DE2431370A1 - Ansaugvorrichtung von luft und fluessigem brennstoff fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

PATE NTANWAXTE

dr. ing. H. NEGENDANK (-1973) · dikl.-ing. H. HATJCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ .dipping. E. GRAALFS · dipping. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTEI/LUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NEUERWAU41

TEL. Se 74 28 UND 30 4110 TELEQR. NEGSDAFAXENT HAMBUHQ

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

DRESSER INVESTMENTS N. V. TBi.aseooee

TELEQH. NEGEDAPATENT MÜNCHEN

Pietermaai 6

¥illemstad, Curacao, Hamburg, den 28. Juni

Niederländ. Antillen

Ansaugvorrichtung von Luft und flüssigem Brennstoff für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsaustragung in Tröpfchenform, insbesondere eine Ansaugvorrichtung für Luft und flüssigen Brenstoff mit einem Lufteinlaßkanal, einer Einschnürungszone mit veränderlichem, rechteckigem Querschnitt, durch die ein Gemisch aus Luft und fein verteiltem flüssigem Brennstoff mit Schallgeschwindigkeit strömt, eine Brennstoffzuführleitung sowie einer Vorrichtung zur Brennstoffverteilung und Strömungeformung, di· stromaufwärts von der Einschnürung angeordnet ist.

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Die Erfindung geht aas you den folgenden verwandten US-Patent anmeldungen t

1. US-Patentanmeldung, Aktenseichen 241 755, Anmeldetag

6. April 1972, Anmelder Erersole und Wood nit dem Titel "Verstellbare Venturivorrichtung zum Mischen und Steuern flüssigen Brennstoffs und Verbennungsluft für eine Brennkraftmaschine (nachfolgend als ' ¹CE-I" bezeichnet) und

2. US-Patentanmeldung, Aktenzeichen 151 573» Anmeldetag 9* Juni 197t» Anmelder Srersole und Berriman mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Steuern flüssigen Brennstoffe und Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine (nachfolgend als "GR-2" bezeichnet).

Bas Anwendungsgebiet des Srfindungsgegenetandee umfaßt die Technik der Vergasersysteme von Loft und Brennstoff für Brennkraftmaschinen, und die Vorkehrungen zur Einführung und Bemessung des Brennstoffe«. Herauf gerichtete Patente fallen im allgemeinen water die Hassern 259 und 261 des US-Patentamtes.

früher wurde die Bildung und Aufrechterhaltung einer gut zersttttbten und verteilten Mischung aus flüssigen Brennstofftröpfchen und luft zur Einführung in den . .am«amguitutze& und damn in die Zylinder oder anderem Verbramrnngsiramwarn, einer Brennkraftmaschine entweder als unerwünscht oder umpraktisch angesehen.

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BrennstoffvergasungSYorrichtungen der in CR-1 und CR-2 beschriebenen Art müssen fiber einen extrem großen Bereich der eingeführten Mengen sowohl von Luft als auch von Brennstoff arbeiten, wenn sie in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Die einzuführenden Luft- und Brennst off mengen können mit einem Faktor bis zu 40 vom Leerlauf bei einer schnellen Beschleunigung zunehmen. Erfolgreiches Arbeiten derartiger Torrichtungen bei der Zuführung einer gleichmißigen Verteilung τοη Brennstofftröpfchen in Luft zu den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfordert eine Verteilung des Brennstoffs im Luftstrom in gleichmäßiger Weise. Während dies bei der Verwendung üblicher Zerstäuberdüsen in verhältnismäßig engen Bereichen τοη Luft- und Brennstoffmengen erzielbar ist, können nur Vorrichtungen mit speziellen Eigenschaften eine gleichmäßige Brennstoffzufuhr gewährleisten, wenn das Drosselungsverhältnis sowohl der Luft- als auch Brennstoffmenge so groß ist, wit in Vorrichtungen der in CR-1 und CR-2 beschriebenen Art, Diese Eigenschaften umfassen die Möglichkeit, eine stromlinienförmige Bewegung der Luft über einen großen Mengenbereich aufrechtzuerhalten sowie die Vermeidung der Bildung von Brennet off tropf chen, die an der Stelle, wo der flüssige Brennstoff in den Luftstrom eintritt, zu groß sind, was eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs im Luftstrom beeinträchtigen würde. Ss ist ferner erwünscht, daß das Verhältnis der Querschnitte der Einlasse der Luftströmungskanäle, in denen eine Strömungsbeschleunigung stattfindet, zu dem Querschnitt an der Stelle der maximalen einschnürung in bestimmten Grenzen liegt.

Forscher auf dem Gebiet der Flüssigkeitszerstäubung haben

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festgestellt, daß gewisse Eigenschaften für Erzeugung des Gemisches aus flüssigem Brennstoff und Luft für eine Verbrennung sehr erwünscht sind und zwar:

1. Die parallele Strömungsrichtung von luft und zu zerstäubender Flüesigkeit.

2. Die gleichmäßige Einführung der zu zerstäubenden Flüssigkeit in den zerstäubenden Luftstrom.

Erfindungsgemäfl wird dies mit einen länglichen Verteiler oder einer Brennstoffstange erreicht, die zur Abgabe von flüssigem Brennstoff in Tröpfchenform dient und sieh über den Luftansaugkanal einer Vorrichtung zum Mischen und Steuern von Luft und Brennstoff erstreckt, um den Luftstrom zu formen und in zwei konvergierende Ströme zu teilen. Vorzugsweise hat der Verteiler eine Querschnittsform, die im wesentlichen der Form eines umgekehrten Wassertropfens entspricht, flüssiger Brennstoff, der aus öffnungen austritt, die entlang der stromabwärt igen Seite des Verteilers mit Abstand angeordnet sind, wird Ton dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit mitgerissen und dann in feinste Tröpfchen zerteilt. An der Eintrittsstelle des Brennstoffs in die Luft sind die Strömungerichtungen der Luft und des Brennstoffes im wesentlichen parallel. Benachbart zu den Brennstoff Öffnungen sind an der stromabwärtigen Seite des Verteilers Mittel vorgesehen, die Zusammenfließen benachbarter Brennstoffströme verhindern, was bei geringeren Luftgeschwindigkeiten eintreten könnte und eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeitströpfchen im Luftstrom bewirken würde.

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Bs ist ein Zweck der Erfindung, einen Brennstoffverteiler zu schaffen, der eine wirksame Brennstoff zerstäubung bewirkt, während er gleichzeitig gut geeignet ist, in einer Vergaseranlage verwendet zu werden, in der eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit während im wesentlichen des ganzen Betriebsbereiches der Maschine aufrechterhalten. wird*i_.

Mn weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kombination einer Brennverteiler- und Luftstromformungsvorrichtung, die wirksam ist, eine Mischung aus luft und feinverteiltem Brennstoff zu erzeugen, der wirksam in den Zylindern einer Brennkraftmaschine verbrannt werden kann.

Zwei Ausführungsbeispiele des Srfindungsgegenstandes sollen nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigern

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht der Mischvorrichtung für luft und Brennstoff gemäß der Erfindung, die an einer Brennkraftmaschine angebracht ist ι

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2.2 der Pig. 1|

Fig. 3 eine Seitenansicht de« im Schnitt in Fig. 2 gezeigten Brennstoff Verteilers;

Fig. 4 eine Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Verteiler» von unten gesehen} und

i'ig. 5 eine perspektivische Ansicht einer wahlweisen Ausführungsform des Verteilers.

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Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine Misch- und Steuervorrichtung 10 gemäß der Erfindung gezeigt, die an der Einlaßleitung 12 einer Brennkraftmaschine angebracht ist. Die Vorrichtung 10 saugt Luft durch den Ansaugkanal 14 aus dem umgebenden Baum, während Brennstoff derselben über eine Brennstoffleitung 16 zugeführt wird. Der Brennstoff wird der Brennstoffleitung 16 aus einem Kraftfahrzeugtank (nicht dargestellt) zugeführt. Die Mittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhr in die Brennstoffleitung 16 sind in der sehwebenden Patentanmeldung CE-1 beschrieben, die bei dieser Anmeldung Verwendung finden, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt.

Die Misch- und Steuervorrichtung 10 soll nunmehr mit besonderer Bezugnahme auf fig. 2 beschrieben werden. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 18 mit einem inneren, mittleren Strömungekanal 20 auf. Der Kanal 20 steht in vertikaler Richtung mit der Einlaßleitung 12 in Verbindung und zwar über eine rechteckige Grundplatte 22. Der Ansaugkanal 14 bildet den Lufteinlaß zum Strömungskanal 20.

Die geometrische From des Strömungskanal β 20 ist an beiden Seiten duroh zwei parallele, plattenförmige, feste Wände begrenzt, Ton denen die Außenseite der einen Wand 24 in Fig. 1 gezeigt ist. weiterhin wird der Strömungskanal 20 von zwei gegenüberliegenden, mit Abstand zueinander relativ beweglichen Backen 26 und 28 begrenzt, die in Fig. 2 gezeigt sind. Die Backen haben eine im wesentlichen symmetrische Form und sind in der in CE-1 beschriebenen Weise abgestützt relativ zueinander beweglich.

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Wie ersichtlich, weist der mittlere Ströanzngskanal 20 eine Venturidüse 30 mit einem engen iinschnürungsabschnitt 32 auf, der die Stelle der maximalen Verengung des Kanals bildet, wobei ein primärer Diffusorabschnitt 33 unter der Sinschnürung durch divergierende Abschnitte der Backen 26 und 28 und weiter stromabwärts ein sekundärer Diffusorabachnitt 34 durch eine stärkere Divergenz der unteren Abschnitte der Backen 26 und 28 gebildet sind. Gemäß einer Äusführungsform des firfindungegegenstandea ist der sekundäre Diffusorabschnitt fortgelassen, während der primäre Diffusorabschnitt 33 unmittelbar in die Auslaßöffnung 36 mundet. Die Auslaßöffnung 36 führt in die Sinlaßleltung 12.

Der Verteilerkörper 38 ist Innerhalb des Ansaugkanals 14 angeordnet und erstreckt sich parallel zu den Backen 26 und 28. Der Brennstoffverteiler hat eine längliche, aus fig· 2 ersichtliche Stromlinienform, deren Querschnitt einem umgekehrten Wassertropfen entspricht, wie nachfolgend noch näher beschrieben werden soll, soll hierdurch eine wirksame Teilung und Formung des öinlaßluftstroms bewirkt werden. Der Brennstoffverteiler 38 weist Bohrungen auf, die einen oberen Brennstoff -einlaBkanal 40 und einen unteren BrennstoffeinlaBkanal 42 bilden, die durch einen Verbindungskanal 44 verbunden sind. Wie insbesondere aus flg. 3 ersichtlich, steht der untere BrennstoffeinlaSkanal 42 über eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten, entlang einer Außenseite des Verteiler« angeordneten Offnungen 46 und entlang der anderen Seite angeordneten öffnungen 48 in Verbindung. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Öffnungen 46 und 48 abwechselnd auf Lücke

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zwischeneinander angeordnet.

Vom unteren jfinde oder der stromabwärts liegenden Seite des Brennstoffverteilers 38 erstrecken sich eine Beihe von mit Abstand zueinander angeordneten Zähnen 50, die ein Zusammenfließen der Brennstoffströme aus benachbarten Öffnungen auf ein Minimum reduzieren. Jeder Zahn ist unter einer entsprechenden Öffnung 46 oder 48 ausgerichtet.

Infolge der Querschnittsform des Brennstoffverteilers 38 wird durch den Ansaugkanal 14 angesaugte Luft wirksam in zwei in Jig. 2 mit 52 und 54 bezeichnete geformte Ströme geteilt, xi ie se Ströme bewegen sich durch die Luftkanäle 56 und 58, die von der Außenfläche des Brennstoffverteilers 38 und den Innenflächen 60 und 62 des stromabwärts liegenden Abschnitts des Ansaugkanals 14 begrenzt sind. In das Innere des Brennstoffverteilers durch den Brennstoffeinlaßkanal eintretender flüssiger Brennstoff wird über den Verbindungskanal 44 dem unteren Brennstoffeinlaßkanal 42 und dann der Außenfläche des Brennstoff Verteilers 38 über die Öffnungen 46 und 48 zugeführt, irie konvergierenden Einlaß luft ströme 52 und 54 werden in den Kanälen 56 und 58 beschleunigt und haben eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit, wenn sie den flüssigen Brennstoff von der Außenfläche des Brennstoff Verteilers nahe den Auslaßenden der Öffnungen 46 und 48 abreißen und im Luftstrom einfangen, unmittelbar nach dem iinf engen sind die Richtung der flüssigkeits- und der Luftströmung parallel. Danach wird der eingefangene Brennstoff stromabwärts in feinst verteilte Tröpfchen zerstäubt, wie dies vollständiger in CR-1 beschrieben ist.

unter den meisten Betriebsbedingungen wird der Brennstoff

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fast unmittelbar beim Austreten aus den Öffnungen 46 und 48 in den Luftströmen 52 und 54 eingefangen. Unter Bedingungen geringerer Luftströmungsgeschwindigkeit, wie dies während des Leerlaufs der Maschine stattfindet, mit der die Misch- und Steuervorrichtung 10 verbunden ist, e»iN»i%%T können die .brennst off ströme dazu neigen, an der Außenfläche des Brennstoffverteilers 38 zur unteren Kante bzw. den stromabwärtigen Seiten darunter zu laufen. Der Zweck der nach unten vorstehenden Zähne 50 dient der Verhütung, daß derartige Ströme am stromabwärtigen jünde des Brennst off Verteilers 38 zusammenfließen, wo sie große Tropfen bilden könnten, die nicht gleichmäßig im Luftstrom verteilt warden könnten, der durch den mittleren ütrömungskanal 20 strömt.

Fig. 5 zeigt eine wahlweise Ausführungsform des ürfindungsgegenstandes, bei der unterschiedliche Mittel zur einführung des flüssigen Brennstoffs in den Luftstrom vorgesehen sind. Der Brennstoffverteiler 38a ist mit mehreren ausgerichteten Öffnungen 64 versehen, die entlang der unteren Kante 66 des Brennstoffverteilers 38a münden. jün Zusammenfließen des Brennstoffs zwischen benachbarten Öffnungen 64 wird durch eine schraubenfeder 68 verhindert, die zwischen abwärts gerichteten Ljitfdzapfen 70 in Spannung gehalten ist. Die Feder 68 übt bei dieser Ausführungsform die gleiche funktion aus wi· die Zähne 50 bei der anderen Ausührungsform.

Es wird bevorzugt, daß der Brennstoff nahe, jedoch stromaufwärts von der einschnürung 32 in den Luftstrom eingeführt wird. Somit sollten die Zähne'50 bzw. die Feder 68 vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts von der iiinschürung 32 angeordnet sein.

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Es wird darauf hingewiesen, daß die Misch- und Steuervorrichtung 10 über extrem große Veränderungen sowohl der Brennstoff- als auch der Luftstromungsmengen arbeiten soll. Beispielsweise beträgt bei einer 5,6 1 Hubraummaschine die Brennstoffzufuhrmenge etwa nur 2,25 1 je Stunde, wenn die Maschine leerläuft, während der Verbrauch 90 1 je Stunde bei maximaler Beschleunigung beträgt. In ähnlicher Weise ist der Bereich der Luftströmungsmenge bei einer solchen Maschine extrem groß mit Mengen von etwa 0,4 mr je Minute beim Le erlauf und 8,5 bis 14,2 mr je Minute während der maximalen Beschleunigung. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Erzeugung einer gleichmäßig verteilten Mischung der Brennstofftropfchen in Luft zur Abgabe an den mittleren Stromungskanal 20 über dienen sehr weiten Bedingungsbereich gut geeignet. Dies ist wenigstens sum Teil der wirksamen !Feilung und Formung des Luftstroms in zwei geformte, konvergierende Ströme 52 und 54 zuzuschreiben. Ss wurde festgestellt, daß zur Erzielung dieses Zieles das Verhältnis des Gesamtdurchfloßquerschnitts im Kanal 14, der den Brennstoffverteiler umgibt (mit A1 in Fig. 2 bezeichnet) und der veränderliche Querschnitt der Einschnürung 32 (mit A2 bezeichnet) vorzugsweise unter einen bestimmten numerischen Bereich während im wesentlichen aller Betriebabereiche der belieferten Maschine fallen. Im allgemeinen liegt das erwünschte Verhältnis von A1 zu A2 zwischen etwa 4 und 12.

Ee wird darauf hingewiesen, daß viele Änderungen der zuvor beschriebenen Konstruktion vorgenommen werden können und offensichtlich auch viele stark unterschiedliche Ausführungsformen der Brfindung geschaffen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Alle aus den Zeichnungen und

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der Beschreibung hervorgehenden Merkmale sollen der Darstellung dienen und nicht im begrenzenden Sinne·

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zur Flüssigkeitsaustragung in Tröpfchenform, gekennzeichnet durch:

   a) einen Verteilerkörper (38538a), der eine Vielzahl von versetzt angeordneten Flüssigkeitsauslaßöffnungen (46,48564) aufweist}

   b) einen Einlaß (16), über den in das Innere (40,42) des Verteilerkörpers Flüssigkeit eingeführt wird, die aus den Öffnungen ausgetragen wird;

   c) einen Gaseinlaßkanal (14);

   d) eine den Verteilerkorper so abstützende Vorrichtung, daß die Offnungen von dem durch den Gaseinlaßkanal strömenden Gas bestrichen werden; und

   e) am Verteilerkörper vorgesehene Mittel (50;68), die

   ein Zusammenfließen der aus den Offnungen ausgetragenen Flüssigkeitsstrom· auf ein Minimum reduzieren.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsöffnungen (46,48) in zwei parallelen Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Zusammenfließen der Flüssigkeitsströme reduzierenden Mittel aus nach unten vorstehenden Zähnen (50) bestehen, von denen jeder mit einer Flüssigkeitsauslaßöffnung ausgerichtet ist.

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4. 4. Ansaugvorrichtung für Luft und flüssigen Brennstoff mit einem Lufteinlaßkanal, einer Einschnürungszone mit veränderlichem, rechteckigem Querschnitt, durch die ein Gemisch aus Luft und fein verteiltem flüssigen Brennstoff mit Schallgeschwindigkeit strömt, einer Brennstoffzuführleitung sowie einer Vorrichtung zur Brennstoffverteilung und Strömungsformung, die stromabwärts von der Einschnürung angeordnet ist, t durchs

   a) einen im Lufteinlaßkanal (56,58) angeordneten langestreckten Verteilerkörper (38), der sich parallel zur längeren Achse der rechteckigen Einschnürung (32) erstreckt und den Luftstrom in konvergierende Ströme (52,54) teilt!

   b) ein®B. IUaIaB- (16) „ über &®n Brennstoff in das Innere

   des V@rt@il©^ls©Eg)@ss (3S) «isgQfiihri* wird ι und

   c) Mittel (46,48), durch die - d®^ Br®mstoff an der Außenfläche des Verteiler&orpers von den konvergierendem Luftströmen mitgerissen wird.
5. 5. AAagame^vorrielitans für Luft und flüssigen Brennstoff mit eine» LufteinlaBkanal, einer Sinsehafinugssone mit veränderlichem, rechteckigem querschnitt, durch die ein Gemisch aus Luft und fein, verteiltem flüssigen Brennstoff mit Schallgeschwindigkeit Htröat, einer Brennstoffzuführleitung sowie einer Torrichtung zur Brennst off verteilung und Ströaomgafoxm&g, die stromaufwärts von der Sinschnürung angeordnet ist, gekennzeichnet durchs

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   a) einen in einer Zwisjchenstellung im LufteinlaSkanal (56,58) angeordneten langgestreckten Verteilerkörper (38ι38a), der sich parallel zur längeren Achse der rechteckigen Einschnürung (32) erstreckt und den Luftstrom in konvergierende Ströme (52,54) teilt]

   b) eine Reihe von im Verteilerkörper vorgesehenen, über dessen Länge verteiltem Öffnungen (46,48{64), die der Einschnürung zugekehrt sindι

   c) einen, innerhalb des Verteilerkörper β vorgesehenen,

   an die Brennstoffzufuhrleitung angeschlossenen Durchgang, der mit den Offnungen für den Durchlas des flüssigen Brennstoffs in Verbindung steht] und

   d) am Verteilerkörper vorgesehen* »ich in Sichtung des Luftstrome erstreckende Mittel (50ι68), die ein ZusammenflieSen der ans den öffaungtm ausgetretenen flüssigen Brennstoffstrom* auf ein Minlmm reduzieren.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5ι dadurch gekennzeichnet, daft der Verteilerkörper (38ι38a) im Querschnitt stromlinienförmig in form eines Wassertrepfens ausgebildet ist, dessen kleineres Ende in Strömungerichtung der Luft weist.
7. 7. Vorrichtung nach Anaprue 5» dadurch gekennzeichnet, daS das Verhältnis zwischen de» durch den LafteinlaSkanal (56,5t) und dem VerteilerkSrper (38]38a) begrenzten Durchgangsquerschnitt zu dem Durchgangsquerschnitt des Xinsohnürungaabschmitt (32) sich etwa zwischen 4 und etwa 12

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   über im wesentlichen den ganzen Betriebsbereich des mit der Vorrichtung gespeisten Motors verändert.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die am Verteilerkorper (38) vorgesehenen Mittel eine Seihe von mit Abstand angeordneten, sich nach unten erstreckenden Zähnen (50) sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die am Verteilerkörper (38a) vorgesehenen Mittel eine Schraubenfeder (68) aufweisen.

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