DE10016887A1 - Einzelradaufhängung - Google Patents
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Abstract
Eine Einzelradaufhängung umfaßt einen Radträger (2), einen Seitenrahmen (12) und eine radführende Lenkeranordnung (4, 5), über die der Radträger (2) mit dem Seitenrahmen (12) gekoppelt ist, wobei der Seitenrahmen (12) in im wesentlichen senkrechter Ausrichtung mit mindestens drei Abstützpunkten an einem Fahrzeugaufbau (15) oder einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen elastokinematisch abgestützt ist, und wobei obenliegende Abstützpunkte in bezug auf eine Fahrzeuglängsrichtung mit einer größeren Längsnachgiebigkeit abgestützt sind, als untenliegende Abstützpunkte. Damit wird eine Einzelradaufhängung geschaffen, die eine hohe Fahrsicherheit sowie einen hohen Fahrkomfort aufweist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelradaufhängung. Sie eignet sich besonders für die
Aufhängung der Vorder- und Hinterräder motorgetriebener Kraftfahrzeuge.
Mit dem zunehmenden Leistungspotential heutiger Fahrzeugantriebe und den damit
verbundenen, größeren Beschleunigungs- und Verzögerungsmöglichkeiten wachsen auch
die Anforderungen an die Fahrwerkskonstruktion. Dabei stehen vor allem
sicherheitstechnische Gesichtspunkte der Fahrdynamik im Vordergrund. Zudem steigen
auch die Ansprüche an den Fahrkomfort.
Einzelradaufhängungen, die im Stand der Technik bereits seit langem bekannt sind,
zeichnen sich durch einen geringen Raumbedarf und ein verhältnismäßig geringes Gewicht
aus. Zudem beeinflussen sich die Räder einer Achse untereinander nicht. Desweiteren
besteht die Möglichkeit, durch gezielte Elastizitäten in der Radaufhängung, unter anderem
durch die Verwendung von Gummilagern an den aufbauseitigen Anlenkstellen der einzelnen
Lenker, die Stellung eines Fahrzeugrades zur Fahrbahn in Abhängigkeit der Fahrsituation zu
beeinflussen. Dazu werden die je nach Fahrsituation unterschiedlichen Kräfte in der
Radaufhängung ausgenutzt. So wird bei einem Bremsvorgang die Bremskraft, die entgegen
der Fahrtrichtung orientiert ist, im Radaufstandspunkt wirksam, während bei einem
Überfahren eines Hindernisses wie einer Bodenwelle die Rollwiderstandskraft, die ebenfalls
entgegen der Fahrtrichtung orientiert ist, in der Radmitte zu betrachten ist. Durch eine
elastokinematisch bedingte Vorspureinstellung kann beispielsweise eine Stabilisierung des
Fahrzeuges bei einem Bremsvorgang erreicht werden.
Im Hinblick auf den Fahrkomfort besteht ein Interesse daran, die Übertragung der aus den
Brems- oder Rollwiderstandskräften angeregten Längsschwingungen der Räder auf den
Fahrzeugaufbau möglichst gering zu halten.
Der Fahrkomfort eines Fahrzeuges hängt weiterhin auch von der Entkopplung der
Abrollschwingungen der Räder von dem Fahrzeugaufbau durch die Radaufhängung ab. Die
heute verwendeten Stahlgürtelreifen weisen eine hohe Abrollhärte auf. Durch den sehr
steifen Startgürtel werden ebenfalls Längsschwingungen verursacht, die sich über die
Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau bemerkbar machen und den Fahrkomfort
beeinträchtigen.
Diese Längsschwingungen lassen sich vermindern, wenn an dem Rad eine definierte
Längsbewegung zugelassen wird. Hierbei dürfen allerdings keine Änderungen der Vorspur
auftreten, da dies zu einem unerwünschten Eigenlenkverhalten des Fahrwerkes und damit
zu einer Verschlechterung des Geradeauslaufverhaltens führen würde.
Aus der DE 195 35 923 A1 ist in diesem Zusammenhang bereits eine Doppelquerlenker-
Radaufhängung mit zwei obenliegenden Stablenkern und einem untenliegenden Querlenker
bekannt, bei der sämtliche Lenker über Gummilager unmittelbar an einem Fahrzeugaufbau
abgestützt sind. Zur Längsfederung von Fahrbahnstößen ist das vordere, aufbauseitige
Lager des unteren Querlenkers weich, das hintere Lager hingegen härter ausgebildet. Der
untere Querlenker ist hinter der Radachse an den Radträger angeschlossen und verläuft von
dort im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung zu dem hinteren Lager sowie schräg nach
vorne und innen zu dem vorderen Lager.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere
Einzelradaufhängung zu schaffen, die eine hohe Fahrsicherheit sowie einen hohen
Fahrkomfort aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Einzelradaufhängung mit einem Radträger, einem
Seitenrahmen und einer radführenden Lenkeranordnung gelöst, bei der der Radträger über
die radführende Lenkeranordnung mit dem Seitenrahmen gekoppelt ist. Der Seitenrahmen
ist in im wesentlichen senkrechter Ausrichtung mit mindestens drei Abstützpunkten an einem
Fahrzeugaufbau oder einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen
elastokinematisch abgestützt. Obenliegende Abstützpunkte sind dabei mit einer in bezug
auf die Fahrzeuglängsrichtung größeren Längsnachgiebigkeit abgestützt, als untenliegende
Abstützpunkte.
Durch die im Stand der Technik bisher nicht bekannte Einkopplung eines zusätzlichen
Mechanismus in Form eines Seitenrahmens zwischen die Lenkeranordnung und die
eigentliche Anlenkung an dem Fahrzeugaufbau bzw. einem Hilfsrahmen läßt sich die
Längsnachgiebigkeit der Radaufhängung gezielt einstellen, so daß der Radmittelpunkt
weicher angebunden werden kann, als der Radaufstandspunkt. Bei einem Angriff von
Längskräften an der Radaufhängung wird der Seitenrahmen verdreht und/oder verschoben,
woraus eine Kopplung der aufbauseitigen Enden der Lenkeranordnung resultiert. Die
weichere obere Anbindung bewirkt durch eine stärkere Verschiebungsmöglichkeit einer
obenliegenden Lenkerebene in Längskraftrichtung eine Verbesserung des Fahrkomforts,
während die vergleichsweise steife untere Abstützung für die Fahrdynamik vorteilhaft ist.
Bei einem Bremsvorgang tritt die größte Kraft in dem unteren Anlenkpunkt der Lenk- bzw.
Spreizachse eines Radträgers auf, während eine in Gegenrichtung wirkende Kraft an dem
oberen Anlenkpunkt des Radträgers betragsmäßig kleiner bleibt. In einer herkömmlichen
Radaufhängung kommt es bei dem Bremsvorgang dadurch in der Regel zu einem
Verdrehen der durch die Anlenkpunkte der Lenkanordnung verlaufenden Lenk- bzw.
Spreizachse. Die aufbauseitige Verkopplung von unteren und oberen Abschnitten der
Lenkeranordnung mittels des Seitenrahmens, der infolge eines Bremsvorganges verdreht
wird, erlaubt es hier, die Verdrehung der Spreiz- bzw. Lenkachse beim Bremsen zu
reduzieren oder vollständig zu vermeiden.
Die bei einem Überrollen eines Hindernisses in Radmitte angreifende Rollwiderstandskraft
wird hingegen weitgehend gleichmäßig und gleichgerichtet auf die oberen und unteren
Anlenkpunkte des Radträgers verteilt. Die Verschiebungsmöglichkeit der oberen
Lenkerebene in Längskraftrichtung erlaubt auch hier eine weichere Anbindung des Rades
zur verbesserten Absorption von Längsschwingungen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Seitenrahmen im
wesentlichen in einer Ebene, so daß sich für diesen eine flache Konstruktion ergibt.
Vorzugsweise ist der Seitenrahmen als Stabrahmen ausgebildet. Neben dem
Gewichtsvorteil bleibt hierdurch der Gestaltungsraum für umliegende Bauteile weitestgehend
unbeeinträchtigt.
Durch eine rechteckartige Ausbildung des Seitenrahmens läßt sich eine gewisse
Torsionselastizität desselben erreichen, die neben der Elastizität der Lagerung des
Seitenrahmens an dem Fahrzeugaufbau zu einer gezielten Radeinstellung ausgenutzt
werden kann.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstützpunkte, mit
denen der Seitenrahmen gegen den Fahrzeugaufbau oder einen an dem Fahrzeugaufbau
vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt ist, an den Anlenkpunkten oder in unmittelbarer Nähe
derselben angeordnet, an welchen die Lenkeranordnung an dem Seitenrahmen angelenkt
ist. Damit bleibt einerseits eine hohe Stabilität der Radaufhängung gewährleistet,
andererseits wird die Kopplung der aufbauseitigen Anlenkpunkte der Lenkeranordnung
untereinander beibehalten.
Vorzugsweise ist die radführende Lenkeranordnung als Doppelquerlenkeranordnung
ausgebildet. Damit ergeben sich weitgehende Möglichkeiten zur Beeinflussung der
Radstellung in unterschiedlichen Betriebssituationen. Durch eine entsprechende Auswahl
der Länge und Ausrichtung der Querlenker läßt sich beispielsweise die Wankneigung des
Fahrzeugaufbaus in der Kurve gering halten oder eine günstige Bremsnickabstützung
erzielen.
Bevorzugt ist dann der Seitenrahmen mit vier Punkten gegenüber dem Fahrzeugaufbau
oder gegenüber einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt,
wodurch eine stabile Aufnahme von Querkräften gewährleistet und eine übermäßige
Biegebelastung an dem Seitenrahmen vermieden wird.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist der Seitenrahmen über zwei obere Lenker
mit dem Fahrzeugaufbau oder mit einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen
Hilfsrahmen gekoppelt, wobei die Ankopplung des Seitenrahmens an die oberen Lenker
jeweils über ein elastisches Lager vorgenommen ist, hingegen die untenliegenden
Abstützpunkte unmittelbar über elastische Lager an dem Fahrzeugaufbau oder einem an
dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen angekoppelt sind. Die Verwendung
zusätzlicher oberer Lenker erlaubt einen großen Gestaltungsraum für die obere, für den
Fahrkomfort entscheidende Längsnachgiebigkeit. Durch die zusätzliche Verwendung von
elastischen Lagern, beispielsweise Gummilagern, zwischen den oberen Lenkern und dem
oberen Abschnitt des Seitenrahmens ergibt sich eine zusätzliche Entkopplung der Radachse
von dem Fahrzeugaufbau.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Einzelradaufhängung eines Vorderrades einer gelenkten
Doppelquerlenkerachse für ein Kraftfahrzeug in räumlicher Darstellung,
Fig. 2 eine Ansicht vom vorne der Einzelradaufhängung in Fig. 1, und in
Fig. 3 eine Ansicht von oben auf die Einzelradaufhängung in Fig. 1.
Die Einzelradaufhängung 1 weist einen Radträger 2 auf, der ein Rad 3, hier ein linkes
Vorderrad, trägt. Der Radträger 2 ist über eine radführende Lenkeranordnung mit einem
Seitenrahmen 12 verbunden, der gegenüber einem Fahrzeugaufbau 15 elastisch abgestützt
ist.
Die Lenkeranordnung ist dabei als Doppelquerlenker-Radaufhängung ausgebildet und
umfaßt einen oberen Querlenker 4 sowie einen im wesentlichen parallel dazu angeordneten,
unteren Querlenker 8. Jeder der Querlenker 4 bzw. 8 wird durch ein Paar von stabartigen
Einzellenkern 5 und 6 bzw. 9 und 10 gebildet, die mit einem Ende jeweils über ein Gelenk 26
bis 29 an den Seitenrahmen 12 angeschlossen sind und sich jeweils im wesentlichen in
Querrichtung des Fahrzeuges zu dem Radträger 2 erstrecken, wobei die stabartigen
Einzellenker eines Paares in Radrichtung jeweils aufeinanderzulaufen. Dabei stützen die
beiden oberen Stäbe 5 und 6 sowie die beiden unteren Stäbe 9 und 10 die Lenk- bzw.
Spreizachse L des Rades 3 an zwei in etwa übereinanderliegenden Punkten ab, d. h. die
beiden oberen Stäbe 5 und 6 sind in einem oberen Anlenkpunkt 7 an dem Radträger 2
angelenkt, wohingegen die beiden unteren Stäbe 9 und 10 an einem unteren Anlenkpunkt
11 des Radträgers 2 angreifen. Der untere Anlenkpunkt 11 liegt dabei etwas weiter außen
zu dem Rad 3 hin, als der obenliegende Anlenkpunkt 7. Bezogen auf die Drehachse des
Rades 3 liegt der untere Anlenkpunkt 11 unterhalb, der obere Anlenkpunkt 7 hingegen
oberhalb der Achshöhe der Drehachse des Rades 3.
Der Seitenrahmen 12 ist als Stabrahmen mit zwei sich im wesentlichen horizontal
erstreckenden Stäben 13a und 13b sowie zwei sich im wesentlichen vertikal erstreckenden
Stäben 14a und 14b ausgebildet, die zu einem Rechteck zusammengeschlossen sind und in
einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die Stäbe 13a, 13b, 14a und 14b sind dabei an ihren
Enden fest miteinander verbunden. Der solchermaßen gebildete, ecksteife Viereckrahmen
ist im wesentlichen senkrecht orientiert und parallel zu der Mittelebene des Rades 3
ausgerichtet, worunter auch geringfügige Abweichungen, beispielsweise eine Neigung des
oberen Abschnittes des Seitenrahmens 12 zum Fahrzeug hin sowie gegebenenfalls eine
Winkelabweichung, die bei einem Lenken auftritt, zu verstehen sind.
Weiterhin ist der Seitenrahmen 12 mit mindestens drei Punkten, in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel mit vier Punkten, an einem Fahrzeugaufbau 15 elastokinematisch
abgestützt. Selbstverständlich kann die Abstützung auch an einem mit dem Fahrzeugaufbau
15 verbundenen Hilfsrahmen oder Fahrschemel erfolgen. Die obenliegenden Abstützpunkte
sind dabei mit einer in bezug auf die Fahrzeuglängsrichtung bzw. Fahrtrichtung F größeren
Längsnachgiebigkeit abgestützt, als die untenliegenden Abstützpunkte.
In dem Ausführungsbeispiel sind für die untenliegenden Abstützpunkte zwei untere,
elastische Lager 16 und 17, beispielsweise Gummilager, zwischen dem Seitenrahmen 12
und dem Fahrzeugaufbau 15 vorgesehen. Die beiden Lager 16 und 17 liegen an den
unteren Ecken des Seitenrahmen-Viereckes, an denen auch die Stäbe 9 und 10 des unteren
Querlenkers 8 angelenkt sind, so daß Druckkräfte der Stäbe 9 und 10 unmittelbar über die
Lager 16 und 17 in den Fahrzeugaufbau 15 eingeleitet werden können, ohne den
Seitenrahmen 12 merklich zu tordieren. Dabei ist das in Fahrtrichtung F vorne liegende
Lager 16 kinematisch hart, das in Fahrtrichtung F hinten liegende Lager 17 hingegen
kinematisch weich als Komfortlager ausgebildet.
Ergänzend kann die untere Querstrebe 13b in etwa in ihrer Mitte durch ein weiteres
Gummilager schwenkbar an dem Aufbau 15 abgestützt werden. In einer alternativen
Ausgestaltung ist es auch möglich, die Lager 16 und 17 wegzulassen und die untere
Abstützung des Seitenrahmens 12 allein durch ein massives Gummilager in der Mitte der
unteren Querstrebe 13b vorzunehmen.
Die obere Abstützung des Seitenrahmens 12 gegen den Fahrzeugaufbau 15 erfolgt
hingegen über zusätzliche, stabartige Lenker 20 und 22, die einander überkreuzen, wie dies
Fig. 3 entnommen werden kann. Der im Bereich der oberen vornliegenden Ecke des
Seitenrahmen-Viereckes angreifende, vordere stabartige Lenker 20 ist zu der Fahrtrichtung
F stark angewinkelt, wohingegen der weitere, hintere stabartige Lenker 22 sich im
wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt und etwa in der Mitte der oberen Querstrebe
13a angreift. Diese beiden oberen Lenker 20 und 22 sind mit einem Ende jeweils über ein
Gummilager 18 bzw. 19 an der oberen Querstrebe 13a angekoppelt und mit dem anderen
Ende jeweils über ein weiteres Lager 21 bzw. 23 schwenkbar gegen den Fahrzeugaufbau 15
abgestützt. Jedes der Lager 21 und 23 erlaubt eine Winkelbeweglichkeit bis zu etwa 3 Grad.
Diese ist für die erforderliche Längsverschiebbarkeit des oberen Abschnittes des
Seitenrahmens 12 ausreichend.
Die Abstützung der Stäbe 5 und 6 des oberen Querlenkers 4 erfolgt ebenfalls im Bereich der
oberen Ecken des Seitenrahmen-Viereckes, so daß Druckkräfte der Stäbe 5 und 6 im
wesentlichen von den oberen Lenkern 20 und 22 aufgenommen werden.
Bei einer Einleitung von Längskräften in die Lenkeranordnung wird der Seitenrahmen 12 je
nach Kraftangriff verschoben und/oder verdreht. Durch die Anbindung der oberen
Abstützpunkte bzw. des oberen Abschnittes des Seitenrahmens 12 über die oberen Lenker
20 und 22 an dem Fahrzeugaufbau 15 findet eine deutliche Verschiebung der oberen
Lenkerebene in Richtung der Längskraft statt, wohingegen die Verschiebung an den unteren
Lagern 16 und 17 verhältnismäßig klein bleibt. Damit ergibt sich eine klare Trennung der
Gummilagerfunktionen in Komfortlager und Fahrdynamiklager. Aus der Verschiebung der
oberen Lenkerebene resultiert eine weiche und damit für den Fahrkomfort vorteilhafte
Anbindung des Rades 3. Gleichzeitig wird eine für die Fahrdynamik unerwünschte
Verdrehung der Spreizachse L beim Bremsen reduziert oder vollständig vermieden.
Die Ankopplung eines Federbeines 25 erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in
der Nähe des Anlenkpunktes 11 des unteren Querlenkers 8 an dem Radträger 2, wobei das
Federbein 25 bevorzugt an einem zwischen den unteren Stäben 5 und 6 vorgesehenen Steg
angeschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, das Federbein 25 an dem oberen Querlenker
4 anzukoppeln.
Die zuvor beschriebene Einzelradaufhängung kann sowohl für die Vorderräder als auch die
Hinterräder eines Fahrzeuges verwendet werden. Bei Verwendung der Einzelradaufhängung
an einer gelenkten Achse greift weiterhin eine Spurstange 24 in Fahrtrichtung F vor der
Lenkachse L an dem Radträger 2 an.
Anstelle der Doppelquerlenker-Radaufhängung kann auch eine andere konventionelle
Lenkeranordnung zwischen dem Radträger 2 und dem Seitenrahmen 12 vorgesehen
werden, wobei der Seitenrahmen 12 beispielsweise auch dreieckig ausgeführt und über drei
Punkte an dem Fahrzeugaufbau 15 abgestützt werden kann.
1
Einzelradaufhängung
2
Radträger
3
Fahrzeugrad
4
oberer Querlenker
5
hinterer Stab des oberen Querlenkers
6
vorderer Stab des oberen Querlenkers
7
oberer Anlenkpunkt
8
unterer Querlenker
9
hinterer Stab des unteren Querlenkers
10
vorderer Stab des unteren Querlenkers
11
unterer Anlenkpunkt
12
Seitenrahmen
13
a oberer Querstab des Seitenrahmens
13
b unterer Querstab des Seitenrahmens
14
a hinterer Vertikalstab des Seitenrahmens
14
b vorderer Vertikalstab des Seitenrahmens
15
Fahrzeugaufbau
16
vorderes, unteres Lager
17
hinteres, unteres Lager
18
vorderes, oberes Lager
19
hinteres, oberes Lager
20
hinterer, oberer Lenker
21
aufbauseitiges Lenkerlager
22
vorderer, oberer Lenker
23
aufbauseitiges Lenkerlager
24
Spurstange
25
Federbein
26-29
Gelenke
F Fahrtrichtung
L Lenkachse
F Fahrtrichtung
L Lenkachse
Claims (9)
1. Einzelradaufhängung, umfassend einen Radträger (2), einen Seitenrahmen (12) und
eine radführende Lenkeranordnung (4, 5), über die der Radträger (2) mit dem
Seitenrahmen (12) gekoppelt ist, wobei der Seitenrahmen (12) in im wesentlichen
senkrechter Ausrichtung mit mindestens drei Abstützpunkten an einem Fahrzeugaufbau
(15) oder einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen elastokinematisch
abgestützt ist und obenliegende Abstützpunkte in bezug auf eine Fahrzeuglängsrichtung
mit einer größeren Längsnachgiebigkeit abgestützt sind, als untenliegende
Abstützpunkte.
2. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der
Seitenrahmen (12) im wesentlichen in einer Ebene erstreckt.
3. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Seitenrahmen (12) rechteckig ausgebildet ist.
4. Einzelradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Seitenrahmen (12) als Stabrahmen ausgebildet ist.
5. Einzelradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die radführende Lenkeranordnung als Doppelquerlenkeranordnung ausgebildet ist.
6. Einzelradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Seitenrahmen (12) mit vier Punkten gegenüber dem Fahrzeugaufbau (15) oder
gegenüber einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt ist.
7. Einzelradaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Seitenrahmen (12) über zwei obere Lenker (20, 22) mit dem Fahrzeugaufbau (15) oder
mit einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen gekoppelt ist, wobei die
Ankopplung der oberen Lenker (20, 22) an den Seitenrahmen (12) jeweils über ein
elastisches Lager (18, 19) vorgenommen ist, hingegen die untenliegenden
Abstützpunkte unmittelbar über elastische Lager (16, 17) an dem Fahrzeugaufbau (15)
oder an einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen angekoppelt sind.
8. Einzelradaufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei oberen
Lenker (20, 22) sich im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstrecken.
9. Einzelradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstützpunkte, mit denen der Seitenrahmen (12) gegen den Fahrzeugaufbau
(15) oder gegen einen an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt
ist, an den Anlenkpunkten oder in unmittelbarer Nähe derselben angeordnet sind, an
welchen die Lenkeranordnung (4, 5) an dem Seitenrahmen (12) angelenkt ist.
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