DE102005052064A1 - Abgasanlage - Google Patents
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Abstract
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem abgasführenden
Abgasstrang (2) und mit einer Einspritzeinrichtung (4) zum Eindüsen einer
Flüssigkeit
in den Abgasstrang (2).
Um die Verdampfung der in den Abgasstrang (2) eingedüsten Flüssigkeit zu verbessern, ist im Abgasstrang (2) stromab der Einspritzeinrichtung (4) ein Blechkörper (7) angeordnet, der wenigstens eine Wand (8) aufweist, die sich in einer Längsrichtung des Abgasstrangs (2) erstreckt und die beidseitig einer im Abgasstrang (2) transportierten Abgasströmung (9) ausgesetzt ist.
Um die Verdampfung der in den Abgasstrang (2) eingedüsten Flüssigkeit zu verbessern, ist im Abgasstrang (2) stromab der Einspritzeinrichtung (4) ein Blechkörper (7) angeordnet, der wenigstens eine Wand (8) aufweist, die sich in einer Längsrichtung des Abgasstrangs (2) erstreckt und die beidseitig einer im Abgasstrang (2) transportierten Abgasströmung (9) ausgesetzt ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
- Eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine weist üblicherweise wenigstens einen Abgasstrang auf, der die im Betrieb der Brennkraftmaschine anfallenden Abgase von der Brennkraftmaschine abführt und in eine Umgebung der Brennkraftmaschine bzw. eines damit ausgestatteten Fahrzeugs emittiert. Üblicherweise ist eine derartige Abgasanlage mit Einrichtungen zur Abgasreinigung sowie zur Schalldämpfung ausgestattet, wobei diese Einrichtungen in den Abgasstrang eingebunden sind. Beispielsweise kann die Abgasanlage mit einer Einspritzeinrichtung ausgestattet sein, mit deren Hilfe eine Flüssigkeit in den Abgasstrang eingedüst werden kann. Beispielsweise kann mit Hilfe einer derartigen Einspritzeinrichtung ein flüssiger Brennstoff stromauf eines Oxidationskatalysators eingedüst werden, um bei einem Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine den Oxidationskatalysator möglichst rasch auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Ebenso ist es möglich, mit Hilfe einer derartigen Einspritzeinrichtung stromauf eines mit selektiver katalytischer Reduktion arbei tenden Katalysators, kurz SCR-Katalysator, ein flüssiges Reduktionsmittel einzudüsen, mit dessen Hilfe der SCR-Katalysator im Abgas mitgeführte Stickoxide reduzieren kann. Für die beispielhafte genannten chemischen Reaktionen ist es dabei vorteilhaft, wenn die in das heiße Abgas eingedüste Flüssigkeit verdampft. Je besser die Umsetzung der Flüssigkeit in Dampf oder Gas ist, desto effektiver kann die erwünschte nachfolgende chemische Reaktion ablaufen.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abgasanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen hohen Verdampfungsgrad der eingedüsten Flüssigkeit auszeichnet.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Abgasstrang stromab der Einspritzeinrichtung eine Verdampfungshilfe anzuordnen, und zwar in Form eines Blechkörpers, der wenigstens eine vom Abgas beaufschlagte Wand aufweist. Dabei erstreckt sich diese wenigstens eine Wand in der Längsrichtung der Abgasstrangs, wodurch sie den Strömungswiderstand im Abgasstrang nicht oder nur geringfügig erhöht. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass sich die eingespritzte Flüssigkeit zu einem großen Teil zunächst an einer Wandung des Abgasstrangs niederschlägt und erst anschließend durch die Wärme der Wandung und die Beaufschlagung mit Abgas verdampft. Durch die Bereitstellung der wenigstens einen Wand des Blechkörpers wird im Abgasstrang zusätzliche Oberfläche bzw. Wandfläche geschaffen, an der sich die eingedüste Flüssigkeit niederschlagen kann. Da sich die eingedüste Flüssigkeit insbesondere auf mehr Oberfläche verteilen kann, wird die anschließende Verdampfung erleichtert bzw. beschleunigt. Hinzu kommt, dass die vom Abgas beaufschlagte wenigstens eine Wand tendenziell eine höhere Temperatur aufweist als die Wandung des Abgasstrangs, was zusätzlich zur Beschleunigung der Verdampfung beiträgt.
- Der stromab der Einspritzeinrichtung im Abgasstrang angeordnete Blechkörper erhöht mit seiner wenigstens einen Wand den Verdampfungsgrad der eingedüsten Flüssigkeit. In der Folge kann die jeweils nachfolgend erwünschte chemische Reaktion mit erhöhter Effizienz ablaufen. Beispielsweise kann so ein Oxidationskatalysator schneller und/oder mit einem reduzierten Brennstoffverbrauch aufgeheizt werden. Ebenso kann beispielsweise ein SCR-Katalysator eine höhere Umsetzungsrate für NOx erzielen und/oder weniger Reduktionsmittel verbrauchen.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können Einspritzeinrichtung und Blechkörper so aufeinander abgestimmt sein, dass die Einsritzeinrichtung die Flüssigkeit zumindest teilweise auf die wenigstens eine Wand aufsprüht. Hierdurch wird gezielt eine Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit an der wenigstens einen Wand des Blechkörpers herbeigeführt, die aufgrund ihrer erhöhten Temperatur eine bessere Verdampfungswirkung zeigt.
- Vorzugsweise ist bei einer Ausführungsform die wenigstens eine Wand zwischen ihren sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs erstreckenden Längsenden von einer Wandung des Abgasstrangs beabstandet angeordnet. Hierdurch wird gewährleistet, dass die wenigstens eine Wand beidseitig vom Abgas umströmt wird, was zu einer intensiven Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und der wenigstens einen Wand führt. Der wenigstens einen Wand kann somit permanent Wärme zugeführt werden, um so die beim Verdampfen der eingesprühten Flüssigkeit abgehende Verdampfungswärme rasch auszugleichen. Die Verdampfung wird dadurch unterstützt.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Wandung des Abgasstrangs im Bereich wenigstens eines Längsendes der wenigstens einen Wand zumindest eine Öffnung aufweisen, durch die hindurch die wenigstens eine Wand an besagtem Längsende mit der Wandung verschweißt ist. Diese Bauweise vereinfacht die Montage und senkt die Herstellungskosten.
- Bei einer besonders einfachen Ausführungsform kann der Blechkörper nur eine einzige solche Wand aufweisen. Diese Wand kann beispielsweise im wesentlichen zentral im Abgasstrang angeordnet sein und kann zur Reduzierung von thermisch bedingten Spannungen im Profil S-förmig ausgestaltet sein.
- Bei einer anderen Ausführungsform kann der Blechkörper mehrere solche Wände aufweisen, die an ihren Längsenden miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Wände einen Hohlraum umschließen, so dass der Blechkörper als Hohlkörper oder Rohrkörper ausgestaltet ist. Durch die erhöhte Anzahl an Wänden kann die zur Verdampfung bereitgestellte Oberfläche besonders groß gewählt werden, was die Effizienz dieser Verdampfungshilfe erhöht.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Abgasanlage, -
2 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch die Abgasanlage im Bereich eines Blechkörpers, -
3 eine Ansicht wie in2 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform, -
4a bis4c Querschnitte der Abgasanlage im Bereich des Blechkörpers entsprechend Schnittlinien IV in2 , -
5 ein Querschnitt der Abgasanlage im Bereich des Blechkörpers entsprechend Schnittlinien V in3 . - Entsprechend
1 umfasst eine Abgasanlage1 zumindest einen Abgasstrang2 , mit dessen Hilfe sie Abgas von einer Brennkraftmaschine3 , die vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, abführt. Die Abgasanlage1 umfasst außerdem zumindest eine Einspritzeinrichtung4 , die es ermöglicht, eine Flüssigkeit in den Abgasstrang2 einzudüsen. Der Abgasstrang2 ist hier unterbrochen und nicht vollständig dargestellt, da zum einen zwischen dem mit der Brennkraftmaschine3 verbundenen Abschnitt und dem der Einspritzeinrichtung4 zugeordneten Abschnitt, sowie zum anderen stromab des dargestellten, mit der Einspritzeinrichtung4 gekoppelten Abschnitts weitere Komponenten in die Abgasanlage1 einge bunden sein können, wie z.B. Katalysator, Partikelfilter, Schalldämpfer. - Die Einspritzeinrichtung
4 ist beispielsweise mit einer Dosiereinrichtung5 gekoppelt, die der Einspritzeinrichtung4 die Flüssigkeit zum Eindüsen zuführt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um ein Reduktionsmittel, wie z.B. Harnstoff oder Ammoniak oder ein Harnstoff-Amoniumformiat-Gemisch. Die Abgasanlage1 enthält dann stromab der Einspritzeinrichtung4 , also stromab des Injektionsortes, einen SCR-Katalysator6 , der mit Hilfe des Reduktionsmittels Stickoxide, die im Abgas mitgeführt werden, reduziert. Grundsätzlich kann die Einspritzeinrichtung4 bei einer anderen Ausführungsform auch zum Eindüsen einer anderen Flüssigkeit vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich bei der Flüssigkeit auch um einen Brennstoff handeln, bei dem es sich vorzugsweise um den Kraftstoff handelt, mit dem die Brennkraftmaschine3 betrieben wird. Die Abgasanlage1 enthält dann stromab der Einspritzeinrichtung4 einen Oxidationskatalysator, der mit Hilfe des Brennstoff aufgeheizt werden kann, um diesen beispielsweise bei einem Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine3 rasch auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Ebenso kann die Einspritzeinrichtung4 zur Eindüsung einer anderen Flüssigkeit vorgesehen sein. - Erfindungsgemäß ist nun im Abgasstrang
1 stromab der Einspritzeinrichtung4 , also stromab des Injektionsortes, ein Blechkörper7 angeordnet. Dieser Blechkörper7 funktioniert dabei als Verdampfungshilfe und verbessert somit den Ver dampfungsgrad der eingespritzten Flüssigkeit. Der Blechkörper7 ist dabei im Abgasstrang2 stromauf des SCR-Katalysators6 bzw. stromauf des Oxidationskatalysators angeordnet, sofern ein Brennstoff eingespritzt wird. - Entsprechend den
2 bis5 weist der Blechkörper7 zumindest eine Wand8 auf, die sich in einer Längsrichtung des Abgasstrangs2 erstreckt. Der Abgasstrang2 ist zumindest im Bereich des Blechkörpers7 rohrförmig ausgestaltet. Die Strömungsrichtung des im Betrieb der Brennkraftmaschine3 im Abgasstrang2 strömenden Abgases ist durch einen Pfeil symbolisiert und mit9 bezeichnet. Die wenigstens eine Wand8 des Blechkörpers7 ist innerhalb des rohrförmigen Abgasstrangs2 so angeordnet, dass sie der Abgasströmung9 beidseitig ausgesetzt ist. Im wesentlichen ergibt sich dadurch eine tangentiale Umströmung der wenigstens einen Wand8 an beiden Seiten der wenigstens einen Wand8 . - Bei den in den
2 und4 gezeigten Ausführungsformen weist der Blechkörper7 genau drei derartige Wände8 auf. Diese Wandzahl ist jedoch nur exemplarisch, so dass auch mehr oder weniger derartige Wände8 vorgesehen sein können. Wie den4a bis4c zu entnehmen ist, besitzt jede Wand8 jeweils zwei Längsenden10 , die sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs2 erstrecken und über die je zwei benachbarte Wände8 miteinander verbunden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle drei Wände8 über ihre Längsenden10 miteinander verbunden, wodurch sich ein in Umfangsrichtung geschlossenes Profil für den Blechkörper7 ergibt. Der Blechkörper7 ist somit als Hohlkörper oder Rohr ausgestaltet. Durch die drei Wände8 besitzt der rohrförmige Blechkörper7 einen dreieckigen Querschnitt. Der rohrförmige Blechkörper7 ist innerhalb des rohrförmigen Abgasstrangs2 achsparallel und vorzugsweise koaxial angeordnet. - Die Wände
8 umschließen einen Hohlraum11 in Umfangsrichtung. Entsprechend2 können die Einspritzeinrichtung4 und der Blechkörper7 so aufeinander abgestimmt sein, dass die Einspritzeinrichtung4 die Flüssigkeit teilweise oder wie hier vollständig in den Hohlraum11 eindüst. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da die Wände8 nur an ihren dem Hohlraum11 zugewandten Innenseiten zum Verdampfen der Flüssigkeit dienen, während sie gleichzeitig an ihren vom Hohlraum11 abgewandten Außenseiten von den heißen Abgasen beaufschlagt sind. Auf diese Weise kann die beim Verdampfen den Wänden8 an ihren Innenseiten entzogene Verdampfungswärme über die Abgase an den Außenseiten permanent zugeführt werden. - Um nicht nur die Innenseiten der Wände
8 , sondern auch deren Außenseiten mit der Abgasströmung9 zu beaufschlagen, sind die Wände8 im Abgasstrang2 so angeordnet, dass sie zwischen ihren Längsenden10 von einer Wandung12 des Abgasstrangs2 beabstandet sind. Bei der in4a gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Wände8 zwischen ihren Längsenden10 geradlinig. Im Unterschied dazu sind die Wände8 bei der in4b gezeigten Ausführungsform zur Wandung12 hin konvex gekrümmt. Bei der in4c gezeigten Ausfüh rungsform besitzen die Wände8 zur Wandung12 hin eine konkave Krümmung. Andere Ausgestaltungen und Formgebungen für die Wände8 sind ebenso möglich. Bei den gekrümmten Wänden sind Spannungen, die aufgrund thermischer Ausdehnungseffekte auftreten können, reduziert. -
3 und5 zeigen eine andere Ausführungsform, bei der der Blechkörper7 nur eine einzige derartige Wand8 aufweist. Diese Wand8 ist dann vorzugsweise im rohrförmigen Abgasstrang2 zentral, also mittig angeordnet. Wie5 zu entnehmen ist, kann die Wand8 zwischen ihren Längsenden10 ein gekrümmtes Profil aufweisen, was thermische Spannungen reduziert. Im Beispiel ist die Wand8 im Profil S-förmig gekrümmt. - Entsprechend
3 sind die Einspritzeinrichtung4 und der Blechkörper7 vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass die Einspritzeinrichtung4 die Flüssigkeit zum Teil oder wie hier vollständig auf diese eine Wand8 aufsprüht. Auch hier kann es sich als vorteilhaft herausstellen, dass nur die eine Seite der Wand8 mit der Flüssigkeit besprüht wird, um so die der Wand8 entzogene Verdampfungswärme über das Abgas an der anderen Seite der Wand8 wieder rasch zuzuführen. - Jedenfalls ist auch die eine Wand
8 so im Abgasstrang2 angeordnet, dass sie von der Wandung12 beabstandet ist. Auch diese eine Wand8 ist an ihren Längsenden10 an der Wandung12 befestigt. - Vorzugsweise sind die Wände
8 bei den hier gezeigten Ausführungsformen so ausgestaltet, dass sie in der Längsrichtung des Abgasstrangs2 ein konstantes Profil aufweisen. Die Wände8 bestehen zweckmäßig aus Blech, insbesondere aus Stahlblech. Die Wände8 können perforiert ausgestaltet sein oder unperforiert sein. - Entsprechend den
2 und3 ist ein stromauf liegendes Stirnende der jeweiligen Wand8 als Anströmkante13 ausgestaltet. Eine derartige Anströmkante13 erleichtert das Umströmen der jeweiligen Wand8 und reduziert dabei den Strömungswiderstand. Auf entsprechende Weise kann auch ein stromabliegendes, hier nicht erkennbares Stirnende der jeweiligen Wand8 als Abströmkante ausgestaltet sein, wodurch ebenfalls der Strömungswiderstand des Blechkörpers7 reduziert wird. Darüber hinaus ist eine Wandstärke14 der jeweiligen Wand8 relativ klein gewählt; sie kann, muss jedoch nicht, kleiner als eine Wandstärke15 der Wandung12 des Abgasstrangs2 sein. Die Ausgestaltung des Blechkörpers7 ist vorzugsweise somit so gewählt, dass sich für die Durchströmung des Abgasstrangs2 im Bereich des Blechkörpers7 kein oder nur ein geringer Druckanstieg ausbildet. Die Durchströmung des Abgasstrangs2 wird somit durch den Blechkörper7 nicht oder nur geringfügig behindert. Insbesondere ist der als Hohlkörper oder Rohr ausgestaltete Blechkörper7 an seinen Stirnseiten beidseitig offen und frei durchströmbar. - Entsprechend den
4 und5 sind die Wände8 an der Wandung12 des Abgasstrangs2 vorzugsweise durch Verschweißen befestigt. - Um diese in den
4 und5 mit16 bezeichneten Schweißverbindungen besonders einfach herstellen zu können, kann vorgesehen sein, die Wandung12 im Bereich des jeweiligen Längsendes10 mit wenigstens einer Öffnung17 zu versehen. Durch diese Öffnung17 hindurch, die beispielsweise als Loch oder als Längsschlitz ausgestaltet sein kann, erfolgt die Schweißverbindung16 . D.h., das jeweilige Längsende10 ist durch die Öffnung17 hindurch mit der Wandung12 verschweißt.
Claims (10)
- Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (
3 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit wenigstens einem abgasführenden Abgasstrang (2 ), – mit einer Einspritzeinrichtung (4 ) zum Eindüsen einer Flüssigkeit in den Abgasstrang (2 ), – wobei im Abgasstrang (2 ) stromab der Einspritzeinrichtung (4 ) ein Blechkörper (7 ) angeordnet ist, der wenigstens eine Wand (8 ) aufweist, die sich in einer Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) erstreckt und die beidseitig einer im Abgasstrang (2 ) transportierten Abgasströmung (9 ) ausgesetzt ist. - Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (
4 ) und der Blechkörper (7 ) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Einspritzeinrichtung (4 ) die Flüssigkeit zumindest teilweise auf die wenigstens eine Wand (8 ) aufsprüht. - Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wand (
8 ) zwischen ihren sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) erstreckenden Längsenden (10 ) von einer Wandung (12 ) des Abgasstrangs (2 ) beabstandet angeordnet ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wand (
8 ) an ihren sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) erstreckenden Längsenden (10 ) an einer Wandung (12 ) des Abgasstrangs (2 ) befestigt ist. - Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (
12 ) im Bereich wenigstens eines Längsendes (10 ) der wenigstens einen Wand (8 ) zumindest eine Öffnung (17 ) aufweist, durch die hindurch die wenigstens eine Wand (8 ) an besagtem Längsende (10 ) mit der Wandung (15 ) verschweißt ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass ein stromauf liegendes Stirnende der wenigstens einen Wand (
8 ) als Anströmkante (13 ) ausgestaltet ist, und/oder dass ein stromab liegendes Stirnende der wenigstens einen Wand (8 ) als Abströmkante ausgestaltet ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die wenigstens eine Wand (
8 ) ein in der Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) konstantes Profil aufweist, und/oder – dass die wenigstens eine Wand (8 ) perforiert oder unperforiert ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der Blechkörper (
7 ) nur eine einzige solche Wand (8 ) aufweist, und/oder – dass die Wand (8 ) im wesentlichen zentral im Abgasstrang (2 ) angeordnet ist, und/oder – dass die Wand (8 ) zwischen ihren sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) erstreckenden Längsenden (10 ) im Profil S-förmig gekrümmt ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der Blechkörper (
7 ) mehrere solche Wände (8 ) aufweist, die an ihren sich in der Längsrichtung des Abgasstrangs (2 ) erstreckenden Längsenden (10 ) miteinander verbunden sind, und/oder – dass die Wände (8 ) einen Hohlraum (11 ) umschließen, und/oder – dass die Einspritzeinrichtung (4 ) und der Blechkörper (7 ) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Einspritzeinrichtung (4 ) die Flüssigkeit zumindest teilweise in den Hohlraum (11 ) eindüst, und/oder – dass zumindest eine der Wände (8 ) zwischen ihren Längsenden (10 ) geradlinig oder zur Wandung (12 ) hin konkav oder konvex verläuft, und/oder – dass der Blechkörper (7 ) als Rohr ausgestaltet ist, das achsparallel und/oder koaxial im Abgasstrang (2 ) angeordnet ist, und/oder – dass der als Rohr ausgestaltete Blechkörper (7 ) einen mehreckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass im Abgasstrang (
2 ) stromab des Blechkörpers (7 ) ein SCR-Katalysator (6 ) angeordnet ist, und/oder – dass eine Dosiereinrichtung (5 ) vorgesehen ist, die mit der Einspritzeinrichtung (4 ) gekoppelt ist und dieser Harnstoff oder Ammoniak oder ein Harnstoff-Amoniumformiat-Gemisch zum Einspritzen in den Abgasstrang (2 ) zuführt.
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