DE2454892A1

DE2454892A1 - Hochspannungs-kondensator-zuendeinrichtung

Info

Publication number: DE2454892A1
Application number: DE19742454892
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Ing Rittmannsberger; Helmut Roth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1976-05-26
Also published as: IT1048749B; ES442789A1; FR2292122A1; FR2292122B3; SE7513008L; GB1468325A; JPS5174136A; SE401391B

Description

Lr/Fu 15.10.7^

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH,. 7 Stuttgart 1 Hochspannungs-Kondensator-TZündeinrichtting

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Kondensator-Zündeinrichtung, deren Zündkondensator sowohl mit einem Ladestromkreis als auch mit einen Entladestromkreis verbunden ist, der in Reihe zu einem steuerbaren elektronischen Entladeschalter die Primärwicklung einer Hochspannungs-Zündspule enthält, deren Sekundärwicklung mit wenigstens einer Zündkerze verbindbar ist, mit einem an' die Steuerelektrode des Entladeschalters angeschlossenen, synchron zu den Kurbelwollenumdrehnungen der Brennkraftmaschine arbeitenden Signalgeber und ferner mit einem Gleichspannungswandler, dessen Sekundärstromkreis im Ladestromkries des Zundkondensators liegt und dessen an eine Niederspannungsquelle angeschlossener Primärstromkreis eine aus der Primärwicklung eines Steuertransformators sowie der Schaltststrecke eines steuerbaren elektronischen Begrenzungsschalters gebildete Serienschaltung enthält, wobei die Steuerstrecke des Begrenzungschalters in dem Stromkreis zu einer zu dem Steuertransformator gehörenden Rückkoppelungswicklung liegt, und schließlich mit wenigstens einem durch induktive Kopplung vom Primärstromkreis des Gleichspannungswandlers beinflußbaren Hilfsstromkreis, der mit wenigstens einem steuerbaren elektronischen Hilfsschalter zur Umsteuerung des an seiner Steuerstrecke mit der Rückkopplungswicklung verbundenen Begrenzungschalters in den

nichtleitenden Zustand dient.

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Eine Zündeinrichtung dieser Art ist aus der DT-PS 2 O63 931 bekannt. Sie arbeitet sehr zuverlässig und bringt den Vorteil mit sich, daß im Zündzeitpunkt gleichzeitig mit der Auslösung des Zündvorganges auch die Einleitung eines neuen Ladevorganges für den Zündkondensator erfolgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Zündeinrichtung in der Richtung weiterzuentwickeln, daß ein besonders kleiner Innenwiderstand erzielt werden'kann und daß im Anschluß an den im Zündzeitpunkt ausgelösten Hauptfunken weitere Folgefunken erzeugt werden können, die auch bei ungünstigen Bedingungen an der bzw. den Zündkerzen eine sichere Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Steuerschaltung für Folgefunken vorgesehen, welche einen monostabilen Multivibrator und einen astabilen Multivibrator enthält, von denen der monostabile Multivibrator im Zündzeitpunkt in seinen instabilen Kippzustand gebracht wird und dann für die Dauer dieses Kippzustandes den astabilen Multivibrator eingeschaltet hält, der bei jedem seiner selbsttätig aufeinander folgenden Kippvorgänge den Gleichspannungswandler zu einem Ladevorgang und anschließend den Entladeschalter zur Abgabe eines Folgezündfunkens stromleitend macht.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung in seinem Schaltbild dargestellten Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Kondensator-Zündeinrichtung.

Die Zündeinrichtung ist zum Betrieb einer nichtdargestellten, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine bestimmt und wird aus der Starter-Batterie eines Kraftfahrzeugs gespeist, zu dessen Antrieb die Brennkraftmaschine dient. Die Batterie 11 hat eine Spannung von 12,6 V und ist mit ihrem Minuspol an eine an Masse liegende Minusleitung verbunden. Sie kann über einen nicht dargestellten Zündschalter mit ihrem Pluspol an eine gemeinsame Plusleitung 13 angeschlossen v/erden. Zwischen der Minusleitung 12 und der Plusleitung ist eine zur Spannungsstabilisierung dienende Zenerdiode 14 und außerdem ein Entstörkondensator I5 vorgesehen, welcher etwaige Steuerwellen von der Plusleitung 13 ableiten soll.

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Mit der Kurbelwelle der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ist ein ebenfalls in der Zeichnung nicht vaedergegebener Anker eines pemanentmagnetischen Signalgebers gekuppelt, dessen Induktionspule in der Zeichnung bei 16 angedeutet ist. Diese liegt mit einem ihrer Wicklungsenden an der gemeinsamen Minusleitung 12, während ihr anderes Wicklungsende mit der Kathode einer Diode 17 verbunden ist, deren Anode an die Basis eines npn-Transistors 18, an die Kathode einer mit der Minus leitung 12 verbundenen Diode 19 und an einen Widerstand 20 angeschlossen ist. Dieser Widerstand liegt an einer Hilfsleitung 22, welche über einen Vorwiderstand 23 an die gemeinsame Plusleitung 13 angeschlossen ist und durch eine zweite Zenerdiode 24 auf einem stabilisiertem Potential von 6,9 V gehalten wird.

Der Transistor 18 ist an seinem Kollektor mit der Hilfsleitung 22 über einen Arbeitswiderstand 25 und außerdem über einen Kopplungswiderstand 26 mit der Basis eines zweiten npn-Transistors 28 verbunden. Dieser bildet zusammen mit dem Transistor 18 einen Schmitt-Trigger. Hierzu sind die beiden Emitter der Transistoren 18 und 28 an einen gemeinsamen Emitter-Vorwiderstand 29 angeschlossen, welcher zur Minusleitung 12 führt. Im Ruhezustand wird der Transistor 18 durch seinen über den Widerstand 20 fließenden Basisstrom- stromleitend gehalten und sperrt dabei den Transistor 28, dessen Basis über einen Widerstand 30 an die Minusleitung 12 angeschlossen ist. Vom Kollektor des Transistors zur Hilfsleitung 22 führen zwei in Reihe geschaltete Widerstände 31 und 32, zwischen denen ein Kondensator 33 abzweigt, der zur Basis eines pnp-Transistors 35 führt. Dieser ist mit seinem Emitter an die Hilfsleitung 22 angeschlossen. Parallel zu seiner Emitter-Basis-Strecke liegt ein Kondensator 36, eine Diode 37 und ein Widerstand 38.

An die Plusleitung 13 ist die Primärwicklung 4l eines Spannungswandler-Transformators ¹IO angeschlossen, welcher dazu dient, einen an die Sekundärwicklung 42 des Transformators 40 über eine Ladediode 43 angeschlossenen Zündkondensator 45 in der unten näher beschriebenen Weise mit einer Spannung von etwa 400 V zu laden.

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An die mit der Ladediode 43 verbundene Elektrode des Zündkondensators 45 ist ein Widerstand 46 und außerdem die Anode eines als Entladeschalter dienenden Thyristors 47 angeschlossen. An der zweiten Elektrode des Zündkondensators 45 liegt die Primärwicklung 46 einer Hochspannungszündspule 50, deren Sekundärwicklung 49 in bekannter Weise über einen nicht dargestellten Zündverteiler mit den einzelnen Zündkerzen 51 der Brennkraftmaschine nacheinander in Verbindung kommt. Parallel zur Primärwicklung 48 der Zündspule 50 liegt ein Begrenzungswiderstand 52 und eine Schutzdiode 53· Jeweils dann, wenn bei geladenem Zündkondensator 45 der Thyristor 47 stromleitend gemacht wird, induziert der über die Primärwicklung 48 fließende Entladestrom des Zündkondensators 45 in der Sekundärwicklung 49 eine hohe Zündspannung, die an der über den Verteiler an die Sekundärwicklung angeschlossenen Zündkerze 51 einen Funkenüberschlag zur Zündung des Brennstoff luftgemisches im zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt.

Um vor denen einzelnen, jeweils zu einem Zündfunken führenden Entladevorgängen den Zündkondensator 45 ausreichend auf hohe Spannung aufladen zu können, ist in der aus <3_er DT-PS 2 063 931 bekannten Weise eine Ladesteuerung 55 vorgesehen. Zu dieser gehört ein als Begrenzungsschalter 56 wirkender npn-Transistor, der an seiner Basis über eine Diode 57 und einen Widerstand 58 an den Kollektor des Tranistors 35 angeschlossen ist. In stromleitendem Zustand verbindet die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors die Primärwicklung 4l des Spannungswandlers 40 mit der Primärwicklung 59 eines Rückkoppelungstransformators 60. Parallel zu der einseitig mit dem Emitter des Transistors 56 verbundenen Sekundärwicklung 61 des Rückkoppelungstransformators 60 liegt die Anoden-Kathoden-Strecke eines Thyristors 62 und ein Spannungsteiler, welcher aus einem zwischen der Steuerelektrode 63 des Thyristors 62 und dessen Anode angeordneten Widerstand 64 und zwei in Reihe mit diesen geschalteten Widerständen 65 und 66 besteht. Parallel zu den letztgenannten beiden Widerständen liegt ein Kondensator 67 und eine Diode 68, während von der Anode des Thyristors 62 zur Basis des Transistors 56 eine in dieser Richtung durchlässige Diode 69 vorgesehen ist. Parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Transistors 56 ist ein Widerstand 70 und ein Kondensator 71 angeordnet. Von der Basis des Transistors 56 zu dem mit der Plusleitung 13 verbundenen Wicklungsende der Primärwicklung 4l des Spannungswandlers 40 führt eine in dieser Richtung durchlässige Diode

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Zur Ansteuerung des als Entladeschalter dienenden Thyistors 47 führt

vom Kollektor des Transistors 35 eine Diode 74' und ein zu dieser in Reihe liegender Widerstand zur Minusleitung 12. Vom Widerstand 75 zweigt ein Differenzierkondensator 76 ab, welcher über einen Widerstand 77 zu der nicht näher bezeichneten Steuerelektrode des Thyristors 47 und zu einem Störschutzkondensator 78, welcher zusammen mit einem den Entlädezustand des Störschutzkondensators sicherstellenden Widerstand 79 paallel zur Steuerstrecke des Thyristors 47 gelegt ist, führt.

Wenn bei laufender Brennkraftmaschine die in der Induktionsspule 16 des Signalgebers induzierte Spannung von positiven Werten gegen negative Werte durch Null geht, wird in diesem Augenblick der Transistor l8 gesperrt und der Transistor 28 stromleitend. Dies hat zur Folge, daß auch der Transistor 35 stromleitend wird, wobei der Kollektorstrom des des Transistors 35 am Widerstand 75 einen positiven Spannungssprung bewirkt, welcher den Thyristor stromleitend macht und die Entladung des Zündkondensators 45 in der obenbeschriebenen Weise einleitet.

Gleichzeitig wird auch der als Begrenzersehalter wirkende Transistor 56 stromleitend. Der gleiche positive Potentialsprung am Kollektor des Transistors 35 gelangt nämlich über die Diode 57 und. den Widerstand 58 an die Basis des Transistors 56· über die Primärwicklung 4ld9s Ladetransformators 40 sowie über die Primärwicklung 59 des Rückkopplungstransformators 60 setzt dann infolge der über die Sekundärwicklung 6l entstehenden Rückkopplung ein zunehmender Stromfluß ein.

Die dabei in der Sekundärwicklung 61 des Rückkopplungstransformators 60 induzierte, ebenfalls zunehmende Spannung verursacht über die Diode 69 an dem Widerstand einen Spannungsabfall, der nach dem Abklingen des Potentialsprunges die Schaltstrecke des Begrenzungsschalters 56 weiterhin in stromleitendem Zustand hält. Die in der Sekundärwicklung 6l induzierte Spannung liegt auch an der durch die Widerstände 64 und 65₃ 66 gebildeten Serienschaltung, so daß in Folge der Zunahme dieser Rüekkopplungsspannung der Spannungsabfall an dem Widerstand 64 schließlich einen Wert erreicht, bei welchem am Thyristor 62 der Schwellwert seiner Steuerstrecke überschritten und demzufolge der Thyristor 62 stromleitend wird. Dadurch wird die Sekundärwicklung 6l des Rückkopplungstransformators 60 kurzgeschlossen und die an der Steuerelektrode des Begrenzungsschalters

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liegende Spannung soweit herabgesetzt, daß. der Begrenzungsschalter 56 abrupt in seinen Sperrzustand übergeht. Hierdurch wird gleichzeitig der Strom in der Primärwicklung 4l des Spannungswandler-Transformators 40 unterbrochen, wodurch in der zum Spannungswandler gehörenden Sekundärwicklung 42 ein Ladespannungsstoß, induziert wird, der den Zündkondensator 45 über die Ladediode für den nächsten Zündvorgang auflädt.

Die bisher beschriebene Zündschaltung ist bekannt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist sie durch eine Steuerschaltung 80 ergänzt, welche dazu dient j im Anschluß an einen auf die obenbeschriebene Weise erzeugten Hauptfunken nut sehr kurzem zeitlichen Abstand mehrere zusätzliche Funken, sogenannte Folgefunken, an ein und denselben Zylinder der Brennkraftmaschine zu erzeugen, uri auf diese Weise sehr· magere, schwer entflammbare Kraftstoff-Luft-Gemische zu zünden.

Bn einzelnen enthält die Steuerschaltung 80 einen monostabilien Multivibrator MV, der aus einem Transistor Tr 10 und einem mit seiner Basis an dessen Kollektor über einen Kondensator 8l angeschlossenen Transistor Tr 11 sowie einem vom Kollektor des Transistors Tr 11 zur Basis des Transistors Tr 10 führenden Rückkopplungsv/iderstand 82 besteht, und einen astabilen Multivibrator AV mit zv/ei über Kondensatoren 83 und 84 kreuzweise rückgekoppelten Transistoren Tr und Tr 8.

In dem für den. Hauptfunken maßgeblichen Zündzeitpunkt wird in der oben beschriebenen Weise nicht nur der Transistor 28, sondern auch der Transistor Tr leitend und bringt dabei den monostabilen Multivibrator W in seinen instabilen Kippzustand, welcher durch die Größe des Kondensators 8l festgelegt ist und solange anhält, bis der Transistor Tr 10 am Ende dieser monostabilen Kippzeit in seinen ursprünglichen, gesperrten Zustand zurückkehrt. Während dieser monostabilen Kippzeit ist der an den Transistor Tr 11 mit seiner Basis angeschlossene Transistor Tr 12 sowie der zu diesem komplementäre Transistor Tr 13 leitend. In dieser Zeit wird das Potential an der Steuerelektrode am Thyristor 62 über den Transistor Tr 13, einen Widerstand 85 sowie eine Zenerdiode ZD positiv vorgespannt. Durch diese Vorspannung ist es möglich, den im Spannungsv/andler-Transformator 40 fließenden Primärstroin zu regulieren und dabei zu erreichen, daß der als Begrenzungsschalter 56 dienende Transistor bei einem einstellbaren bzw. kleineren Wandlerstrom in seinen Sperrzustand zurückkehrt.

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Während der monostabilen Kippdauer des Multivibrators IW schwingt der stabile Multivibrator AV mit einer Frequenz, welche durch die Kapazitäten der beiden Koppelkondensatoren 83 und 84 festgelegt ist. Bei jeder Schwingung wird der Transistor 35 durch einen mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors Tr 7 angeschlossenen Schalttransistor Tr 5 stromleitend gemacht und bewirkt dann, daß ebenso wie bei den durch die Induktionsspule 26 ausgelösten Hauptfunken mehrere Lade- und Entladevorgänge stattfinden können, welche zu den vorher erwähnten Folgefunken führen. Sobald der monostabile Multivibrator wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt, bei welchem sein Ausgangstransistor Tr 11 stromleitend und die beiden Transistoren Tr 12 und Tr 13 gesperrt sind, gelangt ein zur Emitterkollektorstrecke des Transistors Tr 7 parallel geschalteter Transistor Tr 6 in seinen stromleitenden Zustand und schließt dabei den astabilien Multivibrator AV so kurz, daß dieser keine weiteren Schwingungen mehr ausführen kann. Von diesem Zeitpunkt ab ist auch deren Thyristor 62 nicht mehr positiv vorgespannt, so daß der als Begrenzungsschalter 56 wirksame Transistor bei einem solchen Stromwert in den Sperrzustand zurückkehrt, der notwendig ist für den nächsten Haupt funken, welcher von der Induktionsspule l6 ausgelöst wird.

Die oben beschriebene Steuerschaltung80 bietet die Möglichkeit, die monostabile Kippdauer des Multivibrators MV in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Spannung der Batterie 11 so zu verändern, daß je nach der Drehzahl oder Batteriespannung mehr oder weniger Folgefunken erzeugt werden. Weiterhin bietet sie die Möglichkeit, den in der Primärwicklung 4l des Spannungswandler-Transformators ¹JO fließenden Strom nur bis zu solchen Werten ansteigen zu lassen, die von der Drehzahl oder der Batteriespannung abhängig sind. In diesem Fall ist dann die Energie der Folgefunken oder auch die Energie des Hauptfunkens von diesen Größen abhängig. Auch die Folgefrequenz der Folgefunken kann in bekannter Weise durch Eingriffe im astabilen Multivibrator AV von den äußeren Betriebsbedingungen der Brennkaftmaschifte oder der Spannung der Batterie 11 abhängig gemacht werden.

In Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung sind mehrere der in der oben beschriebenen Weise ablaufenden Vorgänge in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Der

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oberste Kurvenzug zeigt den in der Primärwicklung -¹Il des Spannungswandler-Transfonnators ¹IO fließenden Wandlerstrom i. Mit ty ist derjenige Zeitpunkt angedeutet, in welchem der Haupt funke Pl ausgelöst wird, während mit t2 der Einsatz des ersten Folgefunkens F2, mit t3 der Einsatz des zweiten Folgefunkens F3 und mit t*l der Zeitpunkt des dritten Folgefunkens F4 angedeutet ist. Zu diesen Funken ist im untersten Kurvenzug die jeweilige Zündspannung u_ in Abhängigkeit von der Zeit wiedergegeben, während im zweitobersten Kurvenzug die Speicherspannung u am Zündkondensator *J5 wiedergegeben ist. Da der Wandlerstrorc i zwischen zwei Hauptfunken auf niedrigere Werte durch den Begrenzungstransistor 56 begrenzt wird, kann die Speicherspannung u ebenfalls nur wesentlich

kleinere Werte erreichen. Die-Ausgangsspannung U₁₁ am Ausgang des monostabilen Multivibrators MV ist 3D groß gewählt, daß der astabile Multivibrator AV jeweils vier Schwingungen ausführen kann, die mit dem vorletzten Kurvenzug U₇ angedeutet sind und am Kollektor des Transistors Tr 7 erscheinen.

Durch die oben geschilderten Möglichkeiten kann die Zündeinrichtung leicht an die jeweils vorherrschenden Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine angepaßt werden, wobei der Vorteil darin besteht, daß auch noch bei einem sehr mager eingestellten Kraftstoff-Luft-Gemisch mit den zusätzlich erzeugten Folgefunken F2, F3> F4 noch eine Entflammung erzielt werden kann.

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Claims

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Ansprüche:

[Iy Hochspannungskondensator-Zündeinrichtung, deren Zündkondensator sowohl mit einem Ladestromkreis als auch mit einem Entladestromkreis verbunden ist, der in Reihe zu einem steuerbaren elektronischen Entladeschalter die Primärwicklung einer Hochspannungs-Zündspule enthält, deren Sekundärwicklung mit wenigstens einer Zündkerze verbindbar ist, mit einem an die Steuerelektrode des Entladeschalters angeschlossenen, synchron zu den Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine arbeitenaen Signalgeber und ferner mit einem Gleichspannungswandler,dessen SekundärStromkreis im Ladestromkreis des Zündkondensators liegt und dessen an eine Niederspannungsquelle angeschlossener Primärstromkreis eine aus der Primärwicklung eines Steuertransformators sowie der Schaltsfcrecke eines steuerbaren elektronischen Begrenzungsschalters gebildete Serienschaltung enthält, wobei die Steuerstrecke des Begrenzungsschalters in dem Stromkreis einer zu dem Steuertransformator gehörenden Rückkopplungswicklung liegt, und schließlich mit wenigstens einem durch' induktive Kopplung vom Primärstromkreis des Gleichspannungswand]e r beeinflußbaren Hilfsstromkreis, der mit wenigstens einem steuerbaren elektronischen Hilfsschalter zur Umsteuerung des an seiner Steuerstrecke mit der Rückkopplungswicklung verbundenen Begrenzungsschalters in den nichtleitenden Zustand dient, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (80) für Polgefunken vorgesehen ist, welche einen monostabilien Multivibrator (M) und einen astabilen Multivibrator (AV ) enthält, von denen der monostabile Multivibrator im Zündzeitpunkt in seinen instabilen Kippzustand gebracht wird und für die Dauer dieses Kippsustandes den astabilen Multivibrator eingeschaltet hält, der bei jedem seiner selbsttätig aufeinanderfolgenden Kippvorgänge den Gleichspannungswandler (J)O ) zu einem Ladevorgang und anschließend den Entladeschalter zur Abgabe eines Folgefunkens stromleitend macht.

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BAD ORIGINAL.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des astabil/en Multivibrators ein Transistor (35) angeschlossen ist, welcher sowohl den Begrenzungsschalter (56) als auch den Entlade-Thyristor (47) steuert.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des astabilen Multivibrators (AV) ein Schalttransistor (Tr 6) angeschlossen ist, welcher vom monostabilen Multivibrator (MV) gesteuert wird.
H. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3$ dadueh gekennzeichnet, daß an den Ausgang abs monostabilen Multivibrators (MV) ein Transistor (Tr 13) angeschlossen ist, an dessen Kollektor über einen Widerstand (85) und vorzugsweise über eine Zenerdiode ( D) die Steuerelektrode des zur Sekundärwicklung (61) des Rückkopplungstransformators (60) parallel geschalteten Thyristors (62) angeschlossen ist.
5. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippzeit des monostabilen Multivibrators (MV) und/oder die Frequenz des astabilen Multivibrators (AV) in Abhängigkeit von Betriebsparametern, vorzugsweise von der Drehzahl und/oder der Spannung der Batterie (11), regelbar ist.

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Lee r s e i t e