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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung einer Trennkupplung,
insbesondere eine Vorrichtung zur Betätigung einer Trennkupplung
eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, bei
denen die Betätigungseinrichtung
(z.B. Kupplungspedal oder Kupplungshebel) mit der Aktuatorik zur
Bewegung bzw. Betätigung
des Kupplungsausrücksystems
entkoppelt bzw. nicht auf irgendeine Weise (z.B. mechanisch oder
hydraulisch) zwangsgekoppelt sind.
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Vorrichtungen
zur Betätigung
von Trennkupplungen, die geeignet sind, die feste (zwangsgekoppelte)
Verbindung zwischen dem Betätigungsweg (Pedalweg)
eines Kupplungspedals (bzw. Kupplungshebels) und dem Betätigungsweg
(Ausrückweg)
der Trennkupplung aufzuheben sind bereits hinlänglich bekannt. In der
DE 10 2004 043 541
A1 werden eingangs bereits bekannte „clutch by wire" Systeme beschrieben,
bei denen über
einen elektrischen Kupplungspedal-Stellungsgeber ein Signal an ein Steuergerät ausgegeben
wird, das seinerseits einen Aktuator zur Betätigung des Ausrücksystems
ansteuert. Derartige Systeme bilden die Funktionalität bekannter
mechanischer oder hydraulischer Lösungen nach.
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Darüber hinaus
beschreibt die
DE
10 2004 043 541 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung einer Ausrückvorrichtung,
die den Fahrer bei unterschiedlichen Fahrsituationen unterstützen soll.
Hierfür
wird ein Kupplungswunschmoment ermittelt und dieses Kupplungswunschmoment
in Abhängigkeit
von einer vorliegenden Fahrsituation korrigiert. Das Kupplungswunschmoment
ist dabei das von der Kupplung auf den Getriebeeingang übertragene
Moment, das der Fahrer entsprechend der von ihm gewählten Stellung
des Kupplungspedals herbeiführen
möchte.
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Dabei
wird aus einer Kennlinie, die nach herkömmlicher Art einen festen Zusammenhang
zwischen Kupplungspedal und Kupplungsweg abbildet für einen erkannten
Kupplungspedalweg ein bestimmter Kupplungs- bzw. Aktuatorweg zugeordnet. Anschließend wird
aus einer zweiten Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Aktuatorweg
und Kupplungsmoment abbildet, das entsprechende einzustellende Kupplungsmoment
ermittelt, und für
den Fall, das aufgrund einer bestimmten Fahrsituation dieses Kupplungs(wunsch)moment
nicht optimal erscheint, dieses entsprechend korrigiert. Dabei wird ein
Kupplungsverhalten erzeugt, bei dem ausgehend von dem aufgrund einer
Standard-Kupplungskennlinie
definierten Kupplungsverhalten, dieses während des Kuppelvorgangs ständig korrigiert
wird. Nachteilig hierbei ist, dass der Fahrer mit einem Kupplungsverhalten
konfrontiert wird, welches nicht immer für ihn nachvollziehbar und damit
zeitweise unerwartet ist. Ein unmittelbar an das Betätigungsverhalten
des Fahrers gekoppeltes Kuppelverhalten (und damit ein entsprechendes
Kontrollgefühl)
ist hierbei nicht gewährleistet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Vorrichtung
zur Betätigung
einer Trennkupplung zu schaffen, die ein an unterschiedliche Fahrsituationen
angepasstes Kupplungsverhalten gewährleistet. Insbesondere soll
eine Vorrichtung geschaffen werden, die dem Fahrer ein zu jedem Zeitpunkt
von seiner individuellen Vorgabe abhängiges und stets reproduzierbares
Kupplungsverhalten gewährleistet.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kupplungskennlinien
(Einkuppelkennlinien) stets ein Kompromiss aus unterschiedlichen,
zum Teil konträren
Anforderungen sind. Zum einen muss eine ausreichende Sensibilität der Kupplungscharakteristik,
z.B. für
Rangier- oder Einparkvorgänge
oder für
einen Stop & Go
Verkehr, gewährleistet
sein. Zum anderen muss aber gleichzeitig die Kupplungscharakteristik
ausreichend direkt ausgelegt sein, so dass für Kupplungsvorgänge während einer
Beschleunigung stets eine entsprechende Spontanität (spontane
Kupplungswirkung) gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in
den Unteransprüchen
bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
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Gemäß der Erfindung
umfasst eine Vorrichtung zur Betätigung
einer Trennkupplung eine manuell zu betätigende Betätigungseinrichtung, ein mit dieser
gekoppeltes Wegerfassungsmittel, Mittel zur Erfassung bzw. Unterscheidung
unterschiedlicher Fahrsituationen, eine Steuereinrichtung zur Erzeugung
eines betätigungsweg-
und fahrsituationsabhängigen
Steuersignals sowie eine mit der Steuereinrichtung gekoppelte Aktuatorik
zur Betätigung
der Trennkupplung. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgebildet,
dass die Erzeugung des Steuersignals in Abhängigkeit einer Kennlinie erfolgt,
wobei für unterschiedliche
Fahrsituationen die jeweilige Kennliniencharakteristik zumindest
bereichsweise unterschiedlich ausgebildet ist.
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Die
Anpassung und Zuordnung an bzw. zu unterschiedlichen Fahrsituationen
kann unterschiedlich realisiert sein. Vorzugsweise wird mindestens eine
hinterlegte Kennlinie zumindest bereichsweise, in Abhängigkeit
von der vorliegenden und erkannten Fahrsituation adaptiert (verändert bzw.
angepasst). Alternativ oder zusätzlich
kann auch eine Auswahl einer der erkannten Fahrsituation zugeordneten
Kennlinie aus einer Mehrzahl von Kennlinien erfolgen, wobei jeder
hinterlegten Kennlinie eine vorbestimmte Fahrsituation (z.B. Anfahr-
oder Rangierbetrieb, Hochschaltvorgang, Rückschaltvorgang, Stopp & Go Betrieb, aktivierter
Sportmodus) zugeordnet ist.
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Mit
Vorteil unterscheiden sich die Kennlinien- bzw. Kennliniencharakteristiken
(im Folgenden als Kennlinien bezeichnet) unterschiedlicher Fahrsituationen
in einem vorbestimmten Kennlinienbereich (zweiter Kennlinienbereich),
während
sie in einem anderen Kennlinienbereich (erster Kennlinienbereich)
im Wesentlichen identisch sind. Der bei allen Kennlinien im Wesentlichen
gleich ausgebildete erste Kennlinienbereich erstreckt sich, ausgehend
von einem reproduzierbaren (Arbeits)Punkt, der den Betriebszustand
bei vollständig
geöffneter
Trennkupplung definiert, über
einen Bereich vorbestimmter Ausdehnung. In diesem ersten Kennlinienbereich
weisen alle Kennlinien, ausgehend von ein und demselben Startpunkt
und sich erstreckend über
den gleichen vorbestimmten Kennlinienbereich (bzw. Pedalbereich),
den gleichen Gradienten auf. Vorzugsweise wird der Start- bzw. Ausgangspunkt
des ersten Kennlinienbereichs durch die Position der Betätigungseinrichtung
(Kupplungspedal vollständig
gedrückt) und/oder
durch die Position der Trennkupplung (Trennkupplung maximal geöffnet) bzw.
die Position des die Trennkupplung ansteuernden Aktuators vorgegeben.
Der Zielpunkt durch den der erste Kennlinienbereich begrenzt ist,
ist vorzugsweise durch den so genannten Greifpunkt der Kupplung
vorgegeben. Dabei ist der Greifpunkt der Punkt nach dem so genannten
Kupplungsleerweg, ab dem ein vorbestimmtes (bzw. überhaupt
erst ein tatsächliches)
Kupplungsmoment übertragen
wird.
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Alternativ
zu einem ersten Kennlinienbereich der stets im Wesentlichen gleich
ausgebildet ist (also zumindest durch gleiche Start- und Zielpunkte
definiert ist, wobei der Verlauf zwischen Start- und Zielpunkt durchaus
variieren kann; vergl. 2: KI), kann der Startpunkt
beispielsweise derart definiert sein, dass in diesem Punkt zwar
das Kupplungspedal vollständig
getreten ist, jedoch die Trennkupplung zu diesem bereits in Richtung
Greifpunkt etwas geschlossen ist (2: KI'). Die Kupplung ist
somit quasi vorangelegt oder vorbetätigt, so dass über den gleichen
Pedalweg bis zum Erreichen des Greifpunktes ein geringerer Ausrückweg veranlasst
und somit eine sensiblere Kupplungsbetätigung (mit geringerem Kennliniengradienten)
ermöglicht
wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Anpassung des Kennlinienverhaltens (z.B.
durch Adaption einer Kennlinie und/oder Auswahl einer Kennlinie)
ausschließlich
in einer Betriebsphase der Trennkupplung zugelassen, in der keine Änderung
des Kupplungsmoments stattfindet. Insbesondere erfolgt eine Anpassung
ausschließlich
während
einer Betriebsphase in der die Trennkupplung im Wesentlichen vollständig geöffnet oder
vollständig
geschlossen ist.
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Die
Unterscheidung bzw. Erkennung unterschiedlicher Fahrsituationen,
in deren Abhängigkeit ein
Kennlinienverhalten adaptiert bzw. ausgewählt wird, kann auf unterschiedliche
Art erfolgen.
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Vorzugsweise
erfolgt die Ermittlung der vorliegenden Fahrsituation in Abhängigkeit
von der vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit. So kann beispielsweise
bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb einer vorbestimmten
Geschwindigkeitsschwelle ein Kennlinienverhalten im zweiten Kennlinienbereich
erzeugt werden, welches durch einen großen Modulationsbereich eine
feinfühlige
Dosierbarkeit bei Rangiervorgängen
oder im Stop & Go Betrieb
gewährleistet.
Als Modulationsbereich oder Modulationsbreite stellt sich aufgrund
der zugeordneten Kennliniencharakteristik ein fahrsituationsabhängiger Pedalwegbereich
zwischen zwei vorgegebenen Kennlinienpunkten ein. Vorzugsweise ist
die Modulationsbreite durch den Pedalwegbereich zwischen dem Greifpunkt
und dem Absterbepunkt bei festgebremstem Fahrzeug definiert. Ferner
kann bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb einer vorbestimmten
Geschwindigkeitsgrenze ein Kennlinienverhalten im zweiten Kennlinienbereich
bereitgestellt werden, welches durch einen kleineren Modulationsbereich
eine spontanere Reaktion beim Einkuppelvorgang gewährleistet.
Zugleich wird durch den im Wesentlichen unveränderbaren ersten Kennlinienbereich
bei allen Einkuppelvorgängen
zu Beginn des Kuppelvorgangs ein Pedalweg mit stets gleichem Kennlinienverhalten
gewährleistet.
Wesentlich ist hierbei, dass stets die gleiche Greifpunktlage (Pedalauslenkung
bei der der Greifpunkt erreicht ist) gewährleistet ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine vorliegende Fahrsituation auch in Abhängigkeit von der eingelegten
Gangstufe und/oder der Richtung bei einem Gangstufenwechsel und/oder
der vorliegenden Motordrehzahl und/oder der Anzahl der Betätigungen der
Betätigungseinrichtung
innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelt werden.
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Ferner
ist eine auf die Betätigungseinrichtung
wirkende Einrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft vorgesehen, die
ebenfalls in Abhängigkeit
von der vorliegenden Fahrsituation automatisch einen der erkannten
Fahrsituation zugeordneten Rückstellkraftverlauf
erzeugt. Hierdurch wird ergänzend
zur Einstellung der Modulationsbreite (Modulationsbereich) in Abhängigkeit
von der vorliegenden Fahrsituation der Fahrkomfort weiter gesteigert,
indem auch der Rückstellkraftverlauf
des Kupplungspedals in Abhängigkeit
von der vorliegenden Fahrsituation entsprechend eingestellt wird.
Besonders vorteilhaft kann die Einstellung des Rückstellkraftverlaufs unmittelbar
an das unterschiedliche Kennlinienverhalten gekoppelt sein, derart,
dass bei einem Kennlinienverhalten mit großem Modulationsbereich (große Modulationsbreite)
ein geringer Rückstellkraftgradient
vorgegeben wird, während
bei einem Kennlinienverhalten mit kleinem Modulationsbereich (kleine
Modulationsbreite) ein im Vergleich höherer Rückstellkraftgradient im Modulationsbereich
eingestellt wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1:
den schematischen Aufbau eines Antriebsstrangteils eines Kraftfahrzeug
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Betätigung
einer Trennkupplung, und
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2:
die schematische Darstellung verschiedener möglicher Kennliniencharakteristiken
zur fahrsituationsabhängigen
Steuerung der Trennkupplung.
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1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug,
umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Betätigung
einer Trennkupplung (insbesondere für einen PKW oder ein Motorrad).
Dargestellt ist die Wirkungskette einer nicht zwangsgekoppelten
Vorrichtung zur Betätigung
einer Trennkupplung TK eines manuell zu schaltenden Getriebes G.
Die Vorrichtung umfasst ein Kupplungspedal 2 zur manuellen
Vorgabe eines Kupplungswunsches durch einen Fahrer, Wegerfassungsmittel 4 zur
Erfassung der Auslenkung des Kupplungspedals 2 sowie eine
Steuereinrichtung 6 zur Erzeugung eines Stellsignals für einen Aktuator 8 zur
Ansteuerung der Trennkupplung TK (bzw. deren Ausrückeinrichtung).
Die Steuereinrichtung 6 ist derart ausgebildet, dass das
zu erzeugende Stellsignal für
den Aktuator 8 anhand einer hinterlegten Kennlinie K mit
einem ersten, im Wesentlichen unveränderbaren festen Kennlinienteil
KI und mit einem zweiten, veränderbaren
Kennlinienbereich KII erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann
das Stellsignal auch anhand eines Kennfeldes KFAusrück mit
einer Mehrzahl von Kennlinien erzeugt werden, wobei dann jeder Kennlinie
des Kennfeldes KFAusrück eine vorbestimmte
Fahrsituation zugeordnet ist. Auch hier setzt sich jede Kennlinie
aus einem ersten, festen Kennlinienbereich KI und einem zweiten,
veränderbaren
Kennlinienbereich KII zusammen, wobei der erste Kennlinienbereich
bevorzugt stets gleich ausgebildet ist. Die Erkennung unterschiedlicher Fahrsituationen
erfolgt in Abhängigkeit
von vorbestimmten Fahrzeugbetriebsparametern p1-pn. Bevorzugte Fahrzeugbetriebsparameter
sind die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Motordrehzahl und/oder
die eingelegte Gangstufe und/oder die Anzahl der Kupplungsbetätigungen
pro Zeiteinheit und/oder die Richtung des Gangstufenwechsels.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung wird
die Adaptivität
einer Einkuppelkennliniencharakteristik für eine Trennkupplung TK gewährleistet,
so dass ein Fahrzeugbenutzer für
eine Vielzahl vorbestimmter Fahrsituationen eine an die jeweils
vorliegende Fahrsituation angepasste optimierte Einkuppelcharakteristik
der Kupplung vorfindet. Die jeweils vorliegende Fahrsituation (z.B.
Anfahren, Rangieren, Hochschalten, Runterschalten, oder dergleichen) wird
durch die Auswertung verschiedener Fahrzustandsparameter (wie Fahrzeuggeschwindigkeit,
Motordrehzahl, Gangstufe, oder dergleichen) erreicht, wobei im Anschluss
an die Erkennung der Fahrsituation eine Umschaltung der Einkuppelcharakteristik (Kennliniencharakteristik)
erfolgt. Mit Vorteil erfolgt eine Umschaltung der Einkuppelcharakteristik
ausschließlich
während
vorbestimmter Betriebsphasen der Trennkupplung TK – insbesondere
während
Betriebsphasen, in denen die Trennkupplung TK vollständig geöffnet oder
vollständig
geschlossen ist. Dabei ist jede Einkuppelcharakteristik in einem
ersten festen Kennlinienbereich KI (K1-2),
ausgehend von einem Zustand bei vollständig geöffneter Trennkupplung TK (P1)
bis zu einem vorbestimmten Greifpunkt PGreif (P2)
der Trennkupplung 2 konstant (linearer Kennlinienabschnitt
mit konstantem Gradienten) ausgebildet, um den Fahrzeugbenutzer
in unterschiedlichen Fahrsituationen nicht durch unterschiedliche Greifpunktlagen
zu verunsichern. Die weitere Kennliniencharakteristik ist in einem
zweiten Kennlinienbereich KII (K2-3-K3-4), in Abhängigkeit von der vorliegenden
Fahrsituation adaptierbar, mit unterschiedlichen Gradienten für unterschiedliche
Fahrsituationen ausgebildet. Dabei umfasst der zweite Kennlinienbereich KII
zwei Kennlinienabschnitte K2-3 und K3-4, wobei der Kennlinienabschnitt K2-3 die Kennliniencharakteristik zwischen
einem vorbestimmten Greifpunkt PGreif (P2) und
einem vorbestimmten Absterbepunkt PAbsterbe (P3)
definiert und der Kennlinienabschnitt K3-4 die Kennliniencharakteristik
zwischen dem Absterbepunkt PAbsterbe (P3)
bis in den vollständig
geschlossenen Zustand (P4) der Trennkupplung TK beschreibt. Im Sinne
der Erfindung ist der Greifpunkt PGreif als
der Punkt definiert, bei dem ein erstes vorbestimmtes Kupplungsmoment
erreicht ist. Der Absterbepunkt PAbsterbe ist
im Sinne der Erfindung durch einen Punkt beschrieben, bei dem bei
einem festgebremsten und mit einer vorbestimmten Last betriebenen (z.B.
Leerlaufbetrieb) Fahrzeug der Motor aufgrund des übertragenen
Kupplungsmoments ausgehen („absterben” bzw. „abgewürgt") würde. Als
Modulationsbereich oder Modulationsbreite MB stellt sich aufgrund
der zugeordneten Kennliniencharakteristik ein fahrsituationsabhängiger Pedalwegbereich
zwischen zwei vorgegebenen Kennlinienpunkten ein. Vorzugsweise ist
die Modulationsbreite MB durch den Pedalwegbereich zwischen Greifpunkt
PGreif und Absterbepunkt PAbsterbe definiert.
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Die
Steuereinrichtung 6 kann neben dem fahrsituationsabhängigen Stellsignal
für den
Aktuator 8 zur Ansteuerung der Trennkupplung TK auch ein fahrsituationsabhängiges Stellsignal
zur Ansteuerung einer Einrichtung 10, 10a (z.B.
in Form einer über
einen Elektromotor 10 in ihrer Federvorspannung veränderbare
Einstellfeder 10a) zur Erzeugung einer auf das Kupplungspedal 2 wirkenden
Rückstellkraft
fR erzeugen. Die fahrsituationsabhängige Ansteuerung
erfolgt mit Vorteil kennfeldgesteuert. Hierfür greift die Steuereinrichtung 6 auf
ein hinterlegtes Kennfeld KFRückstell zurück, in welchem
eine Mehrzahl von, unterschiedlichen Fahrsituationen zugeordneten
Kennlinien mit unterschiedlichem Kräfteverlauf der einzustellenden
Rückstellkraft
hinterlegt sind.
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Die
Funktionsweise der Steuereinrichtung 6 im Hinblick auf
die Ansteuerung des Aktuators 8 wird im Folgenden anhand
der in 2 dargestellten Kennlinienverläufe bzw. Kennliniencharakteristiken K,
K', K'' näher
erläutert.
In 2 ist eine Kennliniencharakteristik K, festgelegt
durch die Verbindung der Punkte P1-P2-P3-P4, dargestellt. Die Kennliniencharakteristik
K könnte
beispielsweise den Verlauf einer Standardeinkuppelkennlinie darstellen.
Dabei ist durch den Abstand zwischen dem Punkt P2, dem so genannten
Greifpunkt PGreif und dem Punkt P3, dem so
genannten Absterbepunkt PAbsterbe, die Modulationsbreite
MB der Trennkupplung TK definiert. In dem durch die Modulationsbreite
MB vorgegebenen Kennlinienbereich (bzw. in dem durch die Kennlinie definierten
Pedalwegbereich) erfolgt nahezu der gesamte Vorgang der Momentübertragung
(bzw. die gesamte Momentmodulation) zwischen Kupplungseingang und
Kupplungsausgang. Bis zum Greifpunkt PGreif wird
zwar ein gewisser Ausrückweg
bzw. Betätigungsweg
des Aktuators 8 zurückgelegt,
eine Momentübertragung
nennenswerten Ausmaßes
findet allerdings wenn überhaupt
erst im Bereich um den Greifpunkt PGreif herum statt.
Ebenso ist im Absterbepunkt PAbsterbe die
Trennkupplung TK bereits soweit geschlossen, dass im vorbestimmten
Betriebspunkt (z.B. Leerlaufbetrieb) ab diesem Zeitpunkt sicher kein
Kupplungsschlupf mehr auftreten kann.
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Ausgehend
von dieser Kennliniencharakteristik sind hier stellvertretend für eine Vielzahl
anderer möglicher
Verläufe
zwei weitere Kennliniencharakteristiken K', festgelegt durch die Punkte P1-P2-P3'-P4, und K'', festgelegt durch die Punkte P1-P2-P3''-P4 dargestellt.
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Gemäß der Kennliniencharakteristik
K' ist der Absterbepunkt
PAbsterbe (P3) nach links in Richtung „größerer Pedalweg
beim Loslassen des Kupplungspedals" verschoben, so dass sich der Kennlinienteil zwischen
den Punkten P2-P3-P4 verändert
zu einem Kennlinienbereich P2-P3'-P4.
Analog hierzu wird die Modulationsbreite MB, gemessen am Pedalweg
des Kupplungspedals vergrößert zur
Modulationsbreite MB'.
Hierdurch wird eine feinere Dosierbarkeit der Trennkupplung TK etwa
bei Rangiervorgängen
oder dergleichen gewährleistet.
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Gemäß der Kennliniencharakteristik
K'' ist der Absterbepunkt
PAbsterbe (P3) nach rechts in Richtung „kleinerer
Pedalweg beim Loslassen des Kupplungspedals" verschoben, so dass sich der Kennlinienteil
zwischen den Punkten P2-P3-P4 verändert zu einem Kennlinienbereich
P2-P3''-P4. Analog hierzu wird
die Modulationsbreite MB, gemessen am Pedalweg des Kupplungspedals
verkleinert zur Modulationsbreite MB''.
Hierdurch wird ein spontaneres Ansprechverhalten der Trennkupplung
TK etwa bei für schnelle
Anfahrvorgänge
oder dergleichen gewährleistet.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung wird
ein Kuppel- bzw. Einkuppelverhalten bei einem manuellen Handschaltgetriebe
gewährleistet,
welches zu jedem Zeitpunkt und in jeder Fahrsituation eine optimale
sowie eine für
den Fahrer vorhersehbare (bzw. abschätzbare) und im Kontext der
Fahrsituation konstante Bedienbarkeit, Dosierbarkeit bzw. Modulierbarkeit
sicherstellt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass während des
Einkuppelvorgangs gemäß einer
anhand der vorliegenden Fahrsituation bereitgestellten Kennliniencharakteristik
eine Veränderung
der Kennliniencharakteristik sicher vermieden wird.