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Schaltvorrichtung für Ladegeräte elektrischer Batterien
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für Ladegeräte elektrischer Batterien, welche eine vom
Gas des Laderaumes beaufschlagte Membran und ein von dieser gesteuertes Hebelsystem besitzt, welches einen in dem Ladestromkreis liegenden Schalter am Beginn der Batterieladung unter einem Mindestgas- druck im Laderaum schliesst und bei Erreichen eines vorbestimmten, die Beendigung des Ladevorganges anzeigenden Gasdruckes selbsttätig abschaltet.
Die bisher bekannten Ladevorrichtungen benötigen zur Erzeugung eines Überdruckes in der Batterie oder in der sie aufnehmenden Zelle ein Gerät, das sowohl an die Batteriezelle als auch an das Ladegerät angeschlossen und zur Aufrechterhaltung eines gewissen Mindestdruckes zu betätigen ist. Obwohl diese bekannten Ladegeräte unter der Voraussetzung einer sachgemässen Behandlung funktionieren, bestehen sie immer noch aus zu viel Einzelteilen, die einer Wartung oder Behandlung bedürfen.
Erfindungsgemäss wird daher ein Ladegerät angestrebt, das ein luftdicht verschliessbares Gehäuse zur Aufnahme der aufzuladenden Batterie und einen die Schalteinrichtung enthaltenden Behälter besitzt, die so miteinander zu vereinigen sind, dass sie nach Möglichkeit eine Einheit bilden.
Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Membran und das den elektrischen Schalter betätigende Hebelsystem in einem als Sockel ausgebildeten Gehäuse eingebaut sind, auf welchem ein die zu ladende Batterie luftdicht aufnehmendes durch einen den Gasdruck zur Membrane leitenden Kanal verbundenes Gehäuse aufsetzbar ist und dem elektrischen Schalter eine vom Hebelsystem betätigbare Steuerfeder zugeordnet ist, die einen Vorsprung besitzt, der mit dem Hebelsystem unmittelbar zur selbsttätigen Umschaltung zusammenwirkt.
Durch eine derartige Ausbildung des Ladegerätes ist es erstmals möglich, die Aufladung von Batterien auch von ungeschulten Arbeitskräften ausführen zu lassen, da das Ladegerät bis auf das Einsetzen einer Batterie in das luftdicht verschliessbare Gehäuse und das Entfernen einer fertig aufgeladenen Batterie aus dem Gehäuse alle für das in Abhängigkeit vom Gasdruck stattfindende Aufladen einer Batterie erforderlichen Funktionen selbsttätig übernimmt und ausführt.
Die Erfindung wird an Hand mehrerer in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein Ladegerät für Batterien in einer seitlichen Ansicht, wobei Gehäuseteile fortgelassen sind, um die Einzelheiten der Schaltvorrichtung zu zeigen ; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Dekkeleinrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung ähnlich dem nach Fig. 1, mit einem geänderten Aufbau und einer geänderten Anordnung der Schaltvorrichtung, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung in seitlicher Ansicht, welche in dem Gerät nach Fig. 1 verwendbar ist ;
Fig. 5 eine Teilansicht des Gegenstandes der Fig. 4 in einer Ansicht von rechts, wobei die verschiedenen Arbeitsstellungen der elektrischen Kontaktteile dargestellt sind, Fig. 6 die schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer in dem Gerät nach Fig. 1 verwendbaren Schaltvorrichtung und Fig. 7 ein Schaltbild, welches die elektrischen Anschlüsse des vorliegenden Ladesystems zeigt.
In den Zeichnungen, in denen die gleichen Elemente der verschiedenen Ausführungen mit den glei-
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chen Bezugszeichen versehen sind, ist das Ladegerät mit 1 bezeichnet. Es besteht aus einem hohlen, am Boden offenen Grundteil 3 von rechteckigem Querschnitt, an dem ein Transformator 5 angebracht ist. Durch eine Öffnung im Deckel dieses Grundteils 3 ragt ein zylindrisches Gehäuse 7, welches an seinen beiden Enden geschlossen ist. Das untere Ende des Gehäuses 7 ist durch einen Block 9 abgeschlossen, der vorzugsweise aus einem synthetischen Plastikmaterial besteht. Der Block 9 ist an der unteren Fläche des Deckels vom Grundteil 3 auf übliche Art und Weise befestigt.
Auf dem Boden des zylindrischen Gehäuses 7 sind ein Paar federnde elektrische Kontakte 11 und
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13 und 131 angeschlossen, welche in geeigneter Weise mit der den Ladestrom liefernden elektrischen Leitung (nicht dargestellt) verbunden sind.
Der Block 9 ist mit einem zentrisch angeordneten hohlen Rohrstück 15 versehen, welches in einen im unteren Blockteil ausgesparten Hohlraum 17 mündet. Dieser Hohlraum dient zur Aufnahme der druckempfindlichen mechanischen Elemente der Schaltvorrichtung.
An der unteren Mündung des Rohrstückes 15 bzw. an der Decke des Hohlraumes 17 ist eine flexible Membran 19 aus einem Material angeordnet, das so flexibel genug sein soll, dass bei einem in der Batterie entstehenden Gasdruck die'Dehnung der Membran erfolgt. Dünne, für diese Zwecke ge- eignete Gummimembranen haben eine Dicke von etwa 0, 76 mm.
Diese Membran 19 wird mittels eines Ringes 21 gegen die Hohlraumdecke und damit gegen die
Rohrstückmündung gehalten. Dieser Ring 21 wird von einer den Blockhohlraum 17 unten abschlie- ssenden Platte 23 gehalten, welche an der unteren Fläche des Blockes 9 lösbar befestigt ist.
Innerhalb des Hohlraumes 19 ist ein Kolben 25 angeordnet, welcher aus einer Scheibe 27 und einem vertikalen Bolzen 29 besteht. Die Scheibe 27 ruht auf einer Feder 31, welche sie nach oben gegen die Membrane 19 drückt. Der Bolzen 29 durchsetzt eine Öffnung in der unteren Platte
23 und wirkt mit einem zweiarmigen Hebel 33 zusammen, der aus einem elektrisch isolierenden Ma- terial besteht und um einen Bolzen 35 drehbar ist, welcher auf einer Tragplatte 37 angeordnet ist.
Die Tragplatte 37 kann am Block 9 befestigt oder auf irgendeine andere Art und Weise mit dem Ge- häuse 3 verbunden sein. Durch die Bewegung des Kolbens 25 nach unten wird der Hebel 33 in einer der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzten Richtung verschwenkt. Das Ende des langen Armes des um den Bolzen 35 schwenkbaren Hebels 33 wirkt bei dessen Verschwenkung auf eine Schaltfeder 39 und bewegt diese in Richtung des Schalters 41. Durch diese Bewegung stösst die Feder 39 den Schaltknopf 43 in den Schalter und schliesst den Ladestromkreis, so dass die Ladung der Batterie beginnt.
Die im zylindrischen Gehäuse 7 entstehenden Gase gelangen durch das Rohrstück 15 und drücken gegen die flexible Membran 19. Hiedurch wird die flexible Membran 19 nach unten ausgebaucht, so dass sie mit der horizontalen Scheibe 27 des Kolbens 25 in Berührung kommen. Der Gasdruck wirkt entgegen der Feder 31 und drückt den Kolben 25 nach unten gegen den kurzen Arm des darunter liegenden zweiarmigen Hebels 33.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Kappe 45 eines Deckels in ihrem Inneren mit einem dünnen geränderten konischen Gummieinsatz 51 versehen. Dieser ist an der Unterseite der Decke der Kappe 45 mittels einer Schraube 53 befestigt.
Der konische Gummieinsatz 51 hat verschiedene Funktionen. Er dient einmal als Abdichtung, um die Gase im zylindrischen Gehäuse 7 abzudichten, welche von der Batterie während des Ladevorganges erzeugt werden. Darüber hinaus dient er als Sicherheitsvorrichtung, um das Gas abzulassen, welches sich im Gehäuse 7 angesammelt hat wenn der Druck darin zu hoch wird. Dies wird durch ein Eindrücken der dünnen Wand des konischen Teiles des Gummieinsatzes bewirkt, wenn der Überdruck auf etwa 0, 7 bis 1, 05 kg/cm2 ansteigt. Der konische Gummieinsatz 51 dient ausserdem dazu, die Luft zusammenzudrücken, die im Gehäuse vorhanden ist, wenn die Kappe 45 in ihre Raststellung gedreht wird. Die Bedeutung dieser Merkmale wird weiter unten näher beschrieben.
Um die obere Otlnung des zylindrischen Gehäuses 7 zu verschliessen, ist die Kappe 45 vorgesehen, die durch einen Bajonettverschluss mit dem Gehäuse 7 lösbar verbunden ist. Die Kappe 45 ist mit einem Paar winklig verlaufender Bajonettverschlussschlitze 47 versehen, welche mit Bajonettstiften 49 zusammenwirken. Diese Anordnung erlaubt einen guten und dichten aber lösbaren Verschluss des Gehäuses 7.
Wie aus Fig. l zu ersehen ist, kann der zweiarmige Hebel 33 drei Stellungen in bezug auf die Schaltfeder 39 einnehmen. In der Ausgangsstellung liegt das Ende des Hebels 33 unter dem Fortsatz der Steuerfeder 39, so dass der Schaltknopf 43 in seiner äusseren Stellung bleibt und der Schalter nicht wirksam ist.
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In der zweiten Stellung ist der Hebel 33 mit dem Fortsatz der Schaltfeder 39 in Eingriff und der
Knopf 43 ist völlig eingedrückt. In dieser Stellung ist der Schalter wirksam und der Ladestrom einge- schaltet.
In der dritten Stellung liegt der Hebel 33 über dem Fortsatz der Steuerfeder 39, so dass kein
Druck mehr auf den Knopf 43 ausgeübt wird. Infolgedessen ist der Schalter in dieser Stellung nicht wirksam und der Ladestrom ist unterbrochen.
Ein Rückholknopf 55 wird verwendet, um den Hebelarm 33 aus der dritten Stellung in die Aus- gangsstellung zurückzustellen.
Wenn auch Fig. 1 ein Ladegerät zeigt, bei dem das Gehäuse 7 ein einheitlicher Bauteil ist, in welchen die Batterie eingeführt wird und darin während des Ladens verbleibt, wobei das Gehäuse 7 mit einem Deckel 45 versehen ist, wird erfindungsgemäss auch beabsichtigt, das Gehäuse 7 und den
Deckel 45 unmittelbar durch eine Batterie zu ersetzen, welche von einem eigenen abgedichteten Be- hälter umschlossen ist.
Der abgedichtete Behälter kann die Batteriezelle aufnehmen und mit einer Öffnung für den Austritt des Gases versehen sein, das in den genannten Zellen entwickelt wird. Dieser abgedichtete Behälter kann so ausgeführt sein, dass er auf dem Ladegerät befestigt und der Gasaustritt mit der druckgasgesteuerten
Schaltvorrichtung in einer ähnlichen Weise wie bei Fig. 1 verbunden werden kann.
Durch Anschliessen der im abgedichteten Batteriebehälter stehenden Batterie an den Ladestrom des
Ladegerätes und Verbinden des Behälterraumes mit dem Raum 17 des Ladegerätes könnte der beim La- den der Batterie sich entwickelnde Gasdruck auf die flexible Membran und die druckempfindliche Hebelvorrichtung einwirken, so dass das Ladesystem in Tätigkeit tritt.
Zum Arbeiten mit dem Ladegerät wird die zu ladende Batterie in das Zylindergehäuse 7 so eingeführt, dass die Kontaktklemmen der Batterie mit den Kontakten 11 und 111 des Ladegerätes in Kontakt kommen. Der Hebel 33 ist in seine untere Lage mittels des Rückholknopfes 55 gebracht worden. Mit dem Deckel 45 wird das Gehäuse 7 dicht geschlossen und dabei der Gummieinsatz so weit druckbelastet, dass im Gehäuseraum 7 eine Hohlraumverkleinerung verbunden mit einer Erhöhung des Druckes der eingeschlossenen Luft eintritt. Dadurch wird eine Bewegung der flexiblen Membran 19 und des Kolbenelements 25 ausgelöst, durch welche der Hebel 33 von seiner untersten Stellung in die zweite wirksame Lage verschwenkt wird, in welcher er, wie bereits beschrieben, den Ladestromkreis geschlossen hält und die Ladung der Batterie beginnt.
Vor den Ende des Ladevorganges der Batterie beginnt im Gehäuseraum 7 eine Gasentwicklung, welche ein Ansteigen des Gasdruckes zur Folge hat. Diese Drucksteigerung im Gehäuse 7 wird von der Membrane 19 auf den Hebel 33 in der beschriebenen Art übertragen, welcher in seine oberste unwirksame Stellung schwenkt, in welcher der Ladestrom in einer ebenfalls vorbeschriebenen Art und Weise unterbrochen ist. Wenn in dem Gehäuse 7 eine Undichtheit während des Ladevorganges entstehen sollte, wird der Gasdruck darin unter den zur Erhaltung des Hebels 33 in der zweiten Lage notwendigen Druck fallen. Deshalb wird er in die erste Stellung zurückfaller und den Ladestrom wieder unterbrechen. Hiedurch ist ein Überladen der Batterie infolge des Entstehens von Undichtheiten im Gehäuse 7 ausgeschaltet.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung bildet die druckgesteuerte Schaltvorrichtung eine in sich abgeschlossene Einheit gegenüber dem Blockteil, wie dem Block 9 gemäss Fig. 1. Bei dieser Ausführung der Erfindung ist das zylindrische Gehäuse 7 mit einem Boden 2 versehen, der mit dem Gehäuse 7 aus einem Stück besteht. Ein nicht dargestellter Stutzen ist an einer Ecke des Bodens 2 angeordnet, an dem ein kleiner, ebenfalls nicht dargestellter Nippel angebracht ist, von dem ein Schlauch 4 abzweigt, welcher diesen Nippel mit einer druckempfindlichen Steuereinheit 6 verbindet.
Die druckempfindliche Steuereinheit 6 ist in einem Metallbecher 8 enthalten, der in seinem Boden eine von einem Rohr 10 durchsetzte Bohrung hat. Das Rohr 10 mündet in den Becherhohlraum und trägt den Schlauch 4, welcher mit dem Inneren der Steuereinheit 6 verbunden ist. Eine flexible Membran 19, die identisch mit der für die Fig. 1 beschriebenen ist, liegt am Boden des Bechers 8 und an der Mündung des Rohres 10 an.
Die druckempfindliche Steuereinheit 6 ist ebenfalls mit einem Ring 21 und einem Kolbenelement 25 versehen, welches mit der Ausführung nach Fig. 1 übereinstimmt. Die druckempfindliche Steuereinheit 6 wird im Becher 8 mittels eines Deckels 12 gehalten, welcher mit einer zentralen Öffnung versehen ist, durch welche der Bolzen 29 des Kolbenelements 25 passt.
Die druckempfindliche Steuereinheit 6 bildet somit keine Baueinheit mit dem Gehäuse 7, son-
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dernist unter und seitlich neben dem Boden des Gehäuses 7 angeordnet und mit dem letzteren nur mittels des Schlauches 4 verbunden. Die Steuereinheit 6 kann auf übliche Art und Weise befestigt sein, beispielsweise mittels einer Trägerplatte 14, die an der Decke des Grundteiles 3 festgemacht ist.
Die Steuereinheit 6 bei dieser Ausführung entspricht im wesentlichen der nach Fig. 1. Der Hebel
33 ist drehbar am Bolzen 35 befestigt und betätigt bzw. setzt den Schalter 41 in oder ausser Tätig- keit in der vorstehend beschriebenen Art und Weise. Nach Beendigung der Aufladung einer Batterie kann der Hebel 33 mittels des Rückholknopfes 55 in die Ausgangsstellung zurückgestellt werden.
Eine andere Ausführung der druckgesteuerten und elektrischen Schalteinrichtung, die in dem Lade- gerät nach Fig. 1 verwendet werden kann, ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt.
Bei dieser Ausführung besteht der zweiarmige Hebel 33 aus einem Isolationsmaterial und trägt an seinem langen Arm einen elektrischen Kontakt 57, in dessen Bewegungsbereich zwei elektrische Kon- takte 59 und 61 angeordnet sind, die in der mit ununterbrochenen Linien ausgezogen dargestellten Lage des Hebels 33 vom Kontakt 57 überbrückt werden. Der Hebel 33 ist am Zapfen 35 drehbar ge- lagert und arbeitet mit seinem kurzen kontaktlosen Arm mit dem Bolzen 29 zusammen, wobei eine
Feder 63 den Hebel an den Bolzen 29 anhält. Der Rückholknopf 55 greift ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, am langen Arm des Hebels 33 an.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist folgende : Der Hebel 33 ruht normalerweise nur auf dem Kontakt 61, wenn der Ladestromkreis unterbrochen ist (Stellung I). Beim Einführen der Batterie in das Gehäuse 7 zum Aufladen der Batterie und nach dem Schliessen des Gehäuses 7 mittels der Kappe
45 wird der Bolzen 29 unter der Wirkung des innerhalb des Gehäuses 7 entwickelten Druckes nach unten bewegt und verursacht, dass der Hebel 33 in die Lage II gemäss Fig. 4 und 5 gelangt, wobei die
Kontakte 59 und 61 überbrückt werden und der Ladestromkreis geschlossen wird. Der Hebel 33 bleibt während des ganzen Ladevorganges in dieser Lage.
Wenn der Ladevorgang beendet ist, bewegt sich der Bolzen 29 unter dem Gasdruck im Gehäuse 7 weiter nach unten und schwenkt den Hebel 33 auf den Kontakt 59, so dass die elektrische Verbin- dung zwischen den Kontakten 59 und 61 und damit der Ladestromkreis unterbrochen wird. Bei der Bewegung über den Kontakt 59 kommt der Kontakt 57 des Hebels 33 in die Stellung m, die in den
Fig. 4 und 5 in gestrichelter Linie dargestellt ist und bleibt in dieser Stellung verriegelt, bis der Hebel 33 mittels des Rückholknopfes 55 in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt wird, in der der Kontakt 57 auf dem Kontakt 61 ruht und die Feder 63 den Hebel 33 an den Bolzen 29 wieder anhält.
Eine weitere Ausführungsform der druckgesteuerten und elektrischen Schaltvorrichtung, die indem Ladegerät gemäss Fig. 1 verwendbar ist, ist schematisch in Fig. 6 dargestellt.
Ein Satz flacher kontaktgebender Federn 65 ist auf dem Hebel 33 und der Schaltanordnung gemäss Fig. 1 angeordnet. Der eingefügte Pfeil 67 versinnbildlicht den Bolzen 29. Die Federn 65 bestehen aus Platten 68 und 70, welche Kontakte 69 bzw. 71 tragen. Sie bestehen aber auch aus einer Platte 73, welche Kontakte 75 und 77 hat, die den Kontakten 69 und 71 gegenüber liegen.
Der Kontakt 69 ist an einem Ende an die Primärwicklung des Transformators 5 elektrisch angeschlossen, während das andere Ende der Primärwicklung zu dem andern Pol der Stromleitung führt.
Die Federn 65,68 bringen die Kontakte 69 und 71 in fluchtende Anordnung gegenüber den Kontakten 75 und 77 der Platte 73. An ihrem freien Ende ist die Platte 73 in Kontakt mit einer gebogenen Feder 79, die mit einer Ausstülpung-81 versehen ist. Der Pfeil 83 repräsentiert den Rückholknopf.
Beim Einführen der zu ladenden Batterie in das Gehäuse 7 und nach dem Schliessen des Deckels 45 bewegt sich der Bolzen 29, d. h. der Pfeil 67 nach oben in eine Lage, in welcher die Kontakte 69 und 75 schliessen, ohne dass die Verbindung der Kontakte 71 und 77 unterbrochen wird, so dass das Ladegerät mit den Kontakten der Batterie verbunden wird.
Nach Beendigung der Aufladung der Batterie wird der Bolzen 29 seine Aufwärtsbewegung wieder aufnehmen, wobei er die Platte 73 nach oben stösst und bewirkt, dass die Kontakte 71 und 77 ge- öffnet werden, und wodurch das Ladegerät von der Batterie abgeschaltet wird. Die Platte 73, welche in die mit strichlierter Linie dargestellte Lage von der Feder 79 verriegelt wird, bewirkt, dass die Kontakte 71 und 77 getrennt bleiben, bis die mit voll ausgezogener Linie dargestellte Lage der Platte 73 mit Hilfe des Rückholknopfes 83 wieder erreicht wird.
Fig. 7 zeigt das Schaltbild des Ladegerätes. Der Ladestromkreis umfasst die Sekundärwicklung des Transformators 5 und in Reihe dazu die Batterie 85, einen Stromrichter 87 und eine Kontrolllampe 89, zu der ein Widerstand 91 parallelgeschaltet ist. Die Primärwicklung des Transforma-
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tors 5 ist über einen Schalter 41 an die Spannung führende Leitung 93 gelegt.
Beim Einführen der Batterie in das Gehäuse 7 gemäss Fig. l und beim Schliessen des Gehäuses mittels der Kappe 45 wird der Schalter 41 geschlossen, wie es in der Beschreibung ausgeführt ist.
Dieser Schalter 41 öffnet sich automatisch und schaltet das Ladegerät ab, wenn der Gasdruck innerhalb des Gehäuses bei weiterer Ladung über einen vorbestimmten Wert ansteigt.
Die Ladevorrichtung gemäss der Erfindung kann sowohl einzelne elektrische Zellen oder mehrere Bat- terieeinheiten von geeigneter Grösse und Form bei entsprechender elektrischer Ausführung und geeigneter Dimensionierung des Gehäuses 7 laden. Wenn z. B. die Batterie aus einer grösseren Anzahl einzelner Zellen besteht, die in einem gemeinsamen Behälter angeordnet sind, ist das Ladegerät auch zum Laden einer solchen Batterie geeignet, wobei die Zellen und der Gehäusebehälter nicht hermetisch abgeschlossen zu werden brauchen und der Batteriebehälter zwei Anschlüsse an Stellen hat, wie sie mit den Anschlusskontakten 11 und 111 des Ladegerätes zusammenkommen und das Ladegehäuse 7 zur Aufnahme der Batterie geeignet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltvorrichtung für Ladegeräte elektrischer Batterien, welche eine vom Gas des Laderaumes beaufschlagte Membran und ein von dieser gesteuertes Hebelsystem besitzt, welches einen in dem Ladestromkreis liegenden Schalter am Beginn der Batterieladung unter einem Mindestgasdruck im Laderaum schliesst und bei Erreichen eines vorbestimmten, die Beendigung des Ladevorganges anzeigenden Gasdruckes selbsttätig abschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (19) und das den elektrischen Schalter betätigende Hebelsystem (33) in einem als Sockel ausgebildeten Gehäuse (3) eingebaut sind, auf welchem ein die zu ladende Batterie luftdicht aufnehmendes durch einen den Gasdruck zur Membrane (19) leitenden Kanal (4) verbundenes Gehäuse (7) aufsetzbar ist und dem elektrischen Schalter (41) eine vom Hebelsystem (33)
betätigbare Steuerfeder (39) zugeordnet ist, die einen Vorsprung besitzt, der mit dem Hebelsystem unmittelbar zur selbsttätigen Umschaltung zusammenwirkt.