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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kulissenführung mit zwei sich in einem Kreuzungsbereich kreuzenden Führungsspuren zum Führen eines Schaltstiftes eines Nockenfolgers eines Ventiltriebs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Ventiltrieb mit einer solchen Kulissenführung sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
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Eine gattungsgemäße Kulissenführung wird üblicherweise bei einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt, bei welchem die Einlasszeiten oder die Auslasszeiten eines Einlass- oder Auslassventils beeinflusst werden sollen. Denkbar in diesem Zusammenhang ist auch das Umschalten von einem Normalnockenprofil auf ein Bremsnockenprofil, wodurch ein Bremsbetrieb einer damit ausgestatteten Brennkraftmaschine steuerbar ist. Um dabei zwischen den unterschiedlichen Nockenprofilen wechseln zu können, womit beispielsweise auch eine Abschaltung eines Zylinders ermöglicht werden kann, ist oftmals ein sogenanntes Verschiebebolzensystem vorgesehen, bei welchem ein Schaltstift eine Nockenfolgers in einer gattungsgemäßen Kulissenführung mit zwei sich in einem Kreuzungsbereich kreuzenden Führungsspuren geführt ist.
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Nachteilig dabei kann jedoch sein, dass bei funktionsoptimalen Nockenkonturen das Auswerfen des Schaltstiftes und damit das Überführen in die andere Führungsspur erschwert oder gar nicht möglich sind. Grund hierfür ist die reduzierte Zeit bzw. Strecke, die bei einer Kulissenführung mit zwei sich kreuzenden Führungsspuren zur Verfügung steht. Der Auswurf des Schaltstiftes muss dabei nämlich unmittelbar nach der Hubumschaltung erfolgen, wobei sich bei funktionsoptimaler Auswahl eines Bremsnockenprofils der Kipphebel samt Schaltstift unmittelbar nach der Profilumschaltung bereits in einer Aufwärtsbewegung befindet, was das Auswerfen des Schaltstiftes aus der jeweiligen Führungsspur mit einer herkömmlichen Auswurfkontur verhindert.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Kulissenführung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine radiale Erhebung an der Kulissenführung vorzusehen, die aus der eigentlichen Schaltkonturebene herausragt und durch diesen Materialauftrag eine Auswurfkontur neu schafft, erhöht bzw. verlängert, wodurch ein Auswerfen des Schaltstifts auch bei einer Aufwärtsbewegung des Kipphebels bzw. des Nockenfolgers, also bei geringer Eintauchtiefe eines Schaltstiftes in die zugehörige Führungsspur ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Kulissenführung besitzt dabei zwei sich in einem Kreuzungsbereich kreuzende Führungsspuren zum Führen des Schaltstiftes des Nockenfolgers bzw. des Kipphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei jede Führungsspur seitliche Ränder aufweisen kann. Jede Führungsspur besitzt darüber hinaus einen Einspurbereich, einen im Bereich eines Kreuzungspunktes liegenden Kreuzungsbereich sowie einen Ausspurbereich, wobei eine Tiefe der Führungsspur vom Einspurbereich bis zum Kreuzungsbereich zunehmen kann und danach bis zum Ausspurbereich wieder abnehmen kann. Erfindungsgemäß ist nun im oder nach dem Ausspurbereich (in Drehrichtung) mindestens einer Führungsspur mindestens eine radiale Erhebung vorgesehen, die in radialer Richtung über die Kulissenführung hinausragt, wodurch der Schaltstift selbst bei einer Aufwärtsbewegung des Nockenfolgers bzw. des Kipphebels einfacher und zuverlässiger ausgeworfen werden kann. Hierdurch kann insbesondere eine zuverlässige Funktionsweise eines mit einer solchen Kulissenführung ausgestatteten Ventiltriebs und damit einer mit einem solchen Ventiltrieb ausgestatteten Brennkraftmaschine erreicht werden, ohne dass hierfür größere konstruktive Änderungen oder höhere Kosten erforderlich wären. Mit der erfindungsgemäßen radialen Erhebung, kann eine konstruktive Besonderheit bei einer X-Nut, nämlich dass nur ein geringer Winkelbereich für das Auswerfen des Schaltstiftes zur Verfügung steht, sodass das Auswerfen später stattfinden muss, berücksichtigt werden. Im entsprechenden Winkelbereich wird der Kipphebel durch den beginnenden Nockenhub bereits angehoben, die positive radiale (Auswurf-)erhebung unterstützt hierbei zusätzlich ein Auswerfen des Schaltstiftes.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt die radiale Erhebung unmittelbar an den Ausspurbereich mindestens einer Führungsspur an, sodass die Erhebung eine Verlängerung des Ausspurbereiches darstellt. Hierdurch ist ein Auswerfen des in der Führungsspur geführten Schaltstiftes auch bei geringer oder nicht vorhandener Eintauchtiefe in der zugehörigen Führungsspur möglich. In diesem Fall ist die radiale Erhebung an einem Grund der Führungsspur im Ausspurbereich angeordnet.
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Zweckmäßig stimmt eine Breite und eine axiale Lage der zumindest einen radialen Erhebung auf dem Bolzen mit einer Breite und einer axialen Lage zumindest einer Führungsspur überein, sodass der in der Führungsspur geführte Schaltstift im und nach dem Ausspurbereich stirnseitig in Kontakt mit der Erhebung treten kann. Die radiale Erhebung ist somit in Umfangsrichtung im Wesentlichen fluchtend zur jeweiligen Führungsspur angeordnet.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Breite der radialen Erhebung nach dem Ausspurbereich größer ist als die Breite der zugehörigen Führungsspur. Dadurch geht die radiale Erhebung in Umfangsrichtung nicht nur fluchtend zur Führungsspur weiter, sondern kann auch fluchtend in den diese Führungsspur seitlich begrenzende Ränder weiter gehen. Hierdurch wird eine verbreiterte und damit auch verbesserte Auswurfmöglichkeit für den Schaltstift geschaffen.
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Wiederum alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die radiale Erhebung über die gesamte Breite der Kulissenführung, das heißt die axiale Länge der Kulissenführung, erstreckt und durch maximal eine Führungsspur unterbrochen wird, sodass die Anzahl der resultierenden Hinterschnitte minimiert wird. Hierdurch kann eine vereinfachte Bearbeitung, z.B. aus Schmiederohling, welcher schon die Erhebung aufweist, ermöglicht werden, indem man bei seitlicher Draufsicht auf das Teil möglichst immer die gleiche projizierte Außenkontur hat.
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Zweckmäßig ist denkbar, dass sich die radiale Erhebung nur an mindestens einem Rand im Ausspurbereich zumindest einer Führungsspur befindet und der in der Führungsspur geführte Schaltstift eine Schulter aufweist, die mit der Erhebung am Rand der Führungspur in Kontakt treten kann. Hierdurch kann eine verbesserte Auswurfmöglichkeit ausschließlich über den Rand der Führungsspur geschaffen werden. Hierdurch ist eine lokale Bearbeitung denkbar, insbesondere ist eine gebaute Nutronde (Führungsspur) mit Erhebung auf separaten Bauteil, was seitlich an Nutronde angebracht wird, denkbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Einspurbereich um einen Winkel α von 90° < α < 120°, insbesondere um einen Winkel α von ca. 110°, versetzt zum Ausspurbereich angeordnet. Zwischen dem Einspurbereich und dem Ausspurbereich und gegenüberliegend zum Kreuzungsbereich verbleibt somit ein Zwischenbereich von im Wesentlichen lediglich 90° bis 120°, in welchem auch der Wechsel zwischen den beiden Führungsspuren erfolgen muss. Das Wechseln zwischen den Führungsspuren muss somit im Wesentlichen innerhalb einer Viertel-Umdrehung der Kulissenführung erfolgen, wozu ein zuverlässiges Auswerfen des Schaltstiftes aus der vorangehenden Führungsspur zwingend erforderlich ist. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen radialen Erhebung ist es dabei insbesondere sogar möglich, den zwischen Einspur- und Ausspurbereich gelegenen führungsspurlosen Winkelbereich kleiner auszugestalten, da ein Wechseln schneller erfolgen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung erstreckt sich die radiale Erhebung über einen Winkelbereich β von 5° < β < 20°, insbesondere um einen Winkel β von ca. 10°. Die in Umfangsrichtung vergleichsweise kleine radiale Erhebung genügt jedoch bereits, um den Schaltstift zuverlässig aus der Führungsspur auszufahren, wobei der hierfür erforderliche Materialauftrag marginal ist, so dass nahezu keine Unwuchten und nahezu keine Mehrkosten entstehen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt eine maximale Tiefe tmax einer Führungsspur zwischen 10 und 15 % eines maximalen Außendurchmessers D der Kulissenführung. Hierdurch kann ein zuverlässiges und einwandfreies Führen des jeweiligen Schaltstiftes in der Führungsspur erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die auf einer Nockenwelle eine zuvor beschriebene Kulissenführung aufweist. Die Nockenwelle selbst besitzt wenigstens einen mit der Nockenwelle zusammenwirkenden und axial verstellbaren Nockenfolger, beispielsweise einen Kipphebel, wobei in dem jeweiligen Nockenfolger ein Schaltstift senkrecht zu einer Nockenfolgerlängsachse angeordnet ist. Über diesen Schaltstift wirkt der Nockenfolger derart mit den Führungsspuren der Kulissenführung zusammen, dass der Nockenfolger in der ersten Führungsspur mit einem ersten Nocken und in der zweiten Führungsspur mit einem zweiten Nocken zusammenwirkt bzw. diesen abgreift. Hierdurch können insbesondere Ein- und Auslasszeiten einzelner Ventile oder aber auch eine Zylinderabschaltung vergleichsweise einfach realisiert werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kulissenführung in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb kann zudem ein schnelles und funktionssicheres Ausfahren des Schaltstiftes aus der jeweiligen Führungsspur erreicht werden.
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Zweckmäßig ist die Kulissenführung über einen thermischen Fügesitz mit der Nockenwelle drehfest verbunden. Derartige thermische Fügesitze sind zur drehfesten Fixierung von Bauteilen auf Nockenwellen bereits hinlänglich bekannt und dadurch prozesssicher realisierbar. Zudem kann durch einen derartigen thermischen Fügesitz ein gleichzeitiges Fügen der Kulissenführung mit den Nocken erfolgen, wodurch der Fertigungsprozess gestrafft und die Montagekosten reduziert werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Kulissenführung,
- 2 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Kulissenführung,
- 3 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kulissenführung.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb 2 auf, ebenso wie eine Nockenwelle 3, an welcher wenigstens ein mit der Nockenwelle 3 zusammenwirkender und axial verstellbarer Nockenfolger 4, hier eine Nockenrolle 5, angeordnet ist. In dem Nockenfolger 4 ist ein Schaltstift 6 senkrecht zu einer Nockenfolgerlängsachse 7 angeordnet, wobei der Schaltstift 6 mit einer auf der Nockenwelle 5 angeordneten erfindungsgemäßen Kulissenführung 8 (vergleiche auch die 2 und 3) zusammenwirkt. Zusammenwirken bedeutet in diesem Fall, dass der Schaltstift 6 abwechslungsweise in eine erste Führungsspur 9 und eine zweite Führungsspur 10 eingreift und dadurch eine Längsverstellung des Nockenfolgers 4 bzw. der Nockenrolle 5 in Richtung der Nockenfolgerlängsachse 7 bewirkt, wobei die Nockenrolle 5 drehbar auf einem Bolzen 11 des Nockenfolgers 4 angeordnet ist. Durch eine axiale Längsverschiebung der Nockenrolle 5 durch das Führen des Schaltstiftes 6 in der ersten bzw. zweiten Führungsspur 9, 10, kann der Nockenfolger 4 Nockenprofile von einem ersten Nocken 12 und einem axial dazu benachbarten zweiten Nocken 12a abgreifen. Hierdurch lässt sich insbesondere eine Beeinflussung einer Einlasszeit bzw. einer Auslasszeit eines nicht gezeigten Einlass- oder Auslassventils beeinflussen oder aber auch eine Zylinderabschaltung realisieren.
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Betrachtet man nun die erfindungsgemäße Kulissenführung 8 näher, so kann man erkennen, dass sich die zwei Führungsspuren 9, 10 zum Führen des Schaltstiftes 6 in einem Kreuzungspunkt 13 kreuzen, wobei jede Führungsspur 9, 10 von seitlichen Rändern 14 begrenzt ist. Jede Führungsspur 9, 10 besitzt darüber hinaus einen Einspurbereich 15 (vergleiche 2), einen im Bereich des Kreuzungspunktes 13 liegenden Kreuzungsbereich 16 sowie einen Ausspurbereich 17, wobei eine Tiefe t (radial gemessen zu einer Achse 18 der Kulissenführung 8 vom Einspurbereich 15 bis zum Kreuzungsbereich 16 zunimmt bzw. zunehmen kann und danach bis zum Ausspurbereich 17 wieder abnimmt bzw. abnehmen kann. Um nun ein Auswerfen des Schaltstiftes 6 aus der jeweiligen Führungsspur 9, 10 und damit ein schnelleres Umschalten des Nockenabgriffs zwischen dem Nocken 12 und Nocken 12a zu realisieren, ist im oder in Drehrichtung nach dem Ausspurbereich 17 mindestens einer Führungsspur 9, 10 mindestens eine radiale Erhebung 19 (vgl. 2) vorgesehen ist, die in radialer Richtung über die Kulissenführung 8 hinausragt, wodurch der Schaltstift 8 selbst bei einer Aufwärtsbewegung des Nockenfolgers 4 bzw. des Kipphebels einfacher und zuverlässiger ausgeworfen werden kann. Die radiale Erhebung 19 in 2 ist zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. dabei Hierdurch kann insbesondere eine zuverlässige Funktionsweise eines mit einer solchen Kulissenführung 8 ausgestatteten Ventiltriebs 2 erreicht werden, ohne dass hierfür größere konstruktive Änderungen oder höhere Kosten erforderlich wären.
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Zu unterscheiden sind dabei unterschiedliche Ausführungsformen, beispielsweise eine, bei der sich die radiale Erhebung 19 unmittelbar an den Ausspurbereich 17 mindestens einer Führungsspur 9,10 anschließt, sodass die Erhebung 19 eine Verlängerung des Ausspurbereiches 17 darstellt, wodurch ein Auswerfen des in der Führungsspur 9, 10 geführten Schaltstiftes 6 auch bei geringer oder nicht vorhandener Eintauchtiefe in der zugehörigen Führungsspur 9, 10 möglich ist.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Breite und eine axiale Lage der zumindest einen radialen Erhebung 19 mit einer Breite und einer axialen Lage zumindest einer Führungsspur 9,10 übereinstimmt, sodass der in der Führungsspur 9,10 geführte Schaltstift 6 stirnseitig in Kontakt mit der Erhebung treten kann. Die radiale Erhebung 19 ist somit in Umfangsrichtung im Wesentlichen fluchtend zur jeweiligen Führungsspur 9, 10 angeordnet.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Breite der radialen Erhebung 19 nach dem Ausspurbereich 17 größer ist als die Breite der zugehörigen Führungsspur 9,10. In diesem Bereich ist die radiale Tiefe t der Führungsspur bereits negativ. Die radiale Erhebung 19 erstreckt sich in diesem Bereich sogar in die Flucht der Ränder 14. Dabei kann sich die radiale Erhebung 19 über die gesamte Breite der Kulissenführung 8 erstrecken und durch maximal eine Führungsspur 9, 10 unterbrochen sein, sodass die Anzahl der resultierenden Hinterschnitte minimiert wird.
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Alternativ ist an einem Rand 14 der Führungsspur 9, 10 im Ausspurbereich 17 eine radiale Erhebung 19 (vgl. 3) vorgesehen, über welche sich der Stift 6 über eine entsprechende Schulter 20 (vergleiche 1) abstützen und dadurch besser ausgeworfen werden kann. Die radiale Erhebung 19 tritt somit in Radialrichtung aus der eigentlichen Schaltkulisse hervor, wodurch eine Auswurfkontur erhöht bzw. verlängert werden kann. Dies ermöglicht insbesondere auch ein zuverlässiges und sicheres Auswerfen des Schaltstiftes 6 aus der jeweiligen Führungsspur 9, 10 bei einer Aufwärtsbewegung eines Kipphebels bzw. des Nockenfolgers 4. Die radiale Erhebung 19 kann dabei an lediglich einem einzigen Rand 14 oder aber an zumindest zwei Rändern 14 des jeweiligen Auswurfbereichs 17 vorgesehen sein. Die radiale Erhebung 19 kann wärmebehandelt oder beschichtet sein, insbesondere durch Elektronenstrahlhärten, Laserhärten oder einen Nitrierprozess.
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Betrachtet man die 2 näher, so kann man erkennen, dass der Einspurbereich 15 um einen Winkel α von 90° < α < 120°, insbesondere um einen Winkel α von ca. 110°, versetzt zum Ausspurbereich 17 angeordnet ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung erstreckt sich die radiale Erhebung 19 über einen Winkel β zwischen 5° und 20°, insbesondere über einen Winkel β von ca. 10°. Hierdurch kann einerseits ein zuverlässiges Auswerfen des Schaltstiftes 20 erreicht werden, ohne dass durch einen in Umfangsrichtung größeren und längeren Materialauftrag eine zu große Unwucht der Nockenwelle 3 erzeugt wird.
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Eine maximale Tiefe tmax (gemessen in Radialrichtung) einer Führungsspur 9, 10 beträgt dabei zwischen 10 und 15 % eines maximalen Außendurchmessers D der Kulissenführung 8, wodurch einerseits eine Materialreduzierung und damit eine Reduzierung des Gewichts erreicht werden kann und andererseits eine zuverlässige Führung des Schaltstifts 6 in der jeweiligen Führungsspur 9, 10 bewirkt werden kann.
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Die Kulissenführung 8 ist, wie dies gemäß den 1 bis 3 dargestellt ist, als Kulissenführungshülse ausgebildet und dadurch in der Lage, beispielsweise mittels eines thermischen Fügeverfahrens und eines daraus resultierenden Schrumpfsitzes, auf der Nockenwelle 3 fixiert zu werden. Selbstverständlich sind auch weitere Fixiermöglichkeiten denkbar.
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Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Kulissenführung 8 ein zuverlässiges Auswerfen des Schaltstifts 6 aus der Führungsspur 9, 10 selbst bei einer Aufwärtsbewegung des Kipphebels bzw. des Nockenfolgers 4 ermöglicht werden, wodurch insbesondere ein Auswerfen des Schaltstiftes 6 bei einem Bremsnockenprofil, bei welchem sich der Nockenfolger 4 samt Schaltstift 6 unmittelbar nach der Profilumschaltung bereits in einer Aufwärtsbewegung befindet, ein zuverlässiges Auswerfen gewährleistet werden. Dies ist mit bisherigen aus dem Stand der Technik bekannten Kulissenführungen nicht problemlos möglich.
