem glasartigen Material, der an einem seiner Enden mit einem Ansatz ausgestattet ist, dessen Durchmesser kleiner oder gleich zu dem Durchmesser des genannten Vorformlings ist, wobei die Vorrichtung aufweist:
- - Mittel zum Festhalten des genannten Vorformlings in etwa vertikaler Richtung vermittels des genannten Ansatzes, dergestalt, daß der in der genannten Vorrichtung angeordnete genannte Vorformling ein freies unteres Ende und ein oberes Ende, mit dem der genannte Ansatz verbunden ist, aufweist,
- - Mittel zum Verschieben des genannten Vorformlings in etwa vertikaler Richtung nach unten, dergestalt, daß sein unteres Ende in eine Kammer eindringt und verschoben wird, welche Kammer zu diesem Zweck an ihrem oberen Teil eine Öffnung aufweist, wobei der obere Teil der genannten Kammer gegenüber der äußeren Umgebung isoliert ist, wenn sich der genannte Vorformling in der genannten Öffnung befindet,
- - Heizmittel, um die genannte Kammer auf eine Temperatur zu erwärmen, die wenigstens der Faserziehtemperatur des genannten glasartigen Materials gleich ist, so daß der genannte Vorformling in dem Maße gezogen wird, wie er in der genannten Kammer verschoben wird,
- dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Vorformling in Höhe seiner Verbindung mit dem genannten Ansatz mit Dichtmitteln ausgestattet ist, die mit ihm verschoben werden, so daß der obere Teil der genannten Kammer gegenüber der äußeren Umgebung isoliert bleibt, wenn der genannte Ansatz in die genannte Kammer eindringt.
- Da die Dichtmittel mit dem Vorformling verschoben werden, ist es dank der Erfindung nicht notwendig, daß sie eine Länge haben, die ebenso groß ist wie die einer Umschließung, welche bei bestimmten Vorrichtungen im Stand der Technik verwendet wird. Der Ansatz hat somit auch keine solche Länge mehr, so daß die Kosten der Vorrichtung kleiner sind und die Schwingungsprobleme vermieden werden.
- Erfindungsgemäß ist es möglich, dank der Kombination der beiden folgenden Eigenschaften, solche Dichtmittel zu verwenden: einerseits das Aufrechterhalten der Dichtigkeit im oberen Teil der Faserziehkammer, wenn sich der Vorformling in der Öffnung dieses oberen Teiles befindet, und andererseits das Aufrechterhalten der Dichtigkeit, wenn der Ansatz in die Faserziehkammer eindringt.
- Die Erfindung vermeidet es folglich, einen Ansatz zu verwenden, der einen Durchmesser hat, der zu jenem des Vorformlings gleich ist, wobei dabei das Aufrechterhalten der Dichtigkeit im oberen Teil der Faserziehkammer während des gesamten Faserziehens gewährleistet wird, und wobei die Schwingungsprobleme von Lösungen im Stand der Technik, die ein solches Aufrechterhalten gewährleisten, vermieden werden.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Dichtmittel eine Umschließung, die die Verbindung zwischen dem Ansatz und dem Vorformling umgibt, wobei die Umschließung sich dazu eignet mit dem Vorformling bis zu dem Moment verschoben zu werden, wo ihr unterer Teil in Kontakt mit dem oberen Teil der Kammer kommt, wobei sie an ihrem oberen Teil mit einem Mittel ausgestattet ist, um die Dichtigkeit des oberen Teils der Kammer zu gewährleisten, wenn sich die Umschließung in Kontakt mit dem letzteren befindet.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten durch die folgende Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform hervor, welche nur zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben und in keiner Weise limitierend ist.
- In den folgenden Figuren ist gezeigt:
- - die Fig. 1 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Faserziehvorrichtung, in einer Stellung bei der sich die verschiedenen Elemente am Beginn des Faserziehens befinden,
- - die Fig. 2 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Faserziehvorrichtung, in einer Stellung bei der sich die verschiedenen Elemente im Verlaufe des Faserziehens befinden,
- - die Fig. 3 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Faserziehvorrichtung, in einer Stellung bei der sich die verschiedenen Elemente am Ende des Faserziehens befinden,
- - die Fig. 4 zeigt im Schnitt die Teilansicht des Teils IV der Fig. 3.
- In allen Figuren tragen gemeinsame Elemente die gleichen Bezugszeichen.
- In den Fig. 1 bis 3 sieht man eine erfindungsgemäße Faserziehvorrichtung 1 zum Faserziehen eines Vorformlings einer optischen Faser 2 aus einem glasartigen Material, mit einem Durchmesser, der zwischen 40 und 100 mm liegt, und an einem seiner Enden 2A mit einem Faserziehansatz 3 aus einem glasartigen Material versehen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der des Vorformlings, und zum Beispiel in der Größenordnung von 30 mm liegt. Das andere Ende 2B des Vorformlings 2 liegt frei.
- Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Dorn 10, um den Vorformling 2 vermittels des Ansatzes 3 in vertikaler Richtung festzuhalten, dergestalt, daß das Ende 2A des Vorformlings 2 sein oberes Ende in der Vorrichtung 1 hat, und daß das freiliegende Ende 2B des Vorformlings 2 sein unteres Ende in der Vorrichtung 1 hat. Der Dorn 10 dient gleichermaßen dazu, den festgehaltenen Vorformling 2 in einer abwärts gerichteten Verschiebungsbewegung entlang seiner X-Achse im Inneren der Vorrichtung 1 in die Richtung des in der Fig. 1 dargestellten Pfeiles F zu bewegen.
- Die Vorrichtung 1 umfaßt außerdem eine zylindrische Faserziehkammer 11, die an ihrem oberen Teil 11A eine Öffnung 12 für den Durchtritt des Vorformlings 2 während seiner Verschiebung aufweist, wobei diese Öffnung 12 sich längs der Verschiebungsrichtung des Vorformlings 2 befindet und mit einer Dichtung 13 ausgestattet ist, die zum Beispiel aus einem Graphitfilz, so wie insbesondere in der Patentanmeldung DE-A-40 06 839 beschrieben, gebildet wird. Die Dichtung 13 hat einen Durchmesser, der jenem des Vorformlings 2 etwa gleich ist, um so die Dichtigkeit der Kammer 11 zu gewährleisten, wenn der Vorformling 2 in die Öffnung 12 eindringt und verschoben wird.
- Die Kammer 11 ist von passenden Heizmitteln 14 umgeben, die es ermöglichen, sie auf eine Temperatur zu erwärmen, die der Faserziehtemperatur des glasartigen Materials, das den Vorformling 2 bildet, wenigstens gleich ist. Die herkömmlichen Heizmittel 14 sind hier nicht weiter in den Einzelheiten beschrieben. Deren Wahl ist im Wissen des Fachmanns enthalten.
- Der Vorformling 2 wird in der Kammer 11 auf eine Temperatur erwärmt, die seiner Temperatur zum Faserziehen wenigstens gleich ist, dergestalt, daß er in dem Ausmaß in eine optische Faser 4 gezogen wird, wie seiner durch den Dorn 10 gewährleisteten Verschiebung entspricht (siehe Fig. 3).
- Erfindungsgemäß ist der Vorformling 2 in Höhe seines oberen, mit dem Ansatz 3 verbundenen, Endes 2A mit einer Umschließung 5 aus Kieselerde versehen, die an ihm befestigt ist, wobei diese Umschließung 5 gegenüber dem Vorformling 2 und dem Ansatz 3 fest ist, aber gegenüber der Vorrichtung 1 mit den beiden letzteren während der Verschiebung des Vorformlings 2 bewegbar ist. Die Umschließung 5 hat einen unteren Teil 5B mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Vorformlings wenigstens gleich ist, und einen oberen Teil 5A, der mit einer Dichtung 6 versehen ist, die zum Beispiel aus einem Graphitfilz oder Kieselerdefilz gebildet wird, deren Durchmesser dem des Ansatzes 3 etwa gleich ist.
- Die Umschließung 5 kann zum Beispiel aus Kieselerde gebildet werden, jedoch allgemeiner aus jedem feuerfesten Material, das den erhöhten Temperaturen in der Größenordnung von derjenigen für das Faserziehen des glasartigen Materials, welches den Vorformling 2 bildet, standhält, ohne dabei Formänderungen zu erleiden, oder gekühlt werden zu müssen. Es ist außerdem bevorzugt, daß die Umschließung 5 durchsichtig ist, um es zu ermöglichen, daß der Vorformling 2 und der Ansatz 3 im Laufe ihrer Verschiebung beobachtet werden.
- Es wird bevorzugt, daß der untere Teil 5B der Umschließung 5 eine gute Dichtigkeit des oberen Teils 11A der Kammer 11 gewährleistet, wenn er in Kontakt mit dem letzteren tritt. Hierfür ist es möglich, entweder für einen vollkommen glatten Zustand der Oberflächen von sowohl dem oberen Teil 11A der Kammer 11, wie auch dem unteren Teil 5B der Umschließung 5 zu sorgen, oder den letzteren mit einer Zwischenscheibe (nicht dargestellt) zum Beispiel aus Filz oder aus Papiergraphit zu versehen, die die Dichtigkeit gewährleistet.
- Dank der Erfindung wird, wenn es am Anfang des Faserziehens (siehe Fig. 1) der Vorformling 2 ist, der sich in die mit ihrer Dichtung 13 versehene Öffnung 12 verschiebt, die Faserziehkammer 11 gegenüber der äußeren Umgebung durch die Verbindung 13 isoliert, und dann wenn es am Ende des Faserziehens (siehe Fig. 3) der Ansatz 3 ist, der in die Öffnung 12 eindringt und sich verschiebt, wobei die Umschließung 5 zuvor, im Laufe der Verschiebung des Vorformlings 2 (siehe Fig. 2) in Kontakt mit dem oberen Teil 11A der Kammer 11 getreten ist, diese letztere gegenüber der äußeren Umgebung durch die Umschließung 5 und die Dichtung 6, mit der sie in ihrem oberen Teil 5A versehen ist, isoliert.
- Die Dichtigkeit wird somit während des gesamten Faserziehens durch einfache und billige Mittel, die keine Leistungsverminderung der erhaltenen optischen Faser 4 nach sich ziehen, aufrechterhalten.
- Man kann eine oder mehrere zusätzliche Dichtungen 7 (siehe Fig. 4) aus Kieselerde oder Graphit um das Ende 2A des Vorformlings 2 herum, in dessen Höhe sich die Verbindung mit dem Ansatz 3 befindet, anordnen. Die Dichtungen 7 verschieben sich mit dem Vorformling 2 und kommen gegen den oberen Teil 11A der Kammer 11 auf Anschlag, wenn der untere Teil 5B der Umschließung in Kontakt mit dem letzteren tritt.
- Diese zusätzlichen Dichtungen gewährleisten im Falle einer Abnutzung der Dichtung 13 eine doppelte Dichtigkeit und vermindern das Volumen zum Einströmen des umgebenden Gases in die Umschließung S während des Überganges, was somit die Gefahr für Mängel auf der Faser begrenzt.
- Andererseits ist es, um die Dichtigkeit zu verstärken, bevorzugt, in Höhe jeder Dichtstelle (Dichtung 6, Dichtung 13) immer einen Graphitfilz mit einem Kieselerdefilz zu vereinigen. Die Graphitverbindung gewährleistet tatsächlich eine bessere Dichtigkeit als die Kieselerdeverbindung, die eine bessere Wärmewiderstandsfähigkeit gegenüber den Temperaturen, denen sie unterworfen ist, aufweist.
- Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
- Insbesondere können die verschiedenen Dichtungen aus jedem ihrer Verwendung entsprechenden Material, das eine anders als Graphit oder Kieselerde ist, gebildet werden, und welches es vorzugsweise zugleich ermöglicht das thermische Gleichgewicht und die Dichtigkeit zu bewahren.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Faserziehen für den Vorformling (2) einer optischen Faser
aus einem glasartigen Material, der an einem seiner Enden mit einem Ansatz (3) ausgestattet
ist, dessen Durchmesser kleiner oder gleich zu dem Durchmesser des genannten Vorformlings
ist, wobei die Vorrichtung aufweist:
- Mittel zum Festhalten (10) des genannten Vorformlings (2) in etwa vertikaler
Richtung vermittels des genannten Ansatzes (3), dergestalt, daß der in der genannten
Vorrichtung (1) angeordnete genannte Vorformling (2) ein freies unteres Ende (2B) und ein
oberes Ende (2A), mit dem der genannte Ansatz (3) verbunden ist, aufweist,
- Mittel zum Verschieben (10) des genannten Vorformlings (2) in etwa vertikaler
Richtung nach unten (F), dergestalt, daß sein unteres Ende (2B) in eine Kammer eindringt
(11) und verschoben wird, welche Kammer (11) zu diesem Zweck an ihrem oberen Teil (11A)
eine Öffnung (12) aufweist, wobei der obere Teil (11A) der genannten Kammer (11)
gegenüber der äußeren Umgebung isoliert ist, wenn sich der genannte Vorformling (2) in der
genannten Öffnung (12) befindet,
- Heizmittel (14), um die genannte Kammer (11) auf eine Temperatur zu erwärmen,
die wenigstens der Faserziehtemperatur des genannten glasartigen Materials gleich ist, so daß
der genannte Vorformling (2) in dem Maße gezogen wird, wie er in der genannten Kammer
(11) verschoben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Vorformling (2) in Höhe seiner Verbindung mit
dem genannten Ansatz (3) mit Dichtmitteln (5, 6) ausgestattet ist, die mit ihm verschoben
werden, so daß der obere Teil (11A) der genannten Kammer (11) gegenüber der äußeren
Umgebung isoliert bleibt, wenn der genannte Ansatz (3) in die genannte Kammer (11)
eindringt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Dichtmittel eine Umschließung (5) aufweisen,
die die Verbindung zwischen dem genannten Ansatz (3) und dem genannten Vorformling (2)
umgibt, wobei die genannte Umschließung (5) geeignet ist, mit dem genannten Vorformling
(2) bis zu dem Moment verschoben zu werden, wo ihr unterer Teil (5B) in Kontakt mit dem
oberen Teil (11A) der genannten Kammer (11) tritt, und an ihrem oberen Teil (5A) mit einem
Mittel (6) ausgestattet ist, um, wenn die genannte Umschließung (5) in Kontakt mit dem
oberen Teil (11A) der genannten Kammer (11) tritt, die Dichtigkeit dieser letzteren gegenüber
der äußeren Umgebung zu gewährleisten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Umschließung (5) aus einem Material besteht,
das den erhöhten Temperaturen, die in der Größenordnung von jener für das Faserziehen des
genannten glasartigen Materials liegen, widersteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Umschließung (5) aus einem Material besteht,
das unter Kieselerde und Graphit gewählt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (5B) der genannten Umschließung (5), der in
Kontakt mit dem oberen Teil (11A) der genannten Kammer (11) kommt, so ausgeführt ist,
daß er die Dichtigkeit des oberen Teils (11A) der genannten Kammer (11) gegenüber der
äußeren Umgebung gewährleistet.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtigkeit in Höhe des oberen Teils (5A) der genannten
Umschließung (5) und jene in Höhe des oberen Teils (11A) der genannten Kammer (11)
mittels Dichtungen (13, 6) aus feuerfestem Material gewährleistet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Dichtungen (13, 6) Graphit- und/oder
Kieselerdefilz umfassen.
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