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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem mit einem Luft/Öl-Abscheider, der ausgelegt ist, um Öl aus Blow-By-Gasen zu extrahieren.
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HINTERGRUND
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Während eines Motorbetriebs kann Verbrennungsgas zwischen dem Zylinder und den entsprechenden Kolbenringen und in das Motorkurbelgehäuse lecken. Das ausgetretene Verbrennungsgas wird als Blow-By-Gas bezeichnet und umfasst typischerweise Ansaugluft, unverbrannten Kraftstoff, Abgas, Ölnebel und Wasserdampf. In dem Unterfangen, das Kurbelgehäuse zu entlüften und das Blow-By-Gas zurück zu der Ansaugseite des Motors zu leiten, kann ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem (PVC) verwendet werden.
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Die Druckschrift
EP 2 126 293 B1 offenbart eine Motorbaugruppe, die einen Motor, eine Einlassbaugruppe und einen Luft/ Öl-Abscheider umfasst. Der Motor definiert einen Brennraum, ein Nockenwellenvolumen und ein Kurbelgehäusevolumen; die Einlassbaugruppe umfasst eine Luftreinigerbaugruppe, eine Drosselklappe und einen Ansaugkrümmer, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind, wobei der Ansaugkrümmer mit dem Brennraum fluidverbunden ist und wobei die Drosselklappe zwischen der Luftreinigerbaugruppe und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist; und der Luft/Öl-Abscheider ist zwischen dem Kurbelgehäusevolumen und dem Ansaugkrümmer fluidverbunden, wobei der Luft/Öl-Abscheider ein Abscheidervolumen festlegt, das ausgelegt ist, um Öl aus durch das Volumen strömender Luft zu extrahieren, und einen ersten Einlasskanal umfasst, der ausgelegt ist, um eine erste Luftströmung im Wesentlichen entlang einer ersten Richtung in das Abscheidervolumen zu leiten.
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In der Druckschrift
US 4 175 937 A ist eine Motorbaugruppe offenbart, die einen Luft/Öl-Abscheideraufweist, der einen ersten Einlasskanal, der ausgelegt ist, um eine erste Luftströmung im Wesentlichen entlang einer ersten Richtung in ein Abscheidervolumen zu leiten; und einen zweiten Einlasskanal aufweist, der ausgelegt ist, um eine zweite Luftströmung im Wesentlichen entlang einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, in das Abscheidervolumen zu leiten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Motorbaugruppe umfasst einen Motor, der einen Brennraum und ein Kurbelgehäusevolumen festlegt, zusammen mit einer Einlassbaugruppe. Die Einlassbaugruppe umfasst eine Luftreinigerbaugruppe, eine Drosselklappe und einen Ansaugkrümmer in einer Reihenanordnung und mit dem Brennraum fluidverbunden. Ein Luft/Öl-Abscheider ist zwischen dem Kurbelgehäusevolumen und dem Ansaugkrümmer fluidisch angeschlossen und legt ein Abscheidervolumen fest, das ausgelegt ist, um Öl aus Luft, die durch das Volumen strömt, zu extrahieren. Der Luft/Öl-Abscheider umfasst einen ersten Einlasskanal, der ausgelegt ist, um eine erste Luftströmung im Wesentlichen entlang einer ersten Richtung in das Abscheidervolumen zu leiten, und einen zweiten Einlasskanal, der ausgelegt ist, um eine zweite Luftströmung im Wesentlichen entlang einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, in das Volumen zu leiten. Erfindungsgemäß ist das Abscheidervolumen benachbart zu dem Nockenwellenvolumen und durch eine Abtrennung von dem Nockenwellenvolumen getrennt. Durch die Abtrennung sind jeweils sowohl der erste Einlasskanal als auch der zweite Einlasskanal festgelegt, um eine Luftströmung von dem Nockenwellenvolumen in das Volumen des Luft/Öl-Abscheiders treten zu lassen.
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Der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal können beabstandet sein, um eine Turbulenzzone auszubilden, wobei der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal an gegenüberliegenden Seiten der Turbulenzzone angeordnet sind. Während des Betriebs können die erste Luftströmung und die zweite Luftströmung ausgelegt sein, um durch die jeweiligen Einlassöffnungen zu treten und in der Turbulenzzone zu kollidieren.
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Der erste Einlasskanal kann ein erstes Prallblech umfassen, das unter einem Winkel relativ zu der Abtrennung angeordnet ist, und der zweite Einlasskanal kann ein ähnlich ausgelegtes zweites Prallblech umfassen, das unter einem Winkel zu der Abtrennung angeordnet ist. In einer Konfiguration ragen sowohl das erste Prallblech als auch das zweite Prallblech jeweils in das Abscheidervolumen. Ferner kann der erste Einlasskanal eine erste Mündung ausbilden, und der zweite Einlasskanal kann analog eine zweite Mündung ausbilden. Die erste Mündung und die zweite Mündung können durch einen Abstand getrennt sein, und das erste Prallblech und das zweite Prallblech können von der ersten Mündung und der zweiten Mündung nach außen hin angeordnet sein. Das erste Prallblech kann ausgelegt sein, um die erste Luftströmung durch die erste Mündung und in die Turbulenzzone zwischen der ersten Mündung und der zweiten Mündung zu leiten, und analog kann das zweite Prallblech die zweite Luftströmung durch die zweite Mündung und in die gleiche Turbulenzzone leiten, wo die Luftströmungen kollidieren können.
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In einer Auslegung kann der Luft/ Öl-Abscheider durch sowohl den ersten als auch den zweiten Einlasskanal mit dem Nockenwellenvolumen fluidverbunden sein. Ferner kann das Nockenwellenvolumen durch eine erste Fluidleitung mit dem Kurbelgehäusevolumen fluidverbunden sein. Der Luft/ Öl-Abscheider kann weiterhin durch eine zweite Fluidleitung mit dem Ansaugkrümmer fluidverbunden sein, und das Kurbelgehäusevolumen kann durch eine dritte Fluidleitung mit der Luftreinigerbaugruppe fluidverbunden sein.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Teildarstellung im Querschnitt eines Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystems, das mit einer Motorbaugruppe arbeitet.
- 2 ist eine schematische Teilansicht im Querschnitt eines Einlassabschnitts eines Luft/ Öl-Abscheiders, der einen ersten und zweiten Einlasskanal umfasst.
- 3 ist eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Einlassabschnitts eines Luft/Öl-Abscheiders.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche oder identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten kenntlich zu machen, zeigt 1 schematisch eine Motorbaugruppe 10, die sowohl einen Motor 12 als auch eine Einlassbaugruppe 14 umfasst. Die Einlassbaugruppe 14 kann zum Beispiel eine Luftreinigerbaugruppe 16, eine Drosselklappe 18 und einen Ansaugkrümmer 20 umfassen, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind. Die Drosselklappe 18 kann zwischen der Luftreinigerbaugruppe 16 und dem Ansaugkrümmer 20 angeordnet sein und kann ausgelegt sein, um die Strömung von Luft 22 in den Ansaugkrümmer 20 selektiv zu beschränken. Die Luftreinigerbaugruppe 16 kann Gehäuse, Kanäle und/oder Leitung umfassen, die sich stromaufwärts der Drosselklappe 18 befinden können. In einer Auslegung kann die Luftreinigerbaugruppe 16 zum Beispiel einen Luftfilter 24 mit einer ausreichenden Porosität oder einer anderen Konstruktion umfassen, um in der Luft schwebende Teilchen vor deren Eintritt in den Ansaugkrümmer 20 aus der Ansaugluft 22 zu filtern.
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Der Motor 12 kann einen Motorblock 30, einen Zylinderkopf 32, eine Ölwanne 34 und einen Motorzylinderkopfdeckel 36 umfassen. Der Motorblock 30 kann mehrere Zylinderbohrungen 38 (wovon eine gezeigt ist) festlegen, wobei jede Zylinderbohrung 38 einen darin angeordneten Hubkolben 40 aufweist. Die mehreren Zylinderbohrungen 38 können in beliebiger geeigneter Weise angeordnet werden, wie etwa ohne Einschränkung als V-Motor-Anordnung, Reihenmotoranordnung und Boxermotoranordnung, sowie dabei sowohl obenliegende Nocken- und Nocken-im-Block-Auslegungen verwenden.
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Der Zylinderkopf 32, der Motorblock 30 und der Hubkolben 40 können zusammenwirken, um für jede jeweilige Zylinderbohrung 38 einen Brennraum 42 auszubilden. Ferner kann der Zylinderkopf 32 einen oder mehrere Ansaugdurchlässe 44 und Abgasdurchlässe 46, die mit dem Brennraum 42 in selektiver Fluidverbindung stehen, vorsehen. Der Ansaugdurchlass 44 kann genutzt werden, um dem Brennraum 42 von dem Ansaugkrümmer 20 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu liefern. Nach der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches (etwa bei Zündung durch einen Funken von einer Zündkerze 48) kann der Abgasdurchlass 46 Abgase aus dem Brennraum 42 heraus befördern.
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Während eines Motorbetriebs kann ein Ansaugtakt des Kolbens 40 Ansaugluft 22 durch die Luftreinigerbaugruppe 16, an der Drosselklappe 18 vorbei, durch den Ansaugkrümmer 20 und den Ansaugdurchlass 44 und in den Brennraum 42 saugen, wo mittels (nicht gezeigter) Kraftstoffinjektoren Kraftstoff eingeleitet werden kann. Während des Arbeitstakts des Kolbens 40 kann nach der Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum 42 ein Teil des Verbrennungsgases zwischen den Kolben 40 und den Motorblock 30 (d.h. Blow-By-Gas 50) und in das Kurbelgehäusevolumen 52 (wobei das Kurbelgehäusevolumen 52 allgemein mittels der Ölwanne 34 und des Motorblocks 30 durch den Motor 12 festgelegt wird) treten. Da das Blow-By-Gas 50 eine Menge unverbrannten Kraftstoffs und Verbrennungsprodukte (wie etwa Wasserdampf) umfasst, kann es wünschenswert sein, ein Ansammeln dieser Gase in dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu vermeiden. Demgemäß kann ein Kurbelgehäuse-Zwangsentlüftungssystem (PVC-System) verwendet werden, um das Blow-By-Gas 50 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu spülen.
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Das PCV-System kann Kanalleitungen, Durchgänge und/oder Volumina nutzen, die das Blow-By-Gas 50 aktiv aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 in das Einlasssystem 14 ablassen, wo es schließlich mittels des Abgasdurchlasses 46 abgeführt wird. Im Einzelnen kann das PCV-System einen ersten Fluidurchgang 60 umfassen, der das Kurbelgehäusevolumen 52 mit einem Volumen 62, das durch den Zylinderkopfdeckel 36 (d.h. das „Nockenwellenvolumen 62“) ausgebildet ist, fluidverbinden kann. Wie sich versteht, kann das Nockenwellenvolumen 62 eine oder mehrere sich drehende Nockenwellen 64 enthalten, die ausgelegt sind, um ein oder mehrere Ventile umzusetzen.
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Benachbart zu dem Nockenwellenvolumen 62 kann das PCV-System einen Luft/Öl-Abscheider 66 umfassen, der allgemein ein Abscheidervolumen 68 festlegt. In einer Auslegung kann das Abscheidervolumen 68 durch mehrere Kanäle 70 mit dem Nockenwellenvolumen 62 fluidverbunden sein. Das Abscheidervolumen 68 kann durch eine zweite Fluidleitung 72 mit dem Ansaugkrümmer 20 fluidverbunden sein. Ferner kann das Kurbelgehäusevolumen 52 durch eine dritte Fluidleitung 74 mit der Luftreinigerbaugruppe 16 gekoppelt sein. Abhängig von der Auslegung des Motors 12 kann die erste Fluidleitung 60 zum Beispiel eine Bohrung oder ein Kanal in dem Motor 12 sein oder kann zum Beispiel ein Rohr sein, das sich zwischen dem Kurbelgehäusevolumen 52 und dem Abscheider 66 erstreckt.
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Während eines normalen Betriebs (ausschließlich Szenarien mit weit offener Drosselklappe) kann der Ansaugtakt des Motors 12 einen Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 20 erzeugen, da die Drosselklappe 18 die Ansaugluftströmung 22 teilweise blockiert. Dieser Unterdruck kann das Blow-By-Gas 50 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 durch sowohl das Nockenwellenvolumen 62 als auch das Abscheidervolumen 68 und mittels der ersten und zweiten Fluidleitung 60, 72 in den Ansaugkrümmer 20 saugen. Ein Teil der zum Verdünnen des Blow-By-Gases 50 verwendeten Luft kann mittels der dritten Fluidleitung 74 zugeführt werden, die stromaufwärts der Drosselklappe 18 mit der Luftreinigerbaugruppe 16 gekoppelt sein kann. Somit kann die Druckdifferenz über der Drosselklappe 18 eine Bewegungskraft erzeugen, die das Kurbelgehäusevolumen 52 aktiv entlüften kann. Zusammen mit der zweiten Fluidleitung 72 können eine oder mehrere Düsen, Durchflussbegrenzermündungen oder Ventile 80 positioniert sein, um unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen eine im Allgemeinen konstante Strömung vorzusehen. Analog kann ein Rückschlagventil 82 zusammen mit der dritten Fluidleitung 74 positioniert werden, um ein Rückströmen von dem Kurbelgehäusevolumen 52 zu der Luftreinigerbaugruppe 16 zu verhindern.
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Aufgrund von Motorvibrationen, einer Bewegung des Fahrzeugs, der Hubbewegung des Kolbens 40 und/oder der Drehbewegung der Kurbelwelle 90 kann in dem Kurbelgehäusevolumen 52 enthaltenes Öl 92 in dem gesamten Volumen des Kurbelgehäuses 52 verspritzt, aufgeschäumt, zerstäubt, zu Nebel umgewandelt und/oder versprüht werden. Das zerstäubte / partikelförmige Öl kann dann zusammen mit der Ansaugluft 22 und dem Blow-By-Gas 50 aus dem Kurbelgehäusevolumen 52 heraus mittels der ersten Fluidleitung 60 in das Nockenwellenvolumen 62 gesaugt werden. Während das zerstäubte Öl in dem Nockenwellenvolumen 62 zum Schmieren verschiedener sich bewegender Teile (einschließlich der sich drehenden Nockenwellen 64) vorteilhaft sein kann, ist es wünschenswert, viel Öl 92 aus dem Blow-By-Gas 50 zu extrahieren, bevor das Gas 50 in das Einlasssystem 14 und den Brennraum 42 gelangt. Um die Extraktion zu verwirklichen, kann das Abscheidervolumen 68 eigens ausgelegt werden, um das Öl 92 aus dem strömenden Gas zu entfernen und das Öl 92 zurück in das Kurbelgehäusevolumen 52 strömen zu lassen. Der Abscheider 66 kann zum Beispiel ein oder mehrere Prallbleche (z.B. Prallblech 94), Rippen oder Verengungen umfassen, die sich in das Abscheidervolumen 68 erstrecken, die das Abscheiden des Öls von der Luft unterstützen können. Diese Merkmale können zum Beispiel durch Strömungsumleitung oder durch Erzeugen eines sich ändernden Drucks entlang des Strömungspfads die Extraktion unterstützen. Zum Beispiel kann die Trägheit des partikelförmigen Öls 92 das Öl mit einem der Prallbleche 94 oder einer der Wände des Abscheiders 60 kollidieren lassen. Sobald es mit der Wand in Kontakt kommt, kann die Oberflächenspannung des Öls 92 bewirken, dass es an der Wand anhaftet, von wo es anschließend (mittels Schwerkraft) hin zu einem Ablauf ablaufen kann.
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In einer Auslegung, wie sie in 1 gezeigt ist, kann das Abscheidervolumen 68 durch eine dünnwandige Abtrennung 100, die zum Beispiel aus gestanztem Blech oder Spritzgusskunststoff hergestellt ist, von dem Nockenwellenvolumen 62 abgeschieden werden. Die mehreren Kanäle 70 können an einem Einlassabschnitt 102 des Luft/Öl-Abscheiders 66 vorgesehen werden, während die zweite Fluidleitung 72 an einem Auslassabschnitt 104 angeschlossen werden kann. Aufgrund des Druckabfalls über der Drosselklappe 18 kann das Blow-By-Gas 50 von dem Einlassabschnitt 102 durch das Abscheidervolumen 68 zu dem Auslassabschnitt 104 gesaugt werden.
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2 sieht eine vergrößerte schematische Querschnittansicht des Einlassabschnitts 102 des Luft/Öl-Abscheiders 66 vor. Wie gezeigt können die mehreren Einlasskanäle 70 aus einem eingebuchteten Vorsprung der dünnwandigen Abtrennung 100 gebildet werden und können sich in das Abscheidervolumen 68 erstrecken. Die mehreren Einlasskanäle 70 können mindestens einen ersten Einlasskanal 110 und einen zweiten Einlasskanal 112 umfassen, die jeweils ausgelegt sind, um eine Luftströmung 114, 116 von dem Nockenwellenvolumen 62 in das Abscheidervolumen 68 in im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten. Insbesondere kann der erste Einlasskanal 110 ein abgewinkeltes Prallblech 118 (d.h. relativ zu der Abtrennung 100 abgewinkelt) umfassen, das ausgelegt ist, um eine Luftströmung 114 durch eine erste Mündung bzw. Kanalöffnung 120 in einer Richtung zu leiten, die im Wesentlichen hin zu dem Auslassabschnitt 104 des Abscheidervolumens 68 (d.h. entlang des Richtungspfeils 122) ausgerichtet ist. Umgekehrt kann der zweite Einlasskanal 112 ein winkelförmiges Prallblech 124 (d.h. relativ zu der Abtrennung 100 abgewinkelt) umfassen, das ausgelegt ist, um eine Luftströmung 116 durch eine zweite Mündung bzw. Kanalöffnung 126 in einer Richtung zu lenken, die im Wesentlichen weg von dem Auslassabschnitt 104 des Abscheidervolumens 68 (d.h. gegen den Richtungspfeil 122) ausgerichtet ist. Die zwei jeweiligen Kanalöffnungen 120, 126 können durch einen Abstand 128 beabstandet sein, der im Allgemeinen eine Turbulenzzone 130 ausbildet.
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In der Turbulenzzone 130 kann die Luftströmung 114 durch die erste Kanalöffnung 120 mit der Luftströmung 116 durch die zweite Kanalöffnung 126 kollidieren, sich mit dieser vermengen und/oder vermischen. Diese induzierte Turbulenz kann ein Miteinanderkonsolidieren kleinerer Tropfen Öl zu größeren Tropfen fördern, die sich schneller aus der Luftströmung 114, 116 absetzen können. Wenn anders gesagt die Einlässe 110, 112 so ausgerichtet sind, dass die eintreffenden Gase miteinander kollidieren, kann die Effizienz des Abscheiders 66 gesteigert werden. Diese Effizienzsteigerung kann entsprechend zu einem geringeren Ölverbrauch führen, wobei mehr Öl zu dem Kurbelgehäusevolumen 52 zurückgeleitet wird, statt durch den Brennraum 42 befördert zu werden.
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3 zeigt schematisch eine Auslegung des Einlassabschnitts 102, der von ähnlicher Funktionsweise wie die in 2 dargestellte Auslegung sein kann. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Einlassabschnitt 102 einen ersten Einlasskanal 110, der im Allgemeinen eine Luftströmung 114 hin zu dem Auslassabschnitt 104 des Abscheidervolumens 68 (d.h. entlang des Richtungspfeils 122) leitet. Ferner zeigt 3 schematisch einen zweiten und einen dritten Einlasskanal 112, 140, die jeweils eine Luftströmung 116 weg von dem Auslassabschnitt 104 (d.h. entgegen Richtungspfeil 122) leiten. Durch den Abstand 128 zwischen dem ersten Einlasskanal 110 und den jeweiligen zweiten und dritten Einlasskanälen 112, 140 kann eine Turbulenzzone 130 ausgebildet werden. In der Turbulenzzone 130 kann eine Luftströmung 114 durch die erste Kanalöffnung 120 mit der Luftströmung 116 durch die zweite Kanalöffnung 126 und/oder die dritte Kanalöffnung 142 kollidieren, sich mit dieser vermengen und/oder vermischen. Während die wesentliche Masse der Strömung hin zu dem Auslassabschnitt des Abscheidervolumens 104 gesaugt werden kann, kann das Vermengen der Luftströmung von den verschiedenen Kanälen 110, 112, 140 auch zu nichtlaminaren/turbulenten Luftmustern 144 führen, die schematisch als Luftströmungslinien dünneren Gewichts dargestellt sind.
