DE102007055353A1 - Verbundlenkerachse - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger (1), einem Längslenker (2) auf jeder Fahrzeugseite und einem an dem jeweiligen Längslenker (2) um eine Schwenkachse (3) schwenkbar befestigten Fahrzeugrad (4) vorgestellt, wobei das Fahrzeugrad (4) mit einem eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades (4) um die Schwenkachse (3) ermöglichenden Aktuator (5) verbunden ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Aktuator (5) in dem zumindest abschnittsweise hohl ausgebildeten oder als zumindest abschnittsweise offenes Profil gestalteten Querträger (1) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Die Verbundlenkerachse weist Merkmale einer Längslenker- und der konventionellen Starrachse auf. Sie ist einfach aufgebaut und besteht im Wesentlichen aus zwei verdreh- und biegesteifen Längsträgern, die über einen ebenfalls biegesteifen, aber torsionsweichen Querträger mit U- beziehungsweise V-Profil miteinander verbunden sind. Durch die torsionsweiche Gestaltung des Querträgers wird ein Verschränken der Lenker gegeneinander ermöglicht. Gleichzeitig übernimmt der Querträger die Aufgabe eines Stabilisators. Großvolumige Führungslager stellen bei der Verbundlenkerachse die Verbindung mit dem Fahrzeugaufbau her. Die Karosseriestruktur muss in diesen Bereichen mit einer sehr hohen Steifigkeit ausgelegt werden, da an ihr sämtliche Längs-, Quer- und Hochkräfte in den Fahrzeugaufbau eingeleitet werden.
- Die Verbundlenkerachse ermöglicht einen guten Geradeauslauf, der dadurch garantiert wird, dass beide Längsträger ihr Rad in Längsrichtung sehr starr führen. Sie schwenken bei gleichseitigem Ein- und Ausfedern mit dem Querträger wie ein horizontales Pendel um die Anlenkpunkte am Fahrzeugboden, ohne dass sich die Radspur ändert. Bei wechselseitigem Einfedern verdreht sich der Querträger und gleicht Höhendifferenzen zwischen den beiden Längsträgern aus. Beide Räder können somit nahezu unabhängig voneinander einfedern und behalten dabei vollständigen Bodenkontakt.
- Die Vorteile der Verbundlenkerachse sind insbesondere ihre hohe Haftung in Kurven, ihre guten Handlingeigenschaften und ein berechenbares Fahrverhalten auch bei Vollladung des Kraftfahrzeuges.
- Die bekannten Nachteile einer Verbundlenkerachse bestehen insbesondere darin, dass sie aus Gründen der Fahrpräzision und Fahrstabilität eine hohe Achssteife aufweist und folglich Komforteinbußen mit sich bringt, die vor allem bei stoßartigen Fahrbahnanregungen spürbar werden können.
- Eine gattungsgemäße Verbundlenkerachse ist bereits aus der
WO 2004/089665 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse bereitzustellen, die eine verbesserte Wendigkeit des Kraftfahrzeuges ermöglicht und das Fahrverhalten insgesamt optimiert, wobei insbesondere eine kompakte Ausführung einer Verbundlenkerachse angestrebt wird, die einfach aufgebaut ist und einen Schutz vor Beschädigungen der Kinematikbauteile ermöglicht, sodass damit die Lebensdauer verlängert wird.
- Diese Aufgabenstellung wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in den sich anschließenden Unteransprüchen aufgeführt sind.
- Eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger, einem Längslenker auf jeder Fahrzeugseite und einem an dem jeweiligen Längslenker um eine Schwenkachse schwenkbar befestigten Fahrzeugrad, das mit einem eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades um die Schwenkachse ermöglichenden Aktuator verbunden ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass der Aktuator in innerhalb der Kontur des Querträgers angeordnet ist. In einer Ausbildung der Erfindung ist die Kontur des Querträgers zumindest abschnittsweise als geschlossenes Hohlprofil oder zumindest abschnittsweise als offenes Profil ausgebildet. Sofern das Profil des Querträgers offen ausgebildet ist liegt es auch im Bereich der Erfindung, wenn der Aktuator nicht vollständig innerhalb der Kontur angeordnet ist.
- Neben einer optimalen Wendigkeit des Kraftfahrzeuges ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Ausführung einer Verbundlenkerachse weitere sehr wesentliche Vorteile. So ist die gesamte Konstruktion sehr kompakt und vor mechanischen Beschädigungen geschützt ausgeführt. Die Anzahl der Einzelteile konnte gegenüber den bekannten Ausführungen reduziert werden, was insbesondere durch die neuartige Verbindung zwischen Aktuator und Radträger unter Weglassung einer aufwändigen Hebelmechanik möglich ist. Zudem wird die Ausfallwahrscheinlichkeit durch eine reduzierte Bauteilanzahl erheblich reduziert. Die Verbundlenkerachse nach der Erfindung kann fertigungstechnisch einfach und folglich mit geringeren Kosten hergestellt werden. Die bei Verbundlenkerachsen an sich nachteilige Übersteuerungsneigung ist vermeidbar, was einen wesentlichen Vorteil darstellt. Je nach Auslegung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse auch ein Mitlenken der Hinterräder erreichen. Damit kann beispielsweise durch ein gezieltes Gegenlenken beim Einparken die Wendigkeit gesteigert und durch ein Mitlenken der Hinterräder zum Beispiel das Kurvenverhalten eines mit der Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeuges verbessert werden.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Aktuator ein elektromotorisches, ein hydraulisches oder pneumatisches Stellglied ist. Hierbei können selbstverständlich auch andere Wirkprinzipien genutzt werden. Es ist lediglich von Bedeutung, welche Hilfsenergie im Kraftfahrzeug vorhanden oder einfach zu integrieren ist, um als Antrieb des Aktuators dienen zu können, sodass ein zusätzlicher baulicher oder konstruktiver Aufwand weitgehend vermeidbar ist. Der Aktuator lässt sich unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen optimal in das System integrieren.
- Neben einer unmittelbaren Kopplung des Aktuators mit dem Radträger geht ein weiterer Vorschlag dahin, den Aktuator mittelbar, also beispielsweise über einen Betätigungshebel mit dem Fahrzeugrad zu verbinden. Im Unterschied zu der eingangs beschriebenen Lösung aus dem Stand der Technik wird hier jedoch keine aufwändige Hebelmechanik verwendet, sodass der Aufbau der gesamten erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse auch in dieser Variante erheblich vereinfacht ist.
- Zur optimalen Bewegungsübertragung zwischen Aktuator und Radträger ist es ferner sinnvoll, wenn die Verbindung zwischen Aktuator und Betätigungshebel aus wenigstens einem Gelenk besteht oder mindestens ein Gelenk aufweist.
- Das Gelenk sollte vorteilhafter Weise über zwei Freiheitsgrade verfügen und kann folglich zum Beispiel ein Kugelgelenk oder ein Hülsengelenk sein.
- Zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen den miteinander korrespondierenden Bauteilen der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn der Aktuator um eine Achse schwenkbar in dem Querträger aufgenommen ist. Damit kann auch der Verschleiß der Einzelteile reduziert und somit die Lebensdauer insgesamt erhöht werden.
- Eine erste erfindungsgemäße Weiterbildung besteht darin, dass je Fahrzeugseite ein mit dem Fahrzeugrad verbundener Aktuator vorhanden ist. Hiermit kann sehr flexibel auf sich ändernde Fahrsituationen reagiert werden. Theoretisch könnten die Fahrzeugräder jeweils separat angelenkt werden. Die Ansteuerung der Aktuatoren ist dabei sowohl separat als auch paarweise möglich und erfordert eine geringere Leistungsaufnahme der Aktuatoren, sodass diese baulich kleiner ausfallen können und ihre erfindungsgemäße Integration in den Querträger vereinfacht ist.
- Darüber hinaus kann bei einer Verbundlenkerachse nach der Erfindung jedoch auch vorgesehen werden, dass lediglich ein einzelner Aktuator mit den einander gegenüberliegenden Fahrzeugrädern verbunden und zur Kopplung und Bewegungsübertragung ein Verbindungselement oder eine Verbindungsstange vorhanden ist. Hierbei kann ein Aktuator eingespart werden, sodass diese Ausführung kostengünstiger ist, als eine Verbundlenkerachse mit einem Aktuator je Fahrzeugrad. Das Verbindungselement oder die Verbindungsstange stellt dabei vorzugsweise ein einfaches mechanisches Bauteil dar. Es kann sich bei dem Verbindungselement jedoch auch um äquivalent wirksame Mittel handeln, die eine Bewegungsübertragung vom Aktuator zu den Fahrzeugrädern ermöglichen. Nur beispielhaft seien an dieser Stelle Seilzüge zur Bewegungsübertragung erwähnt. Insofern sind die Begriffe „Verbindungselement" oder „Verbindungsstange" im Sinne der Erfindung nicht eng auszulegen.
- Auch die Anbindung der Verbindungsstange am Betätigungshebel sollte vorzugsweise gelenkig ausgeführt sein, um einen Bewegungsausgleich zu ermöglichen.
- Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Variante der Erfindung besteht darin, dass die Verbindungsstange in dem hohl ausgebildeten Querträger angeordnet ist. Dadurch kann die gesamte Verbundlenkerachse die eingangs genannte Aufgabenstellung einer kompakten Anordnung in verbesserter Weise lösen.
- Die Besonderheit der Verbundlenkerachse besteht darin, dass der Querträger torsionsweich ausgeführt ist. Damit ergeben sich durch die Bewegung der Achse Verformungen des Querträgers, die normalerweise den An- oder Einbau zusätzlicher Bauteile zumindest erheblich erschweren. Hier geht die Erfindung einen neuen Weg und sieht vor, den Aktuator radseitig mit geringem Abstand zum Fahrzeugrad in dem Querträger anzuordnen. In diesem Bereich ist ein Versteifungsabschnitt des Querträgers vorhanden, sodass hier eine nur geringe Verformung stattfindet. Der Aktuator bleibt damit geschützt und nahezu unbeeinflusst von den Bewegungen des Querträgers.
- Die im Kraftfahrzeug vorhandene Elektronik kann gemäß einem weiterführenden Vorschlag in vorteilhafter Weise zur Verbesserung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. So ist es beispielsweise möglich, dass der Aktuator mittels eines Steuergerätes des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von vordefinierten Parametern ansteuerbar ist. Die Lenkbarkeit der hinteren Fahrzeugräder kann auf diese Weise sehr flexibel gestaltet und an sich ändernde Umweltbedingungen angepasst werden.
- So sind als Parameter zum Beispiel und nicht abschließend die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel der Vorderräder, die Gierrate oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges verwendbar.
- Der Querträger einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse kann in an sich bekannter Weise im Querschnitt betrachtet annähernd U- oder V-förmig ausgeführt sein. Eine derartige Gestaltung des Querträgers verbessert seine Torsionsweichheit, gewährleistet dennoch eine ausreichende Stabilität und stellt geringe Bauraumanforderungen.
- Bevorzugt ist der Querträger ein torsionsweich ausgeführtes Profil oder weist zumindest abschnittsweise ein derartiges Profil auf, um die damit gegebenen Vorteile einer Verbundlenkerachse nutzen zu können.
- Zur Einbringung des Aktuators in den Querträger ist es vorteilhaft, im Übergangsbereich zwischen Querträger und Längslenker ein Versteifungselement vorzusehen. Dieses kann im einfachsten Fall ein aufgeschweißtes Blech sein. Die Montage des Aktuators kann somit in einem durch das Versteifungselement verstärkten Bereich erfolgen, der nicht von Torsion beeinflusst wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile oder Elemente verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile oder Elemente bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind.
- Es zeigen:
-
1 : eine vereinfachte Ansicht einer Radseite einer Verbundlenkerachse in einer ersten Ausführungsform, -
2 : eine vereinfachte Ansicht einer Radseite einer Verbundlenkerachse in einer weiteren Ausführungsform, -
3 : den Schnittverlauf II-II aus1 und -
4 : den Schnittverlauf III-III aus1 . - Der in der
1 gezeigte Teil einer Radseite einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante einer Verbundlenkerachse weist einen Querträger1 auf, der im Querschnitt betrachtet ein annähernd V-förmiges Hohlprofil besitzt und dadurch in seinem achsmittigen Bereich torsionsweich ist. Der Querträger1 geht radseitig in einen mit diesem verschweißten Längslenker2 über. An dem Längslenker2 ist ein Radträger11 mit einem herkömmlichen Fahrzeugrad4 befestigt. Der Radträger11 kann um eine etwa vertikal zur Fahrzeugradachse verlaufende Schwenkachse3 verschwenkt werden. In dem Querträger1 ist ein Aktuator5 aufgenommen, der durch diese Art der Montage gegen mechanische Beschädigungen beziehungsweise gegen Verunreinigungen geschützt ist und eine sehr kompakte Ausführung der gesamten Verbundlenkerachskonstruktion gestattet. Um den Einfluss der Torsion des Querträgers1 auf den Aktuator5 gering zu halten, weist der Querträger1 im Übergangsbereich zu dem Längslenker2 ein Versteifungselement10 auf, das im vorliegenden Fall aus einem mit beiden Bauteilen verschweißten Versteifungsblech besteht. Die in der1 gezeigte, in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges betrachtet linksseitige Ausführung einer Verbundlenkerachse ist ebenfalls auf der hier nicht dargestellten, gegenüberliegenden Seite der Verbundlenkerachse vorhanden. Das heißt, auf der anderen Fahrzeugseite dieser Hinterachsausführung sind dieselben Bauteile in einer analogen Anordnung und Funktion vorgesehen. - Der als Elektromotor ausgebildete Aktuator
5 stellt ein translatorisch bewegbares Stellglied dar, das über einen Betätigungshebel6 mit dem Radträger11 gekoppelt ist. Die Verbindung zwischen Aktuator5 und Betätigungshebel6 wird durch ein Gelenk7 gebildet, das bei dem Beispiel in1 ein schematisch vereinfacht dargestelltes Kugelgelenk ist. In der1 sind zwei unterschiedliche Stellungen des Aktuators5 angedeutet. Der mit einer durchgehenden Linie dargestellte Betätigungshebel6 zeigt hierbei eine ausgelenkte Position des Fahrzeugrades4 , wobei die gestrichelte Darstellung die nicht ausgelenkte Stellung des Fahrzeugrades4 und damit seine Position veranschaulicht, die es beispielsweise bei einer Geradeausfahrt einnimmt. Der Aktuator5 kann ferner um eine Achse8 verschwenkt werden, um Relativbewegungen zwischen den einzelnen Bauteilen auszugleichen. Er ist um diese Achse8 schwenkbar in dem Querträger1 aufgenommen. - In der
2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse dargestellt. Im Unterschied zu der in1 gezeigten Version kommt hierbei jedoch nur ein einziger Aktuator5 zum Einsatz, der für beide Radseiten genutzt wird. Dieser Aktuator5 ist ebenfalls in das V-förmige Hohlprofil des Querträgers1 eingesetzt und um die Achse8 schwenkbar in dem Querträger1 befestigt. Die Verbindung zwischen Querträger1 und Radträger11 wird ebenfalls durch einen Längslenker2 gebildet, wobei die beiden miteinander verschweißten Bauteile Querträger1 und Längslenker2 mittels eines Versteifungselementes10 verstärkt sind. An dem Radträger11 ist ein herkömmliches Fahrzeugrad4 um eine Schwenkachse3 schwenkbar gelagert. - Die Besonderheit der Ausführung in
2 besteht darin, dass durch die Verwendung nur eines Aktuators5 eine Übertragung der Bewegung des Aktuators5 auf die gegenüberliegende und in der2 nicht dargestellte Radseite der Verbundlenkerachse erfolgen muss. Dies wird hierbei durch eine Verbindungsstange9 realisiert, die eine Kopplung zwischen dem Betätigungshebel6 und der gegenüber liegenden Achsseite bildet. Die Verbindungsstange9 weist dabei eine gelenkige Verbindung mit dem Betätigungshebel6 auf, der in seinem oberen Bereich ferner über ein weiteres Gelenk7 mit dem Aktuator5 gekoppelt ist. In der Darstellung der2 sind insgesamt drei Stellungen des Aktuators5 und damit des Betätigungshebels6 angedeutet, wobei durch gestrichelte Linien etwa der mögliche Aktionsradius des Aktuators5 angedeutet wurde. - In der
3 ist der Schnittverlauf II-II aus1 gezeigt. Damit wird ein Blick in das annähernd V-förmige Hohlprofil des Querträgers1 ermöglicht. In dem Querträger1 ist der Aktuator5 um die Achse8 schwenkbar aufgenommen. - Die
4 erlaubt schließlich eine Betrachtung des Schnittverlaufes III-III aus1 und stellt somit eine Ansicht des Radträgers11 dar. Dieser verfügt über ein Oberteil12 und ein Unterteil13 . In dem Oberteil12 ist ein Kugelgelenk14 vorhanden, das zur oberen Lagerung des in dem Radträger11 geführten Betätigungshebels6 ebenso dient, wie ein zwischen dem Unterteil13 und dem Betätigungshebel6 vorhandenes Drehgelenk15 . Das Kugelgelenk14 und das Drehgelenk15 liegen auf der gemeinsamen Lenkachse16 . -
- 1
- Querträger
- 2
- Längslenker
- 3
- Schwenkachse
- 4
- Fahrzeugrad
- 5
- Aktuator
- 6
- Betätigungshebel
- 7
- Gelenk
- 8
- Achse
- 9
- Verbindungselement oder Verbindungsstange
- 10
- Versteifungselement
- 11
- Radträger
- 12
- Oberteil
- 13
- Unterteil
- 14
- Kugelgelenk
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Lenkachse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2004/089665 A1 [0006]
Claims (17)
- Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger (
1 ), einem Längslenker (2 ) auf jeder Fahrzeugseite und einem an dem jeweiligen Längslenker (2 ) um eine Schwenkachse (3 ) schwenkbar befestigten Fahrzeugrad (4 ), wobei das Fahrzeugrad (4 ) mit einem eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades (4 ) um die Schwenkachse (3 ) ermöglichenden Aktuator (5 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5 ) innerhalb der Kontur des Querträgers angeordnet ist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Querträgers (
1 ) zumindest abschnittsweise als geschlossenes Hohlprofil oder zumindest abschnittsweise als ein offenes Profil ausgebildet ist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
5 ) ein elektromotorisches, ein hydraulisches oder pneumatisches Stellglied ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
5 ) mittelbar über einen Betätigungshebel (6 ) mit dem Fahrzeugrad (4 ) verbunden ist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Aktuator (
5 ) und Betätigungshebel (6 ) aus wenigstens einem Gelenk (7 ) besteht oder mindestens ein Gelenk (7 ) aufweist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (
7 ) zwei Freiheitsgrade aufweist und ein Kugelgelenk oder ein Hülsengelenk ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
5 ) um eine Achse (8 ) schwenkbar in dem Querträger (1 ) aufgenommen ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Fahrzeugseite ein mit dem Fahrzeugrad (
4 ) verbundener Aktuator (5 ) vorhanden ist. - Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (
5 ) mit den einander gegenüberliegenden Fahrzeugrädern verbunden und zur Kopplung und Bewegungsübertragung ein Verbindungselement oder eine Verbindungsstange (9 ) vorhanden ist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstange (
9 ) gelenkig mit dem Betätigungshebel (6 ) verbunden ist. - Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstange (
9 ) in dem hohl ausgebildeten Querträger (1 ) angeordnet ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
5 ) radseitig mit geringem Abstand zum Fahrzeugrad (4 ) in dem Querträger (1 ) angeordnet ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
5 ) mittels eines Steuergerätes des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von vordefinierten Parametern ansteuerbar ist. - Verbundlenkerachse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel der Vorderräder, die Gierrate oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges verwendbar sind.
- Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (
1 ) im Querschnitt betrachtet annähernd U- oder V-förmig ausgeführt ist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (
1 ) ein torsionsweich ausgeführtes Profil ist oder zumindest abschnittsweise ein derartiges Profil aufweist. - Verbundlenkerachse nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen Querträger (
1 ) und Längslenker (2 ) ein Versteifungselement (10 ) vorhanden ist.
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