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Elektromotorische Andrehvorrichtung für Verbrennungskraftmasehinen.
Die Erfindung betrifft eine elektromotonsche Andrehvorrichtung für Verbrennungkraftmaschine, bei der der Elektromotor durch. ein verschiebbares Kuppelglied während des Andrehvorganges mit der Verbrennungskraftmaschine in Verbindung gebracht und nach deren Anspringen selbsttätig wieder losgekuppelt wird und bei der weiterhin der Anker des Elektromotors in einer ersten Schaltstufe zwecks Erleichterung des Kuppelvorganges langsam und mit schwachem Drehmoment, in einer zweiten Schaltstufe schneller und mit grösserem Drehmoment umgedreht wird. Zur Hervorbringung der beiden Schaltstufen'verwandte man bisher einen besonderen von Hand oder Fuss oder auch mit elektrischem Relais gesteuerten Schalter, durch den ein Widerstand in einer ersten Schaltstufe dem Stromkreis des Elektromotors vorgeschaltet und in der zweiten Schaltstufe wieder kurzgeschlossen wurde.
Angesichts der erheblichen Stromstärken, mit denen die Andreh- motoren betrieben werden, war dieser Anlassschalter ein ziemlich umfangreiches Stück, weshalb seine Beseitigung doppelt wünschenswert erscheint. Die Erfindung betrifft Anordnungen, durch die der gekennzeichnete Zweistufenschalter in Wegfall kommen kann.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektromotorische Andrehvorrichtung der gekennzeichneten Art, bei der der Widerstand, der dem Arbeitsstrom in der ersten Schaltstufe vorgeschaltet wird, als Teil der Erregerwicklung des Elektromotors ausgebildet ist.
Um diesen Teil der Erregerwicklung auch in der zweiten Schaltstufe, in der er von der Haupterregerwicklung getrennt ist, für den Betrieb des Elektromotoren nutzbar zu machen, wird er zweckmässig in der zweiten Schaltstufe als Nebenschlusserregerwicklung unmittelbar an die Stromquelle angelegt. Auf diese Weise unterstützt er die Haupterregerwicklung und trägt dazu bei, den Raum für das Feldmagnetsystem beschränken zu können.
Die Umschaltung von der ersten in die zweite Schalts. tufe erfolgt am besten durch die Einrückbewegung des Kuppelgliedes. Das Kuppelglied kann einen Kontakthebel oder eine zweite Kollektorbürste betätigen, durch die die Umschaltung der Erregerwicklungsteile bewirkt wird.
Ist die Ankerwelle selbst Träger des Ritzels, das beim Kuppelvorgang axial verschoben wird, so hat der als Widerstand dienende Wicklungsteil in der ersten Schaltstufe noch die zweite Wirkung, dass er zur starken Erregung des Elektromagneten zwecks kräftiger Axialverschiebung des Ankers beiträgt. Einer selbsttätigen Wiederholung des Andrehvorganges (dadurch, dass der Träger des Kupplungsgliedes nach Anspringen der Verbrennungskraftmaschine auch'das Umschaltorgan in die Anlasslage zurücknimmt, solange der Anlassschalter vom Fahrer noch nicht wieder geöffnet worden ist), wird vorgebeugt durch einen bei geschlossenem Anlassschalter erregten Elektromagneten, der das Umschaltorgan in der zweiten Schaltstufe so lange festhält, bis der Fahrer den Schalter öffnet.
Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsformen der Erfindung, die in den Fig. i bis 8 schematisch dargestellt sind.
In den Fällen der Fig. i bis 4 ist als Kuppelglied ein Ritzel a angenommen, das auf der Ankerwelle b des Elektromotors befestigt ist und durch Axialverschiebung der Welle mit dem gezahnten Schwungkranz c der Verbrennungskraftmaschine in Eingriff gebracht
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Elektromotor verbunden. Bei den Fig. 1) 2, 3 besteht die Erregerwicklung aus dem Hauptteil f und dem als Widerstand dienenden Teil g.
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zweiten Schaltstufe durch den Kontakthebel A. Er wird bei der Einzugsbewegung des Ankers gegen den Kontakt i gedrückt. Der Kontakthebel h ist mit dem Anfang, der feste Kontakt i mit. dem Ende der Wicklung g verbunden. Die Ankerbürste/ liegt ebenfalls am Ende der Wicklung die Ankerbürste k2 liegt an Masse.
Parallel zur Erreger-und Ankerwicklung ist noch das Relais m mit seiner Spule n geschaltet.
Zum Andrehen wird der Handschalter e geschlossen. Ein schwacher Batteriestrom fliesst dann durch die Wicklungen. f und g, sodann durch die Bürste kl, durch die Ankerwicklung, durch die Bürste h2 und über Masse ^ zurück zur Batterie. Der Anker wird dadurch langsam gedreht und gleichzeitig kräftig nach links verschoben, so dass das Ritzel a mit dem Schwungkranz t kämmen kann. Die Axialverschiebung ist kräftig, weil die Erreger- wicklung f und g infolge ihrer grösseren Länge ein kräftiges Feld erzeugt.
Nach erfolgter Einrückung des Ritzels ist der Kontakthebel lz vom Anker auf den Kontakt t gedrückt worden ; infolgedessen ist der Widerstandsteil g der Erregerwicklung abgeschaltet und der volle Arbeitsstrom fliesst durch die Haupterregerwicklung/, den Draht o, den Hebel t, den Kontakt i, durch die Bürste kl, Ankerwicklung, Bürste 712 und über Masse zurück zur Batterie. Der Anker wird mit vollem Drehmoment umgedreht und die Verbrennungskraftmaschine wird angedreht.
Da sich der Kontakthebel h dem Relais w, K genähert hat, so wird er in der Berührung mit dem Kontakt i festgehalten, auch nachdem infolge Anspringens der Verbrennungskraftmaschine und erhöhter gegenelektromotorischer Kraft die Zugfeder p den Anker wieder in die Anfangslage zurückziehen konnte. Dadurch wird eine Wiederherstellung der ersten Schaltstufe und eine Wiederholung des Andrehvorganges, die zur Beschädigung des Kupplungsgetriebes führen könnte, vermieden. Erst nach Öffnung des Handschalters e geht der Hebel : wieder in seine Ruhelage zurück.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die den Widerstand bildende Erregerwicklung g mit ihrem Ende an die Bürste k1, mit ihrem Anfang an die Bürste ql gelegt.
Die Bürste ql ist durch den Hebel r vom Kollektor abgehoben.
Bei Schliessung des Handschalters e fliesst ein sehwacher Strom von der Batterie durch die Erregerwicklungen y und g, dann durch die Bürste k, in den Anker und durch die Bürste k2 zurück zur Batterie. Jetzt erfolgt wieder Ankerverschiebung und Einrückung des
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fliesst jetzt der Hauptstrom durch den Anker und durch die mit ihm in Serie geschaltete Hauptstromwicklung f in den Kontakt w und über den Kontaktstift 23 und die Masse zurück zur Batterie. Der Wicklungsteil g hingegen wird über die Brücke k2, Kontakt z, Brücke 22, Kontakt v, Wicklung g, Masse unmittelbar an die Klemmen der Batterie gelegt.
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wicklung. Der Motor arbeitet somit in der zweiten Schaltstufe als Kompoundmotor.
Nach Anspringen der Verbrennungskraftmaschine und Rückgang des Ankers verbleibt der Hebel 22 in der zweiten Schaltstufe, denn er wird vom Polhorn 25 gehalten. Nach Öffnung des Schalters e werden die Feldmagnete und somit das Polhorn kraftlos und die Feder 24. zieht den Kontakthebel wieder in die gezeichnete Anfangsstellung. Die KompoundSchaltung der Maschine könnte auch auf andere Weise vorgenommen werden, derart, dass nicht jeder Pol zwei Wicklungen fund g hat, sondern dass je ein Pol die Wicklung g, ein anderer die Wicklung f trägt, und dass diese Wicklungen in der ersten Schaltstufe hintereinander, in der zweiten Schaltstufe paarweise parallel geschaltet sind.
Natürlich könnte an Stelle des Handschalters e auch in bekannter Weise ein Druckknopfschalter für schwachen Strom angeordnet sein, von dem mittels eines Relais ein die Batterie mit dem Elektromotor verbindender Starkstromschalter betätigt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird die gleichfalls in zwei Teile unterteilte Feldwicklung derart geschaltet, dass auf der ersten Schaltstufe nur der eine Teil dieser Feldwicklung, die Widerstandswicklung, eingeschaltet ist, auf'der zweiten Schaltstufe die beiden Teile, die Widerstandswicklung und die Hauptstromwicklung, nebeneinander geschaltet sind. Bei dieser Schaltanordnung arbeitet der Elektromotor auf beiden Schaltstufen als Haupt- strommotor. Gegenüber bekannten Schaltanordnungen von Andrehmotoren, bei denen dem Anker des Elektromotors auf der ersten Stufe ein Widerstand parallel geschaltet. wird, bedeutet das einen grossen Vorteil, da ein Motor mit einer solchen bekannten Schaltung auch gegenüber kleinen Widerstandsänderungen ausserordentlich empfindlich ist.
Derartige Änderungen, die schon durch ein längeres oder kürzeres Kabel, durch Unterschiede in der Leitfähigkeit des stromführenden Metalls und insbesondere durch mehr oder weniger fest angezogene Anschlüsse hervorgerufen werden können, haben vielfach dazu geführt, dass der Motor beim Andrehen zu schnell und das Ritzel nicht zum Eingreifen gebracht werden konnte. Durch die Schaltung nach Fig. 5, bei der der Motor auch auf der ersten Stufe als Hauptstrommotor ohe Überbrückung des Ankers arbeitet, ist diese Empfindlichkeit beseitigt und damit sind die durch sie hevorgerufenen Nachteile behoben.
Im einzelnen ist die Anordnung nach Fig. 5 wie folgt eingerichtet.
Das Ritzel a, das mit dem Schwangradzahnkranz c kämmen soll, ist auf der Welle b des Elektromotorankers durch Nuc und Federkeil längs verschiebbar, aber undrehbar aufgesetzt. Der Anker liegt einerseits mit der Ankerbürste k1 an der Batterie, andrerseits ist er durch die Ankerbürste ka mit den Enden der Widerstandswicklung g und der Hauptstromwicklung f verbunden. Die Widerstandswicklung führt über die Relaisspule n des Schaltorgans zum Handschalter e und bei geschlossenem Schalter von hier zur Erde, die Hauptstromwicklung f über das mechanisch und elektrisch betätigte Schaltorgan h, i gleichfalls zur Erde.
Der Schalthebel h des Schaltorgans wird durch die Einrückbewegung des Ritzels a in eine Lage gebracht, in der er bei erregter Relaisspule n vom Relais m angezogen wird, wodurch der Kontakt h, i geschlossen wird.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 5 ist folgende : Zum Andrehen wird der Handschalter e geschlossen. Ein verhältnismässig schwacher Strom fliesst dann von der Batterie d über die Bürste 711 durch die Ankerwicklung über die Bürste k2 durch die Widerstandwicklung g, die einen Teil der Erregerwicklung bildet, und über die Relaisspule n
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und gleichzeitig kräftig nach links verschoben. Die Ankerverschiebung ist auch in diesem Falle kräftig, weil die Widerstandswicklung g aus verhältnismässig vielen Windungen besteht und von dem ganzen Strom bei nahezu voller Batteriespannung durchflossen wird, denn die gegenelektromotorische Kraft des Ankers ist bei der geringen Umdrehungszahl noch nicht hoch. Die Zahl der die magnetische Anziehung bestimmenden Amperewindungen ist mithin beträchtlich.
Mit der Einrückbewegung des Ritzels a'wird der Verstellhebel h des Schaltorgans in eine Lage gebracht, in der er bei erregter Relaisspule n vom Relais M angezogen wird, so dass der Kontakt h, i geschlossen wird. Nunmehr führt auch der Hauptstrom von der Bürste kl über die Hauptstromwicklung f und die Kontakte h, i zur Erde.
Durch die Anordnung des Hebels h im Schaltorgan, der zum Schliessen zunächst mechanisch durch die Einrückbewegung des Ritzels in eine Stellung gebracht wird, in der er bei erregter Relaisspule n von dem Relais m angezogen werden kann, ist es möglich, den Andrehmotor auch dann auszuschalten, wenn das Ritzel bereits zum Eingriff gekommen ist, die Verbrennungskraftmaschine aber nicht anspringt. Die Bewegung des Hebels A ist
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nicht von der Bewegung der Ankerwelle b, sondern von der des Ritzels a abhängig gemaacht, wodurch erreicht wird, dass der Elektromotor nicht voll eingeschaltet werden kann, wenn das Ritzel nicht zum Eingriff gekommen ist.
Eine besondere Ausbildung des in Fig. 5 durch den Hebel lt, das Relais m und den Kontakt i nur schematisch angedeuteten Schalters ist in Fig. 6 in der Ausschaltstellung und in Fig. 7 in einer zweiten Stellung, in der etwa die mechanische Mitnahme'des Ankers durch axiale Verschiebung des Ritzels aufhört veranschaulicht. Hierbei reicht der die Hauptstromwicklung einschaltende Anker des Schalters in seiner Ausschaltstellung annähernd bis zur Innenfläche des vorderen Eisendeckels des Schaltergehäuses oder kann auch hinter dieser Fläche liegen. Dadurch erhält man eine möglichst einfache und hinsichtlich der elektrischen bzw. magnetischen Betätigung des Schalters äusserst wirksame Ausführung.
Indem der zwecks Einschaltung der Hauptstromwicklung mit Kontaktorganen versehene Anker erst im letzten Augenblick seiner Bewegung magnetisch betätigt wird und hierbei mit möglichst grosser Beschleunigung die Kontakte für den Hauptstrom schliesst, so dass einerseits Funkenbildungen an den Kontakten und die dadurch bedingten Schädigungen und Zerstörungen derselben sicher vermieden werden und andrerseits eine schnelle Drehung des Andrehmotors durch den eingeschalteten Hauptstrom erst nach fast vollem Eingriff des Ritzels eintreten kann und somit Beschädigungen der Zähne des Ritzels und des Schwungrades verhindert werden.
Der Magnetschaltschalter, nach den Fig. 6 und 7 besteht aus einem geschlossen Eisen gehäuse G, in dem sich die Spule M befindet, die mittels eines Druckknopfschalters o. dgl. durch einen verhältnismässig schwachen Strom erregt wird. Der bewegliche Anker A ist mit einem federnden, aus zwei Flügeln bestehenden Kontaktorgan K verbunden, das isoliert am Anker angebracht ist und. in der eingerückten Stellung des Ankers die an die Hauptstromleitung angeschlossenen Metallteile H verbindet, die ihrerseits ebenfalls isoliert an dem Magnetgehäuse G befestigt sind. In seiner ausgerückten Stellung wird der- Anker A durch eine Spiralfeder F gehalten, wobei der Anker annähernd bis an die Innenfläche 1 des vorderen Eisendeckels D des Magnetschalters reicht.
In der Stellung nach Fig. 7 ist die magnetische Einwirkung auf den Anker so gross geworden, dass er durch die magnetische Zugkraft weiterbewegt und mit möglichster Beschleunigung gegen den festen Eisenkern E der Magnetspule J. 11 geschleudert wird, wodurch die mit dem Anker verbundenen Kontaktorgane den Hauptstrom schliessen.
Der Zweck dieses Magnetschalters ist hauptsächlich der, eine Einschaltung des die rasche Drehung des Andrehmotors bewirkenden Hauptstromes mit Sicherheit erst dann herbeizuführen, wenn sich das Ritzel des Andrehmotors nahezu im vollen Eingriff mit dem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine befindet, wobei auch Funkenbildungen beim Einschalten des Hauptstromes gänzlich vermieden werden sollen. Zu diesem Zweck erfährt der Anker A des Schalters, wenn das Ritzel eben mit dem Schwungradzahnkranz in Eingriff kommt, durch einen geeigneten, in den Fig. 6 und 7 durch einen punktiert gezeichneten
Hebel dargestellten Mitnehmer eine mechanische Bewegung bis etwa zu der aus Fig. 7 ersichtlichen Stellung.
Beim Einschalten der Andrehvorrichtung wird zunächst, wie an Hand der Fig, 5 näher beschrieben ist, ein Handschalter geschlossen, wodurch ein verhältnismässig schwacher Strom durch die Spule M des Magnetschalters geschickt wird. Da die Kraftlinien das Bestreben haben, den kürzesten Weg zu suchen, so bleiben sie bei der aus Fig. 6 ersichtlichen Ausschaltstellung des Ankers A fast vollkommen wirkungslos auf diesen, indem der grösste Teil der Kraftlinien unmittelbar von der Wandung G und dem vorderen Deckel D des Magnetschalters in den'Eisenkern übertritt.
Sobald jedoch der Anker A nach Beginn des Ritzeleingriffes infolge mechanischer Mitnahme durch das Ritzel in die Stellung nach
Fig 7 gelangt ist und sich hierdurch dem Eisenkern E erheblich genähert hat, treten die
Kraftlinien zum weitaus grössten Teil unmittelbar vom Anker in den Eisenkern über, während nur noch ein geringerer Teil derselben von der entfernter liegenden Gehäusewand G in dem
Eisenkern E übergeht. Die magnetische Wirkung des Schalters kommt nunmehr zur vollen
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wodurch die Kontakte K in erheblich kürzerer Zeit mit den Anschlussteilen H der Hauptstromleitung verbunden werden, als wenn der Anker A weiterhin mechanisch durch das Ritzel bis zum Aufliegen der Kontakte bewegt werden würde.
Es ist nicht unbedingt notwendig, dass der Anker A in seiner Ausschaltstellung gerade bis an - die Innenfläche 1 des vorderen Eisendeckels des Schaltergehäuses reicht, er kann erforderlichenfalls auch innerhalb des Eisendeckels, d. h. hinter seiner Innenfläche liegen, wodurch an der Wirkungsweise des Magnetschalters nichts Wesentliches geändert wird. Die beschriebene Anordnung des Ankers hat auch den Vorteil, dass man in der Wahl der Spannung der Feder F keine besonderen Schwierigkeiten hat, da die Feder dem Magnetismus des Schalters nicht angepasst zu werden braucht, sondern ihre Spannung durch die erheblich
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höhere magnetische Zugkraft des Ankers A ohne weiteres überwunden wird.
Würde jedoch der Anker A in seiner Ausschaltstellung aus dem Eisendeckel D nach innen hervortreten, so würde schon bei Beginn der Erregung der Magnetspule M ein stärkerer Kraftlinienfluss durch den Anker A stattfinden, und es müsste, um einen vorzeitigen Schluss des Hauptstromes durch die Kontakte K zu verhindern, die Feder F dem im Schalter herrschenden Magnetismus derart angepasst sein, dass dieser Magnetismus die Federspannung erst kurz vor der Endlage des Ankers überwindet. Die Wahl der richtigen Feder macht jedoch in diesem Falle, wie praktische Versuche gezeigt haben, erhebliche'Schwierigkeiten.
Eine Einrichtung zur mechanischen Annäherung des Elektromagnetankers, die in den Fig. 6 und 7 durch den punktiert gezeichneten Hebel nur angedeutet ist, ist in Fig. 8 in ihren Einzelheiten schematisch veranschaulicht..
In dieser Figur umschliesst das Gehäuse a3 des elektromagnetischen Umschalters die Spule b3, deren zugehöriger Anker e3 eine zwei-oder mehrarmige Kontaktbrücke d3 trägt.
Der Anker c3 nebst Kontaktbrücke wird durch eine Druckfeder e3 von dem Magnetpol des Umschalters und gleichzeitig von den beiden Kontakten/ und g abgedrängt, von denen der eine an die. Batterie tu und der andere an die Haupterregerwicklung i3 des Elektromotors gelegt ist. Ausser mit der Kontaktbrücke d3 ist der Elektromagnetanker c3
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Schiebers m3 stösst, der in einer festen Führung n3 gelagert ist und dessen anderes Ende einen Haken os bildet, der in die Bahn eines mit dem Elektromotoranker p3 verbundenen Anschlages q3 hineinragt. Zwischen dem Pluspol der Batterie und der Elektromagnetspule b3 istein Handschalter bzw. ein Druckknopf r3 angeordnet.
Die Feldwicklung des Elektromotors ist, wie erwähnt, in die Haupterregerwicklung i3 und die Hilfswicklung unterteilt und diese letztere liegt zur Haupterregerwicklung i3 des Elektromotors im Nebenschluss. Ihr eines Ende ist an die Elektromagnetspule und das andere Ende an die Ankerwicklung t3 angeschlossen, deren freies Ende an Masse gelegt ist.
Die Wirkungsweise des Magnetschalters nach Fig. 8 ist folgende : Beim Schliessen des Handschalters r3 wird die erste Schaltstufe eingeschaltet, bei welcher der Batteriestrom zunächst die Elektromagnetspule durchfliesst und sodann zu der Hilfswicklung s3 des Elektromotors gelangt. Der noch verbleibende Batteriestrom durchfliesst sodann auch noch die Ankerwicklung t3 und gelangt zur Masse und zurück zum Minuspol der Batterie. In
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in langsame Umdrehung versetzt. Im Verlauf der Längsverschiebung des Elektromotorankers trifft der an diesem vorgesehene Anschlag auf den Haken < des Schiebers und nimmt diesen mit.
Das aufgebogene andere Ende P des Schiebers legt sich hierbei gegen den Anschlag am Anker c3 des Elektromagneten und nähert diesen entgegen der Wirkung der Druckfeder e3 dem Pol der stromdurchflossenen Elektromagnetspule b3 so weit, bis er
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die zweite Schaltstufe eingeschaltet, in welcher der Anker des Elektromotors schneller und mit stärkerem Drehmoment angetrieben wird.
Die Kontaktbrücke d3 kommt beim Heranziehen des Elektromàgnetankers mit den beiden Kontakten f3 und g3 in Berührung und der Batteriestrom fliesst von diesem Augenblick ab zum grössten Teil über die Brücke d3 zu der Haupterregerwicklung i3 und über die Ankerwicklung t3 zur Masse und zurück zum Minuspol der Batterie h3. Ein kleiner Teil des Stromes fliesst aber auch noch durch die Spule b3 und die Hilfswicklung s3 zum Anker t3 und von da zur Masse, und dieser geringe Strom genügt, um den Anker des Elektromagneten angezogen zu halten.
Wird der Batteriestromkreis durch Öffnen des Schalters r3 unterbrochen, so drückt die Feder e3 den Elektromotoranker in seine Ruhestellung zurück und dieser nimmt mittels seines Anschlages k3 den Schieber m3 ebenfalls mit und auch der Anker des Elektromotors geht in seine Anfangsstellung zurück, wobei dann das. Ritzel mit dem Zahnkranz des Schwungrades ausser Eingriff kommt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromotorische Andrehvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, bei der der Elektromotor zur Erleichterung des Eingriffes seines verschiebbaren Kuppelgliedes in einen entsprechenden Kupplungsteil der Verbrennungskraftmaschine zuerst langsam und mit schwachem Drehmoment, nach erfolgtem Kupplungsvo'gang schneller und mit stärkerem Drehmoment angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand, der dem Arbeitsstr. om in der ersten Schaltstufe vorgeschaltet wird, als Teil der Erregerwicklung des Elektromotors ausgebildet ist.