DE102018204664A1 - Einspuriges Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit - Google Patents
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Abstract
Ein einspuriges Kraftfahrzeug (10), insbesondere ein Motorrad, hat einen Fahrzustandssensor (26) und wenigstens eine mit dem wenigstens einen Fahrzustandssensor (26) verbundenen Aktuatorvorrichtung (30), die dazu eingerichtet ist, eine Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere einen Lenkeingriff oder eine Gewichtsverlagerungsmaßnahme durchzuführen.Ferner ist ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit für ein einspuriges Kraftfahrzeug (10) gezeigt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein einspuriges Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit für ein einspuriges Kraftfahrzeug.
- Motorräder sind instabile Fahrzeuge, die sich erst ab einer minimalen Geschwindigkeit durch die Kreiskräfte der Räder stabilisieren. Dies kann zu kritischen Fahrsituationen führen, z. B. in Kurvenfahrten, wenn die Bahnkräfte die am Aufstandspunkt durch die Räder übertragbaren Reibkräfte zwischen Fahrbahn und Reifen überschreiten.
- Werden in einer solchen kritischen Fahrsituation nicht umgehend Aufrichtungsmaßnahmen vom Fahrer ergriffen werden, die das Kraftfahrzeug aufrichten (hier Aufrichtungsmaßnahmen genannt), führt dies unweigerlich zu einem Sturz.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einspuriges Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit bereitzustellen, bei dem kritische Fahrsituationen ohne Maßnahmen des Fahrers entschärft werden.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein einspuriges Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, mit einem Fahrzustandssensor und wenigstens einer mit dem wenigstens einen Fahrzustandssensor verbundenen Aktuatorvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere einen Lenkeingriff oder eine Gewichtsverlagerungsmaßnahme durchzuführen.
- Durch die Aktuatorvorrichtungen können somit Aufrichtungsmaßnahmen in kritischen Fahrsituationen durchgeführt werden, die den Aufrichtungsmaßnahmen eines aufmerksamen Fahrers entsprechen. Das Kraftfahrzeug kann daher selbstständig geeignete Aufrichtungsmaßnahmen zur Entschärfung einer kritischen Fahrsituation ergreifen.
- Der Fahrzustandssensor ist z. B. dazu eingerichtet, die Fahrsituation des Kraftfahrzeugs regelmäßig oder kontinuierlich zu evaluieren.
- Außerdem können der Fahrzustandssensor und die Aktuatorvorrichtung zum Datenaustausch verbunden sein, z. B. über ein elektrisches Kabel oder kabellos (z. B. Bluetooth).
- Die im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Gegenmaßnahmen werden auch Aufrichtungsmaßnahmen genannt, da sie dazu dienen, das Kraftfahrzeug wiederaufzurichten. Neben den Aufrichtungsmaßnahmen sind jedoch auch andere Aufrichtungsmaßnahmen denkbar.
- Vorzugsweise ist der Fahrzustandssensor dazu eingerichtet, kritische Fahrsituationen zu erkennen, insbesondere solche, die eine Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere einen Lenkeingriff und/oder eine Gewichtsverlagerung notwendig machen. Dadurch kann eine Aufrichtungsmaßnahme automatisch ergriffen werden.
- In einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung einen Elektromotor, insbesondere einen Stellmotor auf, der mit einer Gabel und/oder einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung verbunden ist, um einen Lenkeingriff als Aufrichtungsmaßnahme vorzunehmen.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung ein Schwungrad auf, um ein Drehmoment auf das übrige Kraftfahrzeug zu übertragen.
- Beispielsweise ist das Schwungrad um eine Rotationsachse drehbar gelagert, wobei die Rotationsachse in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verläuft. Dadurch kann ein Drehmoment um die Längsachse zur Aufrichtung erzeugt werden.
- Die Rotationsachse kann vollständig parallel zur Längsrichtung verlaufen.
- Um das Schwungrad gezielt anzusteuern, weist die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung einen Antrieb für das Schwungrad auf. Der Antrieb ist insbesondere ein elektrischer Antrieb.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung eine Linearführung, einen Massenantrieb und eine Masse auf, die in der Linearführung geführt und durch den Massenantrieb linear von einer Ausgangsstellung in eine Verlagerungsrichtung bewegbar ist. Auf diese Weise kann eine Gewichtsverlagerung als Aufrichtungsmaßnahme durchgeführt werden.
- Insbesondere können zwei Aktuatorvorrichtungen vorgesehen sein, die auf verschiedenen Seiten der Längsachse angeordnet sind. Zum Beispiel sind diese Aktuatorvorrichtungen von der Längsachse des Kraftfahrzeugs aus nach außen versetzt angeordnet.
- Für einen besonders plötzlichen Antrieb der Masse kann der Massenantrieb ein Druckgasspeicher, eine vorgespannte Feder und/oder eine Treibladung sein.
- Um eine besonders effektive Aufrichtung zu erreichen, kann die Verlagerungsrichtung in Fahrzeugquerrichtung vom Kraftfahrzeug weg, in Fahrzeughochrichtung zum Boden hin und/oder in Fahrzeuglängsrichtung zum Heck des Kraftfahrzeugs hin verlaufen.
- In einer Ausführungsvariante weist die Linearführung einen Anschlag für die Masse auf, um einen Stoß zur Aufrichtung zu erzeugen.
- Für besonders effektive Aufrichtungsmaßnahmen kann die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung im Bereich zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs, in der Höhe der Achsen des Kraftfahrzeugs und/oder an einem Unterrohr eines Rahmens des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
- Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit für ein erfindungsgemäßes einspuriges Kraftfahrzeug mit den folgenden Schritten:
- a) Evaluieren der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs durch den wenigstens einen Fahrzustandssensor, und
- b) Durchführen einer Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere eines Lenkeingriffs und/oder einer Gewichtsverlagerungsmaßnahme durch die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung, wenn der wenigstens eine Fahrzustandssensor eine kritische Fahrsituation erkannt hat.
- Vorzugsweise wird als Lenkeingriff eine Gegenlenkbewegung durch den Elektromotor durchgeführt, als Gewichtsverlagerungsmaßnahme wird das Schwungrad mittels des Antriebs angetrieben oder abgebremst und/oder als Gewichtsverlagerungsmaßnahme wird die Masse in Verlagerungsrichtung bewegt. Dadurch können wirkungsvolle Aufrichtungsmaßnahmen schnell ergriffen werden.
- Im Rahmen dieser Erfindung fallen Maßnahmen, bei denen durch Massenbewegung ein Drehmoment erzeugt wird, wie das durch das Schwungrad erzeugte Drehmoment, auch unter den Begriff „Gewichtsverlagerungsmaßnahme“.
- In einer Ausführungsvariante sind mehrere Aktuatorvorrichtungen mit einer Masse vorgesehen, wobei, wenn eine kritische Situation bei einer Kurvenfahrt erkannt wird, die kurvenäußere Masse bewegt wird. Die Bewegung erfolgt insbesondere nach außen. Auf diese Weise kann eine Gewichtsverlagerung mit großem Effekt durchgeführt werden.
- Die Massen können auf verschiedenen Seiten des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- -
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in perspektivischer Ansicht, - -
2 das Kraftfahrzeug nach1 in einer Seitenansicht, - -
3 das Kraftfahrzeug nach1 in einer Vorderansicht, - -
4 das Kraftfahrzeug nach1 in einer Draufsicht, - -
5 eine Aktuatorvorrichtung des Kraftfahrzeugs nach1 in einer schematischen Ansicht, und - -
6 das Kraftfahrzeug nach1 in einer kritischen Fahrsituation in Vorderansicht. - In den
1 bis4 ist ein einspuriges Kraftfahrzeug10 dargestellt. Zur Vereinfachung sind lediglich der Rahmen12 sowie die Räder14 des Kraftfahrzeugs10 gezeigt, und auf die Darstellung der Karosserie und weiterer Teile wurde verzichtet. - Das einspurige Kraftfahrzeug
10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Motorrad. - Der Rahmen
12 weist in üblicher Weise ein Oberrohr16 , ein Unterrohr18 sowie ein Sattelrohr20 auf, die miteinander verbunden sind und hier ein Dreieck bilden. - Außerdem hat das Kraftfahrzeug
10 einen Lenker22 und eine damit verbundene Gabel24 und Lenksäule25 , die drehbar am Rahmen12 befestigt sind. - Außerdem weist das Kraftfahrzeug
10 einen Fahrzustandssensor26 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich des Oberrohres16 angeordnet ist. - Der Fahrzustandssensor
26 kann selbstverständlich Teil einer anderen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs10 sein, wie der Motorsteuerung oder dergleichen. - Der Fahrzustandssensor
26 umfasst Sensoren, beispielsweise einen Lagesensor, einen Beschleunigungssensor und/oder ein Gyroskop. Außerdem, kann der Fahrzustandssensor26 Schnittstellen zu anderen Kraftfahrzeugkomponenten (nicht gezeigt) aufweisen, um aktuelle Messwerte zu erhalten. Diese Messwerte können beispielsweise die Drehzahl und die Last des Motors sein, die von einer Motorsteuereinheit übermittelt werden. Die Messwerte können auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs10 und/oder der Lenkwinkel sein. - Der Fahrzustandssensor
26 umfasst eine Auswerteeinheit28 oder ist mit einer Auswerteeinheit28 verbunden, die aus den durch die Sensoren und/oder der Schnittstelle gewonnen Daten die aktuelle Fahrsituation des Kraftfahrzeugs10 bestimmen und bewerten kann. - Die Bewertung bzw. Evaluierung erfolgt dahingehend, ob eine kritische Fahrsituation vorliegt. Kritische Fahrsituationen sind z. B. solche Fahrsituationen, in denen eine Aufrichtungsmaßnahme, wie ein Lenkeingriff oder eine Gewichtsverlagerung, des Fahrers notwendig wären, um einen Sturz zu verhindern.
- Das Kraftfahrzeug
10 hat zudem mehrere Aktuatorvorrichtungen30 , nämlich einen Elektromotor32 , ein Schwungrad34 sowie zwei Aktuatorvorrichtungen30 , die jeweils eine Linearführung36 , einen Masseantrieb38 und eine Masse40 aufweisen. - Die Aktuatorvorrichtungen
30 sind alle zum Datenaustausch mit der Auswerteeinheit28 verbunden. Dies kann mittels elektrischer Leitungen oder kabellos erfolgen, beispielsweise über Bluetooth. Die Auswerteeinheit28 kann die Aktuatorvorrichtungen30 auf diese Weise steuern. - Der Elektromotor
32 ist zum Beispiel ein Stellmotor und ist mit der Lenksäule25 oder der Gabel24 verbunden. - Der Elektromotor
32 kann die Gabel24 und/oder die Lenksäule25 mit einem Drehmoment beaufschlagen und damit Lenkeingriffe ausführen. - Das Schwungrad
34 ist beispielsweise am Unterrohr18 vorgesehen und um eine RotationsachseR drehbar gelagert. - Die Rotationsachse
R verläuft dabei in LängsrichtungL des Kraftfahrzeugs10 und hier insbesondere vollständig parallel zur LängsrichtungL des Kraftfahrzeugs10 . - Das Schwungrad
34 ist zwischen den beiden Rädern14 vorgesehen. - Die Aktuatorvorrichtung
30 des Schwungrads34 weist zudem einen Antrieb44 auf, der beispielsweise ein elektrischer Antrieb ist. - Der Antrieb
44 ist drehfest, entweder direkt oder über ein Getriebe, mit dem Schwungrad34 verbunden und kann somit das Schwungrad34 antreiben oder abbremsen. - Die Aktuatorvorrichtungen
30 , die die Linearführung36 , den Masseantrieb38 und die Masse40 aufweisen, sind auf verschiedenen Seiten des Rahmens12 in Fahrzeugquerrichtung Q beabstandet zum Rahmen12 vorgesehen. - Diese beiden Aktuatorvorrichtungen
30 sind so angeordnet, dass sie spiegelsymmetrisch in Bezug auf die von der Längsachse des Kraftfahrzeugs10 aufgespannte Ebene sind. Dies ist insbesondere in4 zu erkennen. - Die Aktuatorvorrichtungen
30 sind somit nach außen von der Längsachse des Kraftfahrzeugs10 versetzt und auf verschiedenen Seiten der Längsachse angeordnet. - Diese beiden Aktuatorvorrichtungen
30 sind im Bereich der Rasten des Kraftfahrzeugs10 vorgesehen, beispielsweise zwischen den beiden Rädern14 und insbesondere auf Höhe der Achse wenigstens eines der Räder14 . - In
5 ist einer dieser beiden Aktuatorvorrichtung30 im Detail dargestellt. - Die Linearführung
36 ist als Hohlzylinder ausgeführt, in dem die Masse40 bewegbar angeordnet ist. - Zum Beispiel hat die Masse
40 einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlzylinders der Linearführung36 entspricht. - Zwischen einer der Stirnseiten des Hohlzylinders und der Masse
40 ist eine Feder vorgesehen, die den Masseantrieb38 bildet. - Die andere Stirnseite des Hohlzylinders stellt einen Anschlag
46 für die Masse40 dar. - Die Feder ist vorgespannt und drückt die Masse
40 gegen eine lösbare Arretierung48 . Dies ist die Ausgangsstellung der Masse40 . - Die Arretierung
48 ist beispielsweise als Stift ausgeführt und kann vom Fahrzustandssensor26 entfernt werden, um die Masse40 freizugeben. - Der Masseantrieb
38 kann zum Beispiel auch eine Treibladung und/oder einen Druckgasspeicher umfassen, wie eine Druckgasfeder. - Die Längsachse des Hohlzylinders definiert eine Verlagerungsrichtung
V , in die die Masse40 aus ihrem Ausgangszustand heraus vom Masseantrieb38 bewegt werden kann. - Wie aus einer Zusammenschau der
3 und4 zu erkennen, verläuft die VerlagerungsrichtungV im gezeigten Ausführungsbeispiel in FahrzeugquerrichtungQ vom Kraftfahrzeug10 weg, d. h. nach außen, in FahrzeughochrichtungH zum Boden hin, d. h. nach unten, und/oder in FahrzeuglängsrichtungL zum Heck des Kraftfahrzeugs10 , d. h. nach hinten. - Der Boden ist zum Beispiel die Fahrbahn.
- Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs
10 überwacht und evaluiert der Fahrzustandssensor26 permanent den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges10 bzw. die Fahrsituation. Der Fahrzustandssensor26 bzw. die Auswerteeinheit28 erkennt, wenn das Kraftfahrzeug10 in eine kritische Fahrsituation kommt. - Ein Beispiel einer kritischen Fahrsituation, in dem eine Aufrichtungsmaßnahme notwendig ist, um einen Sturz zu verhindern, ist in
6 dargestellt. - Diese Situation entspricht einer Kurvenfahrt, bei der nun plötzlich die Reibung der Räder
14 abnimmt, sodass das Kraftfahrzeug10 droht wegzurutschen. - Diese kritische Fahrsituation wird von der Auswerteeinheit
28 und damit dem Fahrzustandssensor26 erkannt, der daraufhin eine oder mehrere der Aktuatorvorrichtungen30 ansteuert, um eine oder mehrere Aufrichtungsmaßnahmen einzuleiten. In dieser Situation sind eine oder mehrere Aufrichtungsmaßnahmen notwendig, die das Kraftfahrzeug10 wiederaufrichten. - Die Aufrichtungsmaßnahme kann ein Lenkeingriff sein. Hierzu steuert der Fahrzustandssensor
26 den Elektromotor32 , sodass eine Gegenlenkbewegung in der Kurvenfahrt erzeugt wird, die zu einem Aufrichtmoment (in6 durch den Pfeil auf der rechten Seite dargestellt) führt. Dadurch wird das Kraftfahrzeug10 aufgerichtet. - Die Aufrichtungsmaßnahme kann auch darin bestehen, dass der Antrieb
44 vom Fahrzustandssensor26 derart angesteuert wird, dass er das Schwungrad34 antreibt, genauer gesagt in eine Drehrichtung (in6 im Uhrzeigersinn) entgegen der Drehrichtung, die notwendig ist, um das Kraftfahrzeug10 aufzurichten (in6 entgegen dem Uhrzeigersinn). Dadurch entsteht ein geeignetes Drehmoment am Kraftfahrzeug10 , das das Kraftfahrzeug10 aufrichtet. - Als Aufrichtungsmaßnahme kann der Fahrzustandssensor
26 durch eine der Massen40 eine Gewichtsverlagerung des Fahrers imitieren, indem diejenige Aktuatorvorrichtung30 aktiviert wird, die in Bezug auf die gefahrene Kurve außen liegt. In6 ist dies die links abgebildete Aktuatorvorrichtung30 . - Zu Aktivierung sendet der Fahrzustandssensor
26 ein Signal an die automatisch lösbare Arretierung48 . - Durch das Signal wird die Arretierung
48 gelöst und die Masse40 wird freigegeben. Daraufhin wird die Masse40 durch den Masseantrieb38 , im gezeigten Ausführungsbeispiel also durch die vorgespannte Feder, in Verlagerungsrichtung V beschleunigt und stößt schließlich gegen den Anschlag46 . - Diese Gewichtsverlagerung entspricht einer Gewichtsverlagerung des Fahrers auf die Außenraste, d. h. die Raste auf der Außenseite der Kurve.
- Durch diese Gewichtsverlagerung wird ein Drehmoment auf das Kraftfahrzeug
10 erzeugt, das das Kraftfahrzeug10 wiederaufrichtet. - Durch die beschriebenen Aufrichtungsmaßnahmen richtet sich das Kraftfahrzeug
10 schnell und effektiv wieder auf. Die kritische Fahrsituation wurde entschärft und ein Sturz wurde verhindert.
Claims (14)
- Einspuriges Kraftfahrzeug, insbesondere Motorrad, mit einem Fahrzustandssensor (26) und wenigstens einer mit dem wenigstens einen Fahrzustandssensor (26) verbundenen Aktuatorvorrichtung (30), die dazu eingerichtet ist, eine Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere einen Lenkeingriff oder eine Gewichtsverlagerungsmaßnahme durchzuführen.
- Kraftfahrzeug nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzustandssensor (26) dazu eingerichtet ist, kritische Fahrsituationen zu erkennen, insbesondere solche, die eine Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere einen Lenkeingriff und/oder eine Gewichtsverlagerung notwendig machen. - Kraftfahrzeug nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) einen Elektromotor (32), insbesondere einen Stellmotor aufweist, der mit einer Gabel (24) und/oder einer Lenksäule (25) des Kraftfahrzeugs (10) zur Drehmomentübertragung verbunden ist. - Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) ein Schwungrad (34) aufweist.
- Kraftfahrzeug nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (34) um eine Rotationsachse (R) drehbar gelagert ist, wobei die Rotationsachse (R) in Längsrichtung (L) des Kraftfahrzeugs (10) verläuft. - Kraftfahrzeug nach
Anspruch 4 oder5 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) einen Antrieb (44) für das Schwungrad (34) aufweist. - Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) eine Linearführung (36), einen Massenantrieb (38) und eine Masse (40) aufweist, die in der Linearführung (36) geführt und durch den Massenantrieb (38) linear von einer Ausgangsstellung in eine Verlagerungsrichtung (V) bewegbar ist.
- Kraftfahrzeug nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Massenantrieb (38) ein Druckgasspeicher, eine vorgespannte Feder und/oder eine Treibladung ist. - Kraftfahrzeug nach
Anspruch 7 oder8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsrichtung (V) in Fahrzeugquerrichtung (Q) vom Kraftfahrzeug (10) weg, in Fahrzeughochrichtung (H) zum Boden hin und/oder in Fahrzeuglängsrichtung (L) zum Heck des Kraftfahrzeugs (10) hin verläuft. - Kraftfahrzeug nach einem der
Ansprüche 7 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (36) einen Anschlag (46) für die Masse (40) aufweist. - Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) im Bereich zwischen den Rädern (14) des Kraftfahrzeugs (10), in der Höhe der Achsen des Kraftfahrzeugs (10) und/oder dass die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30) an einem Unterrohr (18) eines Rahmens (12) des Kraftfahrzeugs (10) vorgesehen ist.
- Verfahren zur Erhöhung der Fahrsicherheit für ein einspuriges Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a) Evaluieren der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs (10) durch den wenigstens einen Fahrzustandssensor (26), und b) Durchführen einer Aufrichtungsmaßnahme, insbesondere eines Lenkeingriffs und/oder einer Gewichtsverlagerungsmaßnahme durch die wenigstens eine Aktuatorvorrichtung (30), wenn der wenigstens eine Fahrzustandssensor (26) eine kritische Fahrsituation erkannt hat.
- Verfahren nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass als Lenkeingriff eine Gegenlenkbewegung durch den Elektromotor (32) durchgeführt wird, als Gewichtsverlagerungsmaßnahme das Schwungrad (34) mittels des Antriebs (44) angetrieben oder abgebremst wird und/oder als Gewichtsverlagerungsmaßnahme die Masse (40) in Verlagerungsrichtung (V) bewegt wird. - Verfahren nach
Anspruch 12 oder13 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktuatorvorrichtungen (30) mit einer Masse (40) vorgesehen sind, wobei, wenn eine kritische Situation bei einer Kurvenfahrt erkannt wird, die kurvenäußere Masse (40) bewegt wird.
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