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Die Erfindung betrifft eine Sammel-
und Verteileinrichtung für
ein Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem mit einem Wärmeträger, welches aus
mehreren Wärmequellen
mit Wärmeenergie
versorgt wird.
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Durch die Verteuerung der fossilen
Brennstoffe verstärkt
sich auf dem Energiemarkt die Nachfrage nach technischen Einrichtungen
zur Nutzung alternativer Energiearten, beispielsweise Sonnenenergie,
oder Wärme
aus "nachwachsenden" festen Brennstoffen,
beispielsweise Holz.
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Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere dann,
wenn Wärmeströme unterschiedlicher
Wertigkeit aus verschiedenen Quellen sinnvoll zusammengeführt und
in einem Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem genutzt werden
sollen. Vielfach entstehen dabei aufwendige Installationssysteme,
welche durch ihre zahlreichen Armaturen, Umschaltventile, Mischer,
Pumpen einen besonders hohen regelungstechnischen Aufwand erfordern.
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Auf der Suche nach besseren Lösungen gibt es
in der Heizungstechnik Tendenzen, Medienströme mit unterschiedlich hohen
Temperaturen in große
Behälter
zu leiten und hier unter Nutzung des Schwerkraftprinzips mit Hilfe
zweckdienlicher Einbauten eine Schichtenspeicherung zu verwirklichen.
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Da alternative Energie grundsätzlich nur
diskontinuierlich und in unterschiedlicher Intensität anfällt und
der Wärmebedarf
von Verbrauchern wegen zu niedriger Temperaturen nicht voll gedeckt
werden kann, ist es üblich,
die oberen Bereiche der Schichtenspeicher mit Wärme aus Heizkesseln, die mit
fossilen Brennstoffen betrieben werden, nachzuwärmen. Wenn an ein Wärmereservoir
dieser Art dann Heizkreise mit unterschiedlich hohen Betriebstemperaturen
angeschlossen werden, so richtet sich die Temperatur des Schichtenspeichers
im oberen Bereich immer nach dem Heizkreis mit der höchsten Betriebstemperatur.
Bei Heizkreisen mit niedrigen Betriebstemperaturen, werden diese
durch Beimischung von Rücklaufwasser
abgesenkt. Das bedeutet, daß zusätzlich Energie
aus fossilen Energieträgern
aufgewendet wird, um ein im erforderlichen Maße höheres Temperaturniveau zu erreichen,
und anschließend
geht man dann wieder auf niedrige Temperaturen zurück.
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Um diesen Mehraufwand an herkömmlicher Energie
zu vermeiden, sind technische Lösungen
gefunden worden, die Wärmeströme am Schichtenspeicher
in unterschiedlichen Höhen
und auf diese Weise mit abgestuftem Temperaturniveau abzurufen.
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Technische Lösungen für Heizungsanlagen, welche mit
Schichtenspeichern ausgerüstet
sind, zeigen beispielsweise die Ausführungen in
DE 198 46 364 A1 oder
DE 200 01539 U1 .
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Da aber die Temperaturschichtung
stetem Wechsel unterliegt, hat man den einzelnen Entnahmestellen
Wärmeübertrager
oder Schrittschalteinrichtungen zugeordnet, die eine Anpassung der
Entnahmetemperatur an die Erfordernisse des jeweiligen Gebäudeheizkreises
ermöglichen.
Auf diese Weise soll an dem monolithischen Gebilde Schichtenspeicher
durch verhältnismäßig aufwendige
Anbauten eine Abstufung der Heiz- oder Warmwassertemperaturen bzw.
mehr Flexibilität
bei der Fahrweise der Heizkreise erreicht werden. Der Nachteil solcher
Lösungen
besteht insbesondere darin, daß individuelle
Anpassungsarbeiten die Oberhand gewinnen und ein generalisierendes
Prinzip als Voraussetzung für
eine wirtschaftliche Serienfertigung von entsprechenden Geräten nicht
durchsetzbar ist.
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Bei vielen haustechnischen Anlagen
besteht neben der Deckung des Heizwärmebedarfs die Notwendigkeit
einer Warmwasserbereitung für
sanitäre Zwecke.
Die Warmwassertemperaturen im Erwärmer sollten erfahrungsgemäß zwischen
55°C und
60°C liegen.
Die Nachteile der Nichteinhaltung dieses Temperaturbereiches sind
hinlänglich
bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich Hersteller von Schichtenspeichern
und artgemäßen Einrichtungen wider
besseres Wissen über
diese Grundprinzipien der sanitärtechnischen
Gestaltungsweise hinwegsetzen. So werden ungeachtet der Verschlechterung
der Trinkwasserqualität
durch Überhitzung
Kombinationslösungen
geschaffen, bei denen der Wassererwärmer im Oberteil des Heizwasser-Schichtenspeichers
untergebracht ist. Da die Warmwassertemperatur mitunter auf 80 bis
90°C ansteigen
kann, verwendet man Armaturen, mit deren Hilfe durch geregelte Beimischung
von Kaltwasser außerhalb
des Wassererwärmers
das gewünschte
Temperaturniveau im nachfolgenden Warmwassersystem realisiert wird.
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Es sind ferner auch Einrichtungen
mit solarbeheizten Warmwasserspeichern bekannt, bei denen zusätzlich zum
Ladewärmetauscher
der solarthermischen Anlage ein weiterer Wärmetauscher in den Warmwasserspeicherraum
eingebaut ist, der die Aufgabe hat, den Speicher vor Übertemperatur
unter Zuhilfenahme von Mischeinrichtungen in der Zuflußleitung
zu diesem Wärmetauscher
zu schützen.
Diese Einrichtungen erfordern in nachteiliger Weise einen relativ
hohen apparativen und regelungstechnischen Aufwand. Sie stellen
aus diesem Grunde mehr oder weniger Einzweckeinrichtungen dar und
sind für
eine Serienproduktion ungeeignet.
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Darüberhinaus ist gemäß
DE 201 03 062 U1 eine
Einrichtung in Gestalt einer Verteilerstation für eine Heizungs- und Warmwasserversorgungsanlage bereits
bekannt, die als vorfertigbare, transportable Einrichtung ausgebildet
ist und durch den Anschluß externer
Medienleitungen sowie Stromversorgungs- und Steuerleitungen in einen
betriebsbereiten Zustand versetzt werden kann.
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Derartige Einrichtungen sind in der
Heizungstechnik jedoch seit langem in unterschiedlichster Form hinlänglich bekannt,
beispielsweise in Form von Hausanschlußstationen für Fernwärmeversorgungssysteme,
an welche in bekannter Weise auch Heizkreise zur Nutzung von erneuerbaren
Energien mit Pufferspeichern und Warmwasserbereitungsanlagen angeschlossen
werden können.
Typisch für diese
Einrichtungen aber ist stets die Verwendung von Beimischeinrichtungen
auf Basis von 3 – Wege – Mischventilen,
die bei Kopplung mehrerer Wärmeerzeuger
zumeist nur zusammen mit Umschaltventilen oder mit zusätzlichen
Pumpen eingesetzt werden können.
Besonders nachteilig wirkt sich bei diesen bekannten Systemen aus,
daß beispielsweise
bei witterungsgeführter
Fahrweise eines Heizkreises eine Umschaltung vom Öl- bzw.
Gasheizkessel auf Speicherbetrieb mit erneuerbaren Energien erst
bei ausreichend hoher Speichertemperatur erfolgen kann und die notwendige
Mischungsregelung zwischen Kessel und Speicher in dem erforderlichen Maß entweder
nur unzureichend oder im Extremfall überhaupt nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine Sammel- und Verteileinrichtung zu schaffen, bei welcher
die hydraulischen Verbindungsglieder für die vorstehend genannten
Bauelemente der Heizungstechnik mit den dazugehörigen Umwälz- und Mischeinrichtungen
für das
Wärmeträgermedium
in üblicher
Weise zu einer zentralen serienmäßig vorzufertigenden
transportablen Baueinheit derart vereinigt sind, daß eine Kopplung
von unterschiedlichen Wärmeerzeugern
bei einer gleitenden Mischungsregelung realisiert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
weist die Sammel- und Verteileinrichtung als Hauptelement ein Vierwegemischventil
auf. Das Vierwegemischventil ist mit zwei Heizkreisverteilern, einem
Rücklaufsammler,
einer Heizkreispumpe mit Rückflußverhinderer,
einer ebenfalls mit einem Rückflußverhinderer
verbundenen Ladepumpe, zwei separaten Rückflußverhinderern sowie Absperrarmaturen
an allen Abgängen
zusammengeschaltet, wobei ein großer zweigeteilter Isolationskörper als
mechanische Tragkonstruktion der in vorteilhafter Weise als kompakte
Baueinheit ausgebildeten Sammel- und Verteileinrichtung dient.
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Für
das Vierwegemischventil ist erfindungsgemäß eine konstruktive Lösung gemäß Patentanmeldung
mit dem Aktenzeichen 102 16 749.4 vorgesehen, um in besonders günstiger
Weise mehrere Wärmequellen
unterschiedlicher Wertigkeit in einem Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem
nutzen zu können.
Dieses Vierwegemischventil weist dazu drei Zuströmöffnungen, eine Abströmöffnung und
einen in einem zylindrischen Ventilgehäuse angeordneten Drehschieber
mit dazugehörigem
Motorantrieb auf.
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Dabei ist entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die erste Zuströmöffnung des
Vierwegemischventils mit einem ersten Verteilerrohr für ein Wärmeträgermedium
höherer Wertigkeit,
die um 90° versetzte
zweite Zuströmöffnung des
Vierwegemischventils mit einem zweiten Verteilerrohr für ein Wärmeträgermedium
geringerer Wertigkeit und die um weitere 90° versetzte dritte Zuströmöffnung des
Vierwegemischventils mit der Rücklaufleitung
des Heizkreises verbunden. Dem vierten Abgang des Vierwegemischventils,
der Abströmöffnung,
ist die Heizkreispumpe des Heizungs- und Warmwasserversorgungssystems
zugeordnet.
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Um in der Sammel- und Verteileinrichtung des
Heizungs- und Warmwasserversorgungssystems die Montage der Rohrleitungen
in einer Ebene zu ermöglichen,
sind entsprechend einer günstigen Weiterbildung
der Erfindung an den Kreuzungspunkten in die Rohrleitungen entweder
in waagerechter oder in senkrechter Richtung Ringfittings eingesetzt, durch
deren Öffnungen
jeweils die kreuzenden Rohrleitungen hindurchgeführt sind.
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Nach einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung
sind montagetechnische Vorteile dadurch erzielbar, daß die beiden
dem Vierwegemischventil zugewandten Verteiler aus Hohlprofilen mit
eingesetzten Durchführungsbuchsen
für die über Kreuz geführten Verbindungsleitungen
bestehen.
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In die beiden Zuströmleitungen
zum Mischventil sind nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die
Rückflußverhinderer,
welche zur Vermeidung von Fehlzirkulationen dienen, in vorteilhafter
Weise jeweils innerhalb einer Rohrverschraubung eingebaut. Durch
das Vorhandensein dieser lösbaren Verbindungen
kann das Vierwegemischventil im Bedarfsfall auf einfache Art demontiert
werden.
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Die Rohrleitungsanschlüsse sind
in bekannter Weise stets paarweise, jeweils für Vorlauf und Rücklauf des
Wärmeträgermediums
ausgebildet.
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Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die hydraulichen Verbindungsglieder für die oben
genannten diskreten Bauelemente der Heizungstechnik mit den dazugehörigen Umwälz- und
Mischeinrichtungen für
das Wärmeträgermedium
zu einer zentralen, als Serienerzeugnis zu fertigenden Baueinheit
derart vereinigt, daß die
einzelnen Bauelemente lediglich durch Installation von Verbindungsleitungen
anschließbar sind
und die zumeist fertigkonfektionierten externen Heizkessel-, Fernwärme- oder
Heizkreisregelungseinrichtungen die Steuerungs- und Regelfunktionen für die Bauelemente
der zentralen Baueinheit mit übernehmen.
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Durch Beibehaltung diskreter Bauelemente statt
der kombinierten, wie beispielsweise Heizwasser-/Warmwasserkombispeicher,
sind in vorteilhafter Weise ein übersichtlicher
Aufbau und eine energieökonomische
Fahrweise der Gesamtanlage sowie die strikte Einhaltung vorgegebener
Temperaturgrenzen erreichbar.
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Die zu schaffende Baueinheit ist
somit sowohl für
die Ausstattung von Neuanlagen als auch zur Nachrüstung an
bestehenden Heizsystemen geeignet.
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Dadurch ist es weiterhin in vorteilhafter
Weise möglich,
bei Nutzung herkömmlicher
diskreter Bauelemente der Heizungstechnik, beispielsweise Öl-/Gas-Heizkessel,
Warmwasserbereiter mit Ladepumpe, Heizwasser-Pufferspeicher mit
angeschlossenem Wärmeerzeuger,
Heizkreissammler und -verteiler mit Mischungsregelung und Umwälzpumpe, eine
optimale Zusammenführung
von Heizmedienströmen
unterschiedlicher Herkunft und Wertigkeit auf schaltungs- und steuerungstechnisch
einfache Art und hohem Nutzeffekt nach den technischen Regeln der
Heizungs- und Sanitärtechnik
zu erreichen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden
nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der
Erfindung anhand der 1 bis 6 näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1:
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung in Form eines hydraulischen Schaltbildes,
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2:
eine vorteilhafte Weiterbildung der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung,
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3 bis 6: zusätzliche Weiterbildungen der in 1 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung.
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In der in 1 dargestellten Anordnung sind ein Öl- bzw.
Gaskessel 3, ein mittels eines Solarpaneels 4 beheizter
Pufferspeicher 6, ein Heizkreis 7 mit Niedertemperaturheizflächen sowie
ein Warmwasserbereiter 5 mit Vor- und Nachwärmheizflächen zu
einem Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem 1 zusammengeschaltet.
In dem Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem 1 ist
eine Umwälzpumpe 2.5 und
ein Antrieb M für
des Vierwegemischventil 2.1 vorgesehen. Diese Aggregate
erhalten ihre Steuerbefehle unmittelbar von einer dem Kessel 3 zugehörigen Regelungseinrichtung 3.1.
Dabei wird der Heizkreis 7 in günstiger Weise witterungsgeführt im Tagbetrieb
und/oder Nachtabsenkbetrieb gefahren. Eine in dem System 1 vorgesehene Boilerladepumpe 2.11 erhält den Vorrang
vor dem Heizbetrieb. Die Boilerladepumpe 2.11 hat zur Erzielung
möglichst
kurzer Ladezeiten eine hohe Förderleistung.
Die Ladung des Boilers 6 erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit
der Temperatur im Warmwasserbereiter 5.
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Die zentrale Sammel- und Verteileinrichtung ist
mit 2 bezeichnet.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist
in dem Heizungs- und Warmwasserversorgungssystem 10 entsprechend
der Darstellung in 2 in
der Sammel- und Verteileinrichtung 12 eine zusätzliche
Mischerbaugruppe mit einem Vierwegemischventil 12.2 für einen
zweiten Heizkreis T installiert, welche ebenso wie die Mischerbaugruppe
mit dem Vierwegemischventil 12.1 von der Kesselkreisregelung 3.1 ihre
Steuerbefehle erhält.
Da die Rücklaufleitungen
beider Heizkreise 7 und 7' in einem Sammelrohr zusammengeführt werden
und das Heizmedium teilweise in den Heizwasser-Pufferspeicher 6 fließt und hier
zusätzlich über den
Solarkollektor 4 durch Sonnenenergie aufgewärmt wird,
kann der Heizkreis 7' mit
der niedrigen Betriebstemperatur zum Teil mit Wärme aus dem Pufferspeicher 6 betrieben
werden. Dadurch ergeben sich beachtliche Energieeinsparungseftekte.
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Die in den 3, 4, 5 und 6 dargestellten Baueinheiten unterscheiden
sich von den beiden vorhergehenden Lösungsbeispielen durch den Einbau einer
zweiten Boilerladepumpe 22.12, 32.12, 42.12 bzw. 52.12.
Diese ist dann sinnvoll, wenn der Heizwasser-Pufferspeicher 6 bzw. 6' unabhängig von
den äußeren Witterungsbedingungen
durch Nutzung alternativer Energie, beispielsweise mit Hilfe eines Holzkessels
aufgeheizt wird. Die zweite Pumpe 22.12, 32.12, 42.12 bzw. 52.12 empfängt ihre
Schaltimpulse zum einen zusammen mit der Ladepumpe 22.11, 32.11, 42.11, 52.11,
welche Wärmeenergie aus
dem Öl-/Gaskessel 3 entnimmt,
zum anderen zusammen mit der Ladepumpe 8.1 des Heizwasser-Pufferspeichers 6 bzw. 6'. Da diese Ladepumpe nur
bei Temperaturen von größer 60°C im Holzkessel 8 in
Betrieb ist, wird die Wärme
mittels der zusätzlichen
Ladepumpe 22.12, 32.12, 42.12, 52.12 von dem
Pufferspeicher 6 bzw. 6' zum Warmwasserbereiter 5 bzw. 5' transportiert.
Eine Temperaturbegrenzungseinrichtung schützt den jeweiligen Warmwasserbereiter 5 bzw. 5' vor einer Überschreitung
der Grenztemperatur von 60°C.
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Die in den 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellten Heizungs-
und Warmwasserversorgungssysteme 1, 10, 20, 30, 40 und 50 sind
jeweils mit einer zentralen Sammel- und Verteileinrichtung 2, 12, 22, 32, 42 bzw. 52 ausgestattet.
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Dabei ist entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die erste Zuströmöffnung der
in den zentralen Sammel- und Verteileinrichtungen 2, 12, 22, 32,
42 bzw. 52 angeordneten Vierwegemischventile 2.1, 12.1, 12.2, 22.1, 32.1, 42.1, 42.2, 52.1 bzw. 52.2 mit
einem ersten Verteilerrohr 2.3, 12.3, 22.3, 32.3, 42.3 bzw. 52.3 für ein Wärmeträgermedium
höherer
Wertigkeit, die um 90° versetzte
zweite Zuströmöffnung des
jeweiligen Vierwegemischventils mit einem zweiten Verteilerrohr 2.4, 12.4, 22.4, 32.4, 42.4 bzw. 52.4 für ein Wärmeträgermedium
geringerer Wertigkeit, und die um weitere 90° versetzte dritte Zuströmöffnung des
jeweiligen Vierwegemischventils mit der Rücklaufleitung des Heizkreises 7 bzw. 7' verbunden.
Dem vierten Abgang des Vierwegemischventils, der Abströmöffnung,
ist die Heizkreispumpe bzw. sind die Heizkreispumpen 2.5, 12.5, 12.6, 22.5, 32.5, 42.5, 42.6, 52.5 bzw. 52.6 des
jeweiligen Heizungs- und Warmwasserversorgungssystems zugeordnet.
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Um in der Sammel- und Verteileinrichtung des
jeweiligen Heizungs- und Warmwasserversorgungssystems die Montage
der Verteiler-Rohrleitungen in einer Ebene zu ermöglichen,
sind an den Kreuzungspunkten in die Rohrleitungen entweder in waagerechter
oder in senkrechter Richtung (nicht näher dargestellte) Ringfittings
eingesetzt, durch deren Öffnungen
jeweils die kreuzenden Rohrleitungen hindurchgeführt sind.
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Montagetechnische Vorteile sind insbesondere
dann erzielbar, wenn die beiden dem(n) jeweiligen Vierwegemischventil(en)
zugeordneten Verteiler aus Hohlprofilen bestehen, welche eingesetzte Durchführungsbuchsen 2.12, 12.12, 22.13, 32.13, 42.14 bzw. 52.14 für die über Kreuz
geführten
Verbindungsleitungen aufweisen.
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In die beiden Zuströmleitungen
zu dem jeweiligen Mischventil sind innerhalb von Rohrverschraubungen
angeordnete Rückflußverhinderer 2.7, 12.7, 12.8, 22.7, 32.7, 42.7, 42.8 bzw. 52.7 und 52.8 eingebaut,
welche in vorteilhafter Weise Fehlzirkulationen verhindern. Durch
das Vorhandensein dieser lösbaren
Verbindungen kann das jeweilige Vierwegemischventil 2.1, 12.1, 12.2, 22.1, 32.1, 42.1, 42.2, 52.1 bzw. 52.2 im
Bedarfsfall auf einfache Art demontiert werden.
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Die Rohrleitungsanschlüsse sind
in bekannter Weise stets paarweise, jeweils für Vorlauf und Rücklauf des
Wärmeträgermediums
ausgebildet.
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Die hydraulichen Verbindungsglieder
für die vorstehend
genannten Bauelemente der Heizungstechnik sind mit den dazugehörigen Umwälz- und Mischeinrichtungen
für das
Wärmeträgermedium
zu einer zentralen, als Serienerzeugnis zu fertigenden Sammel- und
Verteileinrichtung 2, 12, 22, 32, 42 bzw. 52 derart
vereinigt, daß die
einzelnen Bauelemente lediglich durch Installation von Verbindungsleitungen anschließbar sind
und daß die
zumeist fertigkonfektionierten externen Heizkessel-, Fernwärme- oder Heizkreisregelungseinrichtungen
gleichzeitig die Steuerungs- und Regelfunktionen für die Bauelemente
der zentralen Sammel- und Verteileinrichtung 2, 12, 22, 32, 42 bzw. 52 übernehmen
können.
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Durch Beibehaltung diskreter Bauelemente statt
der kombinierten, wie beispielsweise Heizwasser-/Warmwasserkombispeicher,
sind in vorteilhafter Weise ein übersichtlicher
Aufbau der Gesamtanlagen, eine energieökonomische Fahrweise und die strikte
Einhaltung vorgegebener Temperaturgrenzen erreichbar.
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Die Sammel- und Verteileinrichtungen 2, 12, 22, 32, 42 bzw. 52 sind
sowohl für
die Ausstattung von Neuanlagen als auch zur Nachrüstung an
bestehenden Heizsystemen geeignet.
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Dadurch ist es weiterhin in vorteilhafter
Weise möglich,
bei Nutzung herkömmlicher
diskreter Bauelemente der Heizungstechnik, beispielsweise Öl-/Gas-Heizkessel,
Warmwasserbereiter mit Ladepumpe, Heizwasser-Pufferspeicher mit
einem angeschlossenen Wärmeerzeuger,
Heizkreissammler und -verteiler mit Mischungsregelung und Umwälzpumpe,
eine optimale Zusammenführung
von Heizmedienströmen
unterschiedlicher Herkunft und Wertigkeit auf schaltungs- und steuerungstechnisch
einfache Art und mit hohem Nutzeffekt nach den technischen Regeln
der Heizungs- und Sanitärtechnik
zu erreichen.
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Die in den 1 bis 6 gezeigten
Sammel- und Verteileinrichtungen 2, 12, 22, 32, 42, 52 weisen als
Umhausung aller Elemente einen tragenden Isolierkörper 2.9, 12.9, 22.9, 32.9, 42.9 bzw. 52.9 auf, welcher
in montagetechnisch günstiger
Weise zweigeteilt ausgebildet ist.
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Die Erfindung beschränkt sich
in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.