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Dr. Stefan Neufeld, Geschäftsbereich Filtration
J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Filterhilfsmittel
SGVC Seminar vom 27.11.2007:
Technologien zur Technologien zur
Mechanischen FestMechanischen Fest--FlüssigFlüssig--TrennungTrennung
KieselgurKieselgur PerlitePerliteHolz Holz CelluloseCellulose
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Was ist AnschwemmfiltrationWas ist AnschwemmfiltrationAnschwemmfiltration
Verfahren innerhalb der Fest-Flüssig-Trennung
Lose, meist pulver- oder faserförmige Produkte
Mit oder ohne „Dauerdosierung“ (Bodyfeed)
Gängige Bezeichnung – „Precoat-Filtration“
Unfiltrat
Filtrat
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
UnfiltratFilter
Filtration ohneFilterhilfsmittel
GrundprinzipGrundprinzip
FilterTank
Filterhilfs-mittel
Voranschwemmung„Precoat“
UnfiltratFilter
Filterhilfs-mittel
Dauerdosage“Bodyfeed“
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Gängige Filtersysteme (Hardware)Gängige Filtersysteme Filtersysteme (Hardware)
Druckfilter (diskontinuierliche Systeme)
PlattenfilterKerzenfilterFilterpresseDruckbandfilter
Vakuumfilter (“quasi-kontinuierliche“ Systeme)
Trommelfilter (RVDF)
Im wesentlichen zwei Gruppen...
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Gängige AnschwemmfiltersystemeGängige AnschwemmfiltersystemeAnschwemmfiltersysteme
... Druckfilter
Kerzenfilter Plattenfilter Druckbandfilter
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Anschwemmsysteme / PlattenfilterAnschwemmsysteme / PlattenfilterPlattenfilter
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Anschwemmsysteme / KerzenfilterAnschwemmsysteme / KerzenfilterKerzenfilter
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Gängige AnschwemmfiltersystemeGängige AnschwemmfiltersystemeAnschwemmfiltersysteme
... Vakuumfilter
Vakuumtrommelfilter
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Welche Filterhilfsmittel gibt es?Welche FilterhilfsmittelFilterhilfsmittel gibt es?
Organische Produkte
Cellulose Holz „Andere“
Mineralische Produkte
Kieselgur Perlite „Andere“
Adsorbentien:Bleicherde, Silicate Silica Gel, etc.
silikatischeAlgen-Skelette
silikatischesVulkangestein
Pflanzenfasern:z.B. Maiskolben.
Adsorbens: Aktivkohle
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Was ist Kieselgur ?Was ist KieselgurKieselgur ?Ebenfalls bekannt als Diatomite, Diatomaceous Earth (DE) oder Diatomeenerde
Diatomeen sind im Meer und Seen vorkommende, mikroskopisch kleine Einzeller (Kieselalgen), wovon es mehrere tausend Arten gibt
Wenn diese Einzeller sterben, bleiben die aus Siliciumdioxid (Kieselerde) bestehende Zellwände (Skelette) erhalten und sinken auf den Meeres- bzw. Seeboden ab.
Kieselguren werden aus natürlichen, fossilen Ablagerungen abgestorbener Diatomeen im Tagebau gewonnen.
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Kieselgur-AufbereitungKieselgur-AufbereitungAufbereitungAbtrennung des Sandanteils von ca. 30% und Trocknen in Drehrohröfen (enthält bis zu 60% Wasser).
Kalzinierung bei Temperaturen von 800-1200°C, um organische Restsubstanzen zu verbrennen und störende lösliche Spurenelemenemte in weitgehend unlösliche Verbindungen zu überführen.
Dies geschieht teilweise durch Zugabe von NaCl oder NH4Cl, die unerwünschtes Eisen (Eisenoxid) in flüchtiges FeCl3 umwandeln.
Bei der Kalzininierung sintern die kleinen Cluster zu typischen Partikelgrößen zwischen 2-7 μm zusammen.
Um noch größere Partikel (4-40 μm) zu erzeugen, erhitzt man das Rohmaterial auf Temperaturen von ~ 1.200°C unter Zugabe von Flussmitteln wie Na2CO3, KOH oder NaOH (sog. Flux-Kalzinierung).
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Kieselgur-Problem !Kieselgur-Problem !
See (for example) under ...
http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/crthgr01.php
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Vorteile von KieselgurenVorteile von KieselgurenKieselguren
Hohe innere Porosität, dadurch
ausgezeichnete Filtrationseigenschaften
chemisch weitestgehend „inert”
breites Spektrum an Filterhilfsmittel-Qualitäten ist
weltweit verfügbar
KieselgurKieselgur KieselgurKieselgur Perlite
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Perlite Aluminiumsilikat
(Thermisch) expandiertes und gemahlenes Vulkangestein
Perlite Erz
Gemahlenes Perlite Erz
Expandiertes Perlite Erz
Gemahlenes, expandiertes Perlite Erz
PerlitePerlite
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Perlite Verglichen mit Kieselgur ist Perlite nicht porös. Die Effektivität in der Filtration beruht mehr auf einem „makroskopischen“, physikalischen Trenneffekt.
Perlite wird teilweise als Additiv für Kieselgur genutzt, um höhere Durchflussraten zu erzielen
PerlitePerlite
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Vorteile der PerliteVorteile der PerlitePerlite
sehr viel leichter als Kieselgur (durch geringes Eigengewicht)
chemisch weitestgehend „inert”
häufig preiswerter als Kieselgur
weltweit verfügbar, lokale Produzenten
Kieselgur Kieselgur PerlitePerlite
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Kieselgur & Perlite HerstellerKieselgur & Perlite Hersteller
Kieselgur
World Minerals, Celite (USA)Celite, Kenite, etc.
Eagle Picher (USA)Celatom
Grefco, Dicalite (USA)Dicalite
Ceca (France)Clarcel
Perlite
World Minerals, Celite (USA)Europerl, Harbolite
Dicalite (USA, Belgium)Dicalite
Ceca (France)Clarcel-Flo
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
... dominieren den Markt seit Jahren ...
Aber es gibt auch einige Nachteile ...
Kieselgur und Perlite ...Kieselgur und Perlite ...
Warum? Bekannt und eingeführt seit vielen Jahren ...Bewährte, „traditionelle” TechnologieEmpfohlen von vielen SeitenStandard in Rezepturen, Empfehlungen, etc. Technisch effektiv und zuverlässig
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Gesundheitsaspekt(Kieselgur ist als „krebserregend“ eingestuft)
Höherer Verbrauch mit Kieselgur (im Vergleich zu organischen FHM)
Damit mehr Abfall und höherer Produktverlust
Entsorgung der verbrauchten FHM(hoher Aschegehalt, mineralische Substanzen)
Abrasivität(Perlite: Abrieb an Pumpen und Rohrleitungen)
Maximale Partikelgröße limitiert
Ionengehalte und organische Substanzen
Probleme & Nachteile mit Kieselguren & PerlitenProbleme & Nachteile Probleme & Nachteile mit Kieselguren & Perliten
werden eliminiert durch organische Filterhilfsmittel !
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Organische FilterhilfsmittelOrganische Filterhilfsmittel
Organische
Cellulose Holz „Andere“
Maiskolben-schrot
Adsorbentien: Aktivkohlen
Mineralische
Kieselgur Perlite „Andere“
Adsorbentien:Bleicherde,
Silica Gel, etc.
silicate-basedsceletons
silicate-basedvolcano rocks
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Cellulose (C6H10O5)n ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände
und die am häufigsten vorkommende organische Verbindung der Erde.
Vom chemischen Standpunkt aus betrachtet ist Cellulose ein unverzweigtes Polysaccharid (Biopolymer), das aus mehreren hundert bis tausenden (1,4)-β-glykosidisch verknüpften D-Glucose-Molekülen aufgebaut ist:
Technisch wichtigster Rohstoff zur Cellulose-Herstellung ist Holz.
Was ist Cellulose ?Was ist Cellulose Cellulose ?
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Wie wird Cellulose hergestellt ?Wie wird Cellulose Cellulose hergestellt ?
konz. Säuren / Laugen5–10 bar130–180 °C20–35 h
Cellulose
LigninExtrakte
CelluloseCelluloseCelluloseLigninExtrakte
HolzHolz
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Wie wird FILTRACEL EFC hergestellt ?Wie wird FILTRACEL EFC FILTRACEL EFC hergestellt ?
konz. Säuren / Laugen5–10 bar130–180 °C20–35 h
Cellulose
LigninExtrakte
CelluloseCelluloseCelluloseLigninExtrakte
HolzHolz
verd. Säuren / Laugen1 bar60–100 °C1–2 h
CelluloseLignin
Extrakte
FILTRACEL EFCFILTRACEL EFC
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Rohmaterial: Cellulose Cellulose und/oder HolzHolz
Vermahlung & KlassierungVermahlung & Klassierung
Vorzer-kleinerung
VermahlungsVermahlungs--technologietechnologie
Sieben &Sichten
zu grob
Verpackung
Endfeinheit
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Herstellung von FilterhilfsmittelnHerstellungHerstellung von Filterhilfsmitteln
Abbauen, TrocknenExpandieren
Mahlen, BrechenKalzinieren
(Waschen mit Säure,Mischen)
Trocknen oder BefeuchtenVermahlen
Sieben, Sichten
Granulieren, AgglomerierenCoaten, Mischen,
chemische Behandlung
RohstoffeRohstoffe
Verarbeitungder Rohstoffeund Klassieren
Verarbeitungder Rohstoffeund Klassieren
eventuellNachbehandlung
eventuellNachbehandlung
111
222
333
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Vorteile von Cellulose & HolzfasernVorteileVorteile von Cellulose & Holzfasern
spezifischer Verbrauch
Entsorgung, Produktverlust
Entsorgungswege
Unbedenklichkeit
Abrasivität
Fasereigenschaften
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
NaßkuchendichteNaßkuchendichteNaßkuchendichte
Mineralische FHM ...
bilden einen schweren, kompakten Filterkuchen
Grund: Hohe Naßkuchendichte
Kieselgur: 300–450 g/l
Organische FHM ...
bilden einen offenen, porösen Filterkuchen
Grund: deutlich geringere Naßkuchendichte
Cellulose: < 200 g/l
Folge: geringerer spez. Verbrauch geringerer spez. Verbrauch für Cellulose
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
BierWeinFruchtsaftSpirituosenetc.
BierWeinFruchtsaftSpirituosenetc.
GetränkeGetränke
Brine (NaCl-Lsg.)MetallurgieTitandioxidFermentationDampfkondensatVitamineKatalysatorenWasserglasPolyether, Polyoleetc.
Brine (NaCl-Lsg.)MetallurgieTitandioxidFermentationDampfkondensatVitamineKatalysatorenWasserglasPolyether, Polyoleetc.
ChemieChemie
ZuckerStärkehydrolysatGlucoseFructoseDextrose MaltosePektinSpeiseöl & FettGelatineAlginate,etc.
ZuckerStärkehydrolysatGlucoseFructoseDextrose MaltosePektinSpeiseöl & FettGelatineAlginate,etc.
NahrungsmittelNahrungsmittel MetallMetall
Kühlschmier-stoffeElektrolyt-Lsg.,etc.
Kühlschmier-stoffeElektrolyt-Lsg.,etc.
WasserWasser
AbwasserSchwimmbadSchlamm-entwässerung
AbwasserSchwimmbadSchlamm-entwässerung
Anwendungsbeispiele für CelluloseAnwendungsbeispiele für CelluloseCellulose
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...
... Presshilfe
... konventionelles FHM ... als Alternative zu Perlite und Kieselgur
... als Precoat und/oder Bodyfeed
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...
... erste Anschwemmung ... um feine Perlite und/oder Kieselgur überhaupt anschwemmbar zu machen
Covering small defects in filter cloth
... um Defekte in Filtertüchern auszugleichen
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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO
Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...
... im Gemisch ... mit Kieselgur/Perlite/Bleicherde/A-Kohle
... um Kuchenstruktur zu verbessern
... um Durchsatz zu erhöhen
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Filterhilfsmittel-Auswahl ...Filterhilfsmittel-Auswahl ...
... wird dominiert durch die Gesamt-Filtrationskosten !
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Kosten für die AnschwemmfiltrationKosten für die Anschwemmfiltration
Setzen sich überwiegend zusammen aus:
Filterhilfsmittel-Kosten.
Spezifischer Filterhilfsmittel-Verbrauch.
Produkt-Verlust im Filterkuchen.
Abfallaufkommen und
Entsorgungskosten des Filterkuchens.
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Kosten für die AnschwemmfiltrationKosten für die Anschwemmfiltration
Die reinen Filterhilfsmittel-Kosten sind häufig
der geringste Anteil an Gesamt-Filtrationskosten !
Beispiele ...
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„Kieselgur“ Cellulose
Stützschicht 500 g/m² Kieselgur+Cellulose nicht erforderlich
Voranschwemmung 1.000 g/m² Grobgur 1.500 g/m² FILTRACEL EFC-950-C
Dauerbeigabe 1,66 g Feingur 0,52 g FILTRACEL EFC-950-Cpro 1 L Olivenöl pro 1 L Olivenöl
Filtrationszyklus 13 h 26 h
Durchsatz 102,6 L/m2h 168,9 L/m2h
Fallbeispiel: Natives Olivenöl (Extra Virgin)Fallbeispiel: Natives Olivenöl (Extra Virgin)Natives Olivenöl (Extra Virgin)
Horizontaler Plattenfilter.
Fast 70% Filterhilfsmittel-Einsparung mit FILTRACEL EFC-950-C und dadurch geringerer Öl-Verlust !Verdoppelung der Filterstandzeit beigleichzeitig höherem Durchsatz !
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1 kg Filterhilfsmittel absorbiert ca. 1 L Öl
Zur Filtration von 100.000 L natives Olivenöl benötigte man(s. Fallstudie „Natives Olivenöl Extra Virgin“):
ca. 292 kg Kieselgur ... Das bedeutete einen Ölverlust von 292 L.
ca. 92 kg Cellulose ... Das bedeutete einen Ölverlust von lediglich 92 L.
Verbrauch und ÖlverlustVerbrauch Verbrauch und ÖlverlustÖlverlust
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Anfallender Filterkuchen bei 100.000 L Olivenöl:
292 kg Kieselgur können mindestens zur doppelten Menge an Filterkuchen (Öl und FHM, Verunreinigungen nicht mitberechnet) d.h. 584 kg Filterschlamm.
Bei 92 kg Cellulose sind dies nur 184 kg Abfall.
Eigene Verbrennungsöfen für Olivenkerne zur Energiegewinnung(Verwertung bzw. Entsorgung des Cellulose-haltigen Filterkuchens)
EntsorgungskostenEntsorgungskostenEntsorgungskosten
kg
200 kg
400 kg
600 kg
Kieselgur Cellulose
FHM-VerbrauchAbfall
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EntsorgungEntsorgungEntsorgung
Tierverfütterungspeziell in Lebensmittelanwendungen
Kompostierungorganisch abbaubar
Verbrennunggeringe Asche, hoher Brennwert
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Auswahl des FilterhilfsmittelsAuswahlAuswahl des Filterhilfsmittels
Zweistufiger Prozess unter Berücksichtigung aller Kosten ...
Rohmaterial (Cellulose, Holz, Perlite, Kieselgur)
Granulometrie bzw. Filterfeinheit (grob, mittel, fein) angepaßt an Filterhardware, Filtergewebe, etc.
KieselgurKieselgur PerlitePerliteHolz Holz CelluloseCellulose
VakuumtrommelfilterDruckblattfilterKerzenfilter Plattenfilter
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