DE102013209716A1 - Kraftstofftanksystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank und einem Speicherelement sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems. Um Kraftstofftanksystem anzugeben, das derart ausgebildet ist, dass seine Dichtheit regelmäßig während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges überprüft werden kann, ist in der ersten Leitung in Richtung des Frischluftstroms vor dem Speicherelement zunächst ein erstes Ventil und dann zwischen dem ersten Ventil und dem Speicherelement eine Luftpumpe angeordnet und in der zweiten Leitung ist zwischen dem Speicherelement und der Ansaugleitung ein zweites Ventil angeordnet, wobei in der ersten Leitung zwischen dem ersten Ventil und dem Speicherelement ein Massenstromsensor angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank und einem Speicherelement sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems.
- Zur Verringerung der von Kraftfahrzeugen ausgehenden Schadstoffemissionen wurden in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche Maßnahmen eingeführt. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, ein Kraftstofftanksystem einzusetzen, bei dem ein Kraftstofftank mit einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen verbunden ist. Bei der Betankung von Kraftfahrzeugen mit Kraftstoffen kommt es zum Ausgasen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei die Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre gelangen sollen. Auch bei hohen Temperaturen oder Fahrten über unebene Untergründe kommt es verstärkt zu Ausgasungen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei effektiv dafür gesorgt werden muss, dass diese Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre entweichen. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen, bei denen der Verbrennungsmotor über weite Fahrstrecken vollständig still steht, müssen ausgegaste Kohlenwasserstoffe effektiv zwischengespeichert, um später bei einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors verbrannt zu werden. Hierzu haben sich Kraftstofftanksysteme bewährt, die aus einem Kraftstofftank und einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen bestehen, wobei der Kraftstofftank und das Speicherelement derart miteinander verbunden sind, dass die Kohlenwasserstoffe, die aus einem im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff ausgasen, im dem Speicherelement eingespeichert werden, wobei das Speicherelement mit einer ersten Leitung verbunden ist, durch die Frischluft zu dem Speicherelement förderbar ist und das Speicherelement mit einer zweiten Leitung verbunden ist, die das Speicherelement mit einer Ansaugleitung verbindet und durch die mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Frischluft aus dem Speicherelement zu der Ansaugleitung förderbar ist. Auf diese Art und Weise kann das Speicherelement zyklisch mit Frischluft gespült werden und die eingespeicherten Kohlenwasserstoffe können einer Ansaugleitung zugeführt werden, die den Verbrennungsmotor mit dem Luftfilter verbindet und die den Verbrennungsmotor mit Luft zur Verbrennung versorgt. Damit können die aus dem Kraftstofftank ausgegasten Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungsmotor verbrannt werden und ein Entweichen der Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre wird sicher verhindert. Ein Beispiel für ein Kraftstofftanksystem nach dem Stand der Technik findet sich in der PCT Anmeldung mit dem Aktenzeichen
PCT/KR 2011/006516. - Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostengünstiges Kraftstofftanksystem anzugeben, das derart ausgebildet ist, dass seine Dichtheit regelmäßig während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges überprüft werden kann.
- Die Aufgabe wird durch ein Kraftstofftanksystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
- Dadurch, dass in der ersten Leitung in Richtung des Frischluftstroms vor dem Speicherelement zunächst ein erstes Ventil und dann zwischen dem ersten Ventil und dem Speicherelement eine Luftpumpe angeordnet ist und in der zweiten Leitung zwischen dem Speicherelement und der Ansaugleitung ein zweites Ventil angeordnet ist, wobei in der ersten Leitung zwischen dem ersten Ventil und dem Speicherelement ein Massenstromsensor angeordnet ist, kann mit der Luftpumpe nach dem Schließen des zweiten Ventils im Kraftstofftanksystem ein Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt werden, der durch das darauffolgende Schließen des ersten Ventils nur dann abfallen kann, wenn im Kraftstofftanksystem ein Leck vorhanden ist. Beim Öffnen des ersten Ventils nach einer vorbestimmten Wartezeit, wobei das zweite Ventil weiterhin geschlossen bleibt, würde die Luftpumpe Frischluft in das Kraftstofftanksystem fördern, wenn es während der Wartezeit wegen eines Lecks zu einem Druckabfall im Kraftstofftanksystem gekommen ist. Diese Förderung der Frischluft kann vom Massenstromsensor erfasst werden, womit das Vorhandensein eines Lecks im Kraftstofftanksystem sicher feststellbar ist. Dabei kann die Feststellung eines Lecks im Kraftstofftanksystem erfolgen, ohne dass im Kraftstofftanksystem ein Drucksensor angeordnet sein muss. Allein mit der Luftpumpe und dem Massenstromsensor kann eine Überprüfung der Dichtheit des Kraftstofftanksystems erfolgen, wenn die Luftpumpe, der Massenstromsensor, das erste Ventil und das zweite Ventil erfindungsgemäß angeordnet sind. Der Verzicht auf einen Drucksensor im Kraftstofftanksystem macht das Kraftstofftanksystem kostengünstiger, langlebiger und sicherer.
- Bei einer Weiterbildung ist die Luftpumpe als Radialpumpe ausgebildet. Eine Radialpumpe weist einen gut reproduzierbaren Zusammenhang zwischen dem Druck den sie erzeugt und der Drehzahl mit der sie angetrieben wird, bzw. mit der Leistung die sie aufnimmt auf, wenn die physikalischen Parameter, zum Beispiel die Temperatur, der geförderten Luft bekannt sind. Damit kann der erzeugte Überdrück im Kraftstofftanksystem gut vom Steuergerät anhand der Leistungsaufnahme der Radialpumpe kontrolliert werden.
- Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Massenstromsensor als Sensor, der nach dem thermischen Prinzip arbeitet, ausgebildet.
- Derartige Massenstromsensoren sind robuste und langlebige Bauteile, die zudem sehr wirtschaftlich in hohen Stückzahlen hergestellt werden können. Es ist vorteilhaft, wenn der Massenstromsensor im Gehäuse der Luftpumpe integriert ist.
- Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist in der ersten Leitung ein Temperatursensor angeordnet. Die Temperatur ist ein wichtiger physikalischer Parameter, der bei der Bestimmung des angesaugten Massenstromes von Bedeutung sein kann und somit einem Steuergerät wichtige Informationen zur Beurteilung der Dichtheit des Kraftstofftanksystems liefern kann. Dies gilt in analoger Weise, wenn in der ersten Leitung ein Luftfeuchtesensor angeordnet ist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems, wird zunächst das zweite Ventil geschlossen, dann wird im Kraftstofftanksystem durch die Luftpumpe ein Überdruck relativ zum Umgebungsdruck des Kraftstofftanksystems erzeugt, worauf hin das erste Ventil geschlossen wird und woraufhin die Änderung des Überdruckes mit der Zeit im Kraftstofftanksystem beobachtet wird, wobei anhand der Änderung des Überdruckes im Kraftstofftanksystem die Dichtheit des Kraftstofftanksystem überwacht wird. Durch das Schließen des ersten und des zweiten Ventils wird das Kraftstofftanksystem von der umgebenden Atmosphäre entkoppelt und es kann über einen vorbestimmten Zeitraum die Änderung des Überdruckes beobachtet werden. Durch die Beobachtung des Überdruckes über einen längeren Zeitraum können auch sehr kleine Lecks sicher erkannt werden, wobei kein Drucksensor notwendig ist, um die Änderung des Überdruckes zu beobachten.
- Die Änderung des Überdruckes die im Kraftstofftanksystem kann vorteilhaft anhand der Leistungsaufnahme der Luftpumpe beobachtet werden. Wenn nach einem vorbestimmten Zeitraum das erste Ventil wieder geöffnet wird und in dem vorbestimmten Zeitraum über ein kleines Leck ein Druckverlust eingetreten ist, dann wird die Luftpumpe eine entsprechende Luftmenge nachfördern müssen, was sich deutlich bei der Leistungsaufnahme der Luftpumpe bemerkbar macht. Die Leistungsaufnahme der Luftpumpe wird von dem Steuergerät kontrolliert.
- Bei einer Weiterbildung wird die Änderung des Überdruckes im Kraftstofftanksystem anhand des Luftmassenstromes in der ersten Leitung, der mit dem Massenstromsensor ermittelt wird, beobachtet. Wenn es in dem vorbestimmten Zeitraum, in dem das erste Ventil und das zweite Ventil geschlossen war, zu einen Druckverlust in dem Kraftstofftanksystem gekommen ist, wird beim Öffnen des ersten Ventils Luft durch die Luftpumpe in das Kraftstofftanksystem nachgefördert. Diese nachgeförderte Luft erzeugt einen Luftmassenstrom, der groß genug ist, um vom dem Massenstromsensor erkannt zu werde.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Kraftstofftanksystem. -
2 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Massenstrom sensor -
1 zeigt einen Verbrennungsmotor1 . Der Verbrennungsmotor1 wird über eine Ansaugleitung16 mit Frischluft20 versorgt. Ausgehend von der Frischluftseite19 wird Frischluft20 über einen Luftfilter22 in die Ansaugleitung16 geführt und eventuell mit einem Abgasturbolader2 oder einem Kompressor verdichtet und dann den Brennkammern des Verbrennungsmotors1 zugeführt. Darüber hinaus wird dem Verbrennungsmotor1 Kraftstoff17 aus dem Kraftstofftank4 über eine Kraftstoffleitung23 zugeführt.1 zeigt weiterhin das Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank4 und einem Speicherelement5 zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen24 . Der Kraftstofftank4 und das Speicherelement5 sind derart miteinander verbunden, dass die Kohlenwasserstoffe24 , die aus einem im Kraftstofftank4 befindlichen Kraftstoff17 ausgasen, in dem Speicherelement5 eingespeichert werden können. Das Speicherelement5 kann beispielsweise als Aktivkohlespeicher ausgebildet sein. Ein Aktivkohlespeicher ist ein geschlossener Kanister, in dem Kohlenstoff derart angeordnet ist, dass sich an dem Kohlenstoff die zu speichernden Kohlenwasserstoffe24 anlagern. Das Speicherelement5 hat jedoch eine begrenzte Speicherkapazität, so dass das Speicherelement5 regelmäßig entleert werden muss, indem Frischluft20 z. B. über einen Staubfilter10 angesaugt wird und über eine erste Leitung6 mithilfe einer Luftpumpe7 in das Speicherelement5 gedrückt wird. Die Frischluft20 durchströmt die Aktivkohle in dem Speicherelement5 und nimmt dabei Kohlenwasserstoffe24 auf, wonach die mit den Kohlenwasserstoffen24 angereicherte Frischluft20 entlang einer zweiten Leitung12 zu der Ansaugluftleitung16 gefördert wird. In der Ansaugluftleitung16 vermischt sich die mit den Kohlenwasserstoffen24 angereicherte Frischluft20 mit der Frischluft20 , die über den Luftfilter22 angesaugt wird. Damit können die Kohlenwasserstoffe24 dem Verbrennungsmotor1 zugeführt werden, wo die Kohlenwasserstoffe24 in den Brennkammern verbrannt werden. Da das Kraftstofftanksystem leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe24 beinhaltet, ist es notwendig, die Dichtheit des Kraftstofftanksystems regelmäßig zu überprüfen. - Erfindungsgemäß weist das in
1 dargestellte Kraftstofftanksystem zur Überprüfung der Dichtheit ein erstes Ventil9 auf, das in der ersten Leitung6 in Richtung des Frischluftstroms vor dem Speicherelement5 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Ventil9 und dem Speicherelement5 ist eine Luftpumpe7 angeordnet und in einer zweiten Leitung12 zwischen dem Speicherelement5 und der Ansaugleitung16 ist ein zweites Ventil13 angeordnet. Darüber hinaus kann in der ersten Leitung6 ein Temperatursensor14 angeordnet sein, der die Temperatur der durch die Luftpumpe7 geförderten Frischluft20 erfasst. Weiterhin ist in der ersten Leitung6 , vorzugsweise im Gehäuse der Luftpumpe7 , ein Massenstromsensor8 angeordnet sein. Dieser Massenstromsensor8 kann z. B. thermisch nach dem thermischen Prinzip arbeiten. Ein Beispiel für einen Massenstromsensor8 , der nach dem thermischen Prinzip arbeite ist ein Hitzdrahtanemometer. Innerhalb des Massenstromsensors8 befinden sich zumindest zwei durch elektrischen Strom beheizte Drähte, zum Beispiel Platindrähte, oder Schichtwiderstände. Ein Draht oder Widerstand wird direkt von der vorbei strömenden Luft gekühlt, der andere befindet sich in von der strömenden Luft abgeschirmter Lage. - Durch den elektrischen Stromfluss erhitzen sich beide Widerstandselemente, wobei die vorbeiströmende Luft das nicht abgeschirmte Heizelement stärker kühlt als das von der Luft abgeschirmte. Dieses heizt sich daher stärker auf und wird dadurch hochohmiger. Aus den Widerstandswerten der beiden Heizelemente und deren Differenz lassen sich mittels eines Kennfeldes der Massenstrom der Frischluft in der ersten Leitung und das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen ableiten.
- Ein weiteres Beispiel für einen Massenstromsensor
8 , der nach dem thermischen Prinzip arbeite ist in2 dargestellt. Auf einem Trägerelement25 , das zum Beispiel aus Siliziumnitrat (Glas) bestehen kann, ist ein Heizelement26 , vorzugsweise ein elektrisches Widerstandsheizelement, aufgebracht. In Richtung des Luftstromes20 vor und hinter dem Heizelement26 sind auf dem Trägerelement25 ein erstes Temperaturmesselement27 und ein zweites Temperaturmesselement28 angeordnet. Das erste und das zweite Temperaturmesselement27 ,28 können als Thermopiles ausgebildet sein. - Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems kann mit dem in
1 dargestellten Kraftstofftanksystem ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das zweite Ventil13 geschlossen, und dann wird im gesamten Kraftstofftanksystem mithilfe der Luftpumpe7 ein Überdruck, relativ zum Umgebungsdruck, aufgebaut, indem Frischluft20 bei geöffnetem erstem Ventil9 in die erste Leitung6 , das Speicherelement5 , den Tank4 und die zweite Leitung12 gepumpt wird. Der Überdruck kann etwa50 HektoPascal (hPa) betragen. Bei einem massiven Leck im Kraftstofftanksystem, das z. B. durch einen nicht geschlossenen Kraftstofftankdeckel18 hervorgerufen werden kann, wird die Luftpumpe7 sehr viel Frischluft in das Kraftstofftanksystem fördern, was umgehend durch den Massenstromsensor8 erkannt wird, wonach im Steuergerät21 eine entsprechende Information abgelegt werden kann und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Häufiger werden jedoch sehr kleine Lecks im Kraftstofftanksystem vorliegen, die ebenfalls zuverlässig erkannt werden müssen. Dazu wird wie folgt vorgegangen: Die Luftpumpe7 erzeugt bei geöffnetem ersten Ventil9 und geschlossenem zweiten Ventil13 im Kraftstofftanksystem einen Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Beim Erreichen eines stabilen Überdrucks von etwa z. B.50 hPa gegenüber dem Umgebungsdruck wird das erste Ventil9 geschlossen. Das erste Ventil9 bleibt eine gewisse, vorbestimmte Zeit geschlossen, wodurch keine weitere Frischluft von der Luftpumpe7 in das Kraftstofftanksystem gefördert werden kann. Wenn nun in dem durch das erste Ventil9 und das zweite Ventil13 hermetisch geschlossenen Kraftstofftanksystem ein Leck vorliegt, wird der Druck im Kraftstofftanksystem langsam mit der Zeit abfallen. Dieser Druckabfall könnte mit Drucksensoren15 detektiert werden. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, den Druckabfall dadurch zu detektieren, dass das Steuergerät21 die Luftpumpe auf eine Drehzahl einregelt, bei der der vorher eingeregelte Überdruck durch die Luftpumpe7 aufrecht erhalten werden würde, woraufhin das erste Ventil9 wieder geöffnet wird. Wenn es nun im Kraftstofftanksystem durch ein kleines Leck zu einem Druckabfall über die Zeit, in der das erste Ventil9 geschlossen war, gekommen ist, wird sich beim Öffnen des ersten Ventils9 ein deutlich messbarer Luftmassenstrom einstellen, der vom Massenstromsensor8 erfasst werden kann, womit die Erkennung eines kleinen Lecks im Kraftstofftanksystem möglich ist, ohne dass ein Drucksensor eingesetzt werden muss. Erfindungsgemäß ist es sogar denkbar, dass die gesamte hier beschriebene Prozedur ohne Drucksensoren15 und sogar ohne Massenstromsensor8 durchgeführt werden kann. Dazu wird wiederum das zweite Ventil13 in der zweiten Leitung12 geschlossen und mit der Luftpumpe7 wird im Kraftstofftanksystem ein Überdruck von z. B. 50 HektoPascal (hPa) aufgebaut. Zum Aufbau dieses Überdrucks von z. B. 50 HektoPascal (hPa) gegenüber dem Umgebungsdruck benötigt die Luftpumpe eine genau definierte Leistung, die vom Steuergerät21 anhand des aufgenommenen Stroms und der entsprechenden Spannung festgestellt werden kann. Wenn nun das erste Ventil9 nach Erreichen eines vorbestimmten Überdrucks geschlossen wird, kann die Luftpumpe7 weiter bei konstanter Leistungsaufnahme gegen den im Kraftstofftanksystem herrschenden Druck arbeiten. Sollte das Kraftstofftanksystem aufgrund eines kleinen Lecks über die Zeit, in der das erste Ventil9 geschlossen ist, Druck verlieren, so wird dies beim erneuten Öffnen des ersten Ventils9 deutlich an der veränderten Leistungsaufnahme der Luftpumpe7 erkennbar sein, da die Luftpumpe7 nun Frischluft20 über die erste Leitung6 in das Kraftstofftanksystem nachfördern muss. Die Leistungsaufnahme der Luftpumpe7 wird sich daher beim Vorhandensein eines kleinen Lecks nach dem Öffnen des ersten Ventils deutlich erhöhen, was vom Steuergerät21 registriert werden kann. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- KR 2011/006516 [0002]
Claims (9)
- Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank (
4 ) und einem Speicherelement (5 ) zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen, wobei der Kraftstofftank (4 ) und das Speicherelement (5 ) derart miteinander verbunden sind, dass Kohlenwasserstoffe, die aus einem im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff ausgasen, in dem Speicherelement (5 ) eingespeichert werden, wobei das Speicherelement (5 ) mit einer ersten Leitung (6 ) verbunden ist, durch die Frischluft zu dem Speicherelement förderbar ist und das Speicherelement mit einer zweiten Leitung (12 ) verbunden ist, die das Speicherelement (5 ) mit einer Ansaugleitung (16 ) verbindet und durch die mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Frischluft aus dem Speicherelement zu der Ansaugleitung (16 ) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (6 ) in Richtung des Frischluftstroms vor dem Speicherelement (5 ) zunächst ein erstes Ventil (9 ) und dann zwischen dem ersten Ventil (9 ) und dem Speicherelement eine Luftpumpe (7 ) angeordnet ist und in der zweiten Leitung (12 ) zwischen dem Speicherelement (5 ) und der Ansaugleitung (16 ) ein zweites Ventil (13 ) angeordnet ist, wobei in der ersten Leitung (6 ) zwischen dem ersten Ventil (9 ) und dem Speicherelement (5 ) ein Massenstromsensor (8 ) angeordnet ist. - Kraftstofftanksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftpumpe als Radialpumpe ausgebildet ist.
- Kraftstofftanksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromsensor (
8 ) als Sensor, der nach dem thermischen Prinzip arbeite, ausgebildet ist. - Kraftstofftanksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstromsensor (
8 ) im Gehäuse der Luftpumpe (7 ) integriert ist. - Kraftstofftanksystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (
6 ) ein Temperatursensor (14 ) angeordnet ist. - Kraftstofftanksystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (
6 ) ein Luftfeuchtesensor (15 ) angeordnet ist. - Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das zweite Ventil (
13 ) geschlossen wird, dann im Kraftstofftanksystem durch die Luftpumpe (7 ) ein Überdruck relativ zum Umgebungsdruck erzeugt wird, worauf hin das erste Ventil (9 ) geschlossen wird und woraufhin die Änderung des Überdruckes mit der Zeit im Kraftstofftanksystem beobachtet wird, wobei anhand der Änderung des Überdruckes im Kraftstofftanksystem die Dichtheit des Kraftstofftanksystem überwacht wird. - Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Überdruckes im Kraftstofftanksystem anhand der Leistungsaufnahme der Luftpumpe beobachtet wird.
- Verfahren zur Überwachung eines Kraftstofftanksystems nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Überdruckes im Kraftstofftanksystem anhand des Luftmassenstromes in der ersten Leitung, der mit dem Massenstromsensor (
8 ) ermittelt wird, beobachtet wird.
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