DE2502184A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer kaelteanlage in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern einer kaelteanlage in einem kraftfahrzeug

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DE2502184A1 DE19752502184 DE2502184A DE2502184A1 DE 2502184 A1 DE2502184 A1 DE 2502184A1 DE 19752502184 DE19752502184 DE 19752502184 DE 2502184 A DE2502184 A DE 2502184A DE 2502184 A1 DE2502184 A1 DE 2502184A1
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Description

R. Γ δ 22
16. 12. 197!f Vo/Do
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsinusterhilf sänne] dung
Robert Bosch GmbH , T Stuttgart t
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Kälteleistung einer Kälteanlaf.e
in einen Kraft fahr zeur:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kälteleistung einer Kälteanlage für ein insbesondere von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelverdichter, der vom Fahrzeugmotor angetrieben ist, wobei die Kälteanlage bei geringen bis zu mittleren Drehzahlen des Fahrzeugmotors (Leerlauf bzw. Stadtfahrt) eine normale, hinreichende Kälteleistung erbringt.
Eine solche z.B. zur Klimatisierung des Fahrgastraumes eines Kraftfährzeuges eingesetzte Kälteanlage hat den Nachteil, daß sie bei hohen Drehzahlen des Fahrzeugmotors - etwa bei schneller Autobahnfährt - eine zu große Kühlleistung erbringt. Als Folge davon vergrößert sich das Druckverhältnis am Kältemittelverdichter5 was zu einer Verschlechterung der spezifischen Leistung führt.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Kühlleistung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch das die Kälteleistung der Kühlanlage den verschiedenen Betriebszuständen des Fahrzeugmotors angepaßt werden kann.
Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, da,ß bei hohen Drehzahlen die Kälteleistung durch Verminderung des Fördervolumens pro Umdrehung des Kältemittelverdichters verringert wird. Das hat den Vorteil, daß das Druckverhältnis am Kompressor herabgesetzt wird, wodurch einerVerschlechterung der spezifischen Leistung desselben entgegengewirkt wird. Da die Herabsetzung des Fördervolumens pro Umdrehung nahezu verlustlos durchgeführt wird, verringert sich gleichzeitig die für den Kältemittelverdichter notwendige Antriebsleistung. Mit einem Kältemittelverdichter mit einem in einer Gehäuseausnehmung drehbar angeordneten Rotor, in dem in etwa radialen Schlitzen Flügel geführt sind, die einen zwischen der zylindrischen Innenwand der Gehäuseausnehmung und der Mantelfläche des Rotors gebildeten, sichelähnlichen Arbeitsraum in einzelne Zellen aufteilen, wobei Mittel angeordnet sind, durch die die Flügel in ihrer eingeschobenen Stellung im Schlitz arretierbar sind, läßt sich das Verfahren besonders vorteilhaft durchführen, wenn mindestens ein Flügel nicht arretierbar ist. Bei einem Kältemittelverdichter mit η Asymmetrisch angeordneten Arbeitsräumen und zum Gas-Kraft-Ausgleich in Gruppen von jeweils η ebenfalls punktsymmetrisch angeordneten Flügeln hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, daß jeweils Flügel einer ganzen Gruppe arretierbar bzw. nicht arretierbar sind. ■
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in Fig. 1 eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute, zur Klimatisierung des Fahrgasträumes verwendete Kälteanlage,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den in der Kälteanlage gemäß Fig. 1 verwendeten Kältemittelverdichter,
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ORIGINAL INSPECTED^
Fig, 3 einen Längsschnitt durch den Kältemittelverdichter längs III-III der Fig.2, Fig. 4 und 5 zwei schematisehe Darstellungen eines Flügelzellenverdichters.
Die in Fig. 1 daxgestellte Kälteanlage "bildet für das darin enthaltene Kältemittel einen Kreislauf. In diesem ist ein Kältemittelverdichter 1 angeordnet, dessen Ausgangsseite mit einem Kondensator 2 verbunden ist. Der Ausgang des Kondensators 2 wiederum ist über ein Expansionsventil 3 mit einem Verdampfer h verbunden. Am Ausgang des Verdampfers k ist ein Temperaturfühler 5 angeordnet, welcher das Expansionsventil 3 steuert.
Der KältemittelverdicÜsr 1 wird über eine Antriebswelle β von dem nicht näher dargestellten Fahrzeugmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben, über eine mit einem Elektromagneten T versehene Steuereinrichtung läßt sich das pro Umdrehung vom Kältemittelverdichter 1 durchgesetzte Fördervolumen im Betrieb desselben verstellen. Der Elektromagnet T wird vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs - beispielsweise eine Batterie 8 - betätigt und über ein im Stromkreis des Elektromagneten angeordnetes Drehiahlrelais 9 gesteuert. Außerdem kann der Elektromagnet T auch über eine am Ausgang des Kondensators 2 in der Kälteanlage angeordneten Druckschalter 1o, der den Kondensationsdruck mißt, betätigt werden.
Das an sich bekannte Drehzahlrelais 9 enthält einen Frequenz-Spannungswandler 11 mit einem Steuereingang 12 über den ein von der nicht näher dargestellten Unterbrecher der Zündanlage des Kraftfahrzeugmotors abgenommenes, also drehzahlabhängiges Steuersignal eingeführt wird. Der Frequenz-Spannungswandler 11 steuert wiederum einen Schwellwertschalter 13> der wiederum einen in der Stromzuführungsleitung für den Elektromagneten 7 angeordneten elektromagnetisch betätigten Schalter 1U steuert.
Die Funktion der Kälteanlage ist folgendermaßen: Der über die Antriebswelle 6 angetriebene Kältemittelverdichter 1 saugt Kaltdampf an, verdichtet und erwärmt ihn dadurch. Das erwärmte Kältemittel wird im Kondensator 2 gekühlt und dadurch verflüssigt. Das nunmehr verflüssigte Kältemittel strömt dem Expansionsventil h zu, wo es vom Kondensator- auf den Verdampferdruck entspannt wird. Mit dem geringen Druck tritt es in den Ver-
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ORiGSNAL INSPECTED
dämpfer h ein und verdampft hier, indem es seiner Umgebung Wärme entzieht. Diese Wärmeaufnahme bei der Verdampfung stellt die Kälteleistung der Kälteanlage dar. Aus dem Verdampfer wird das Kältemittel wiederum vom Kältemittelverdichter 1 abgesaugt.
Die Kälteanlage ist dabei so ausgelegt, daß sie bei geringen bis zu mittleren Drehzahlen des den Kältemittelverdichter 1 über die Welle 6 antreibenden Fahrzeugmotors eine normale, für die Klimatisierung des Fahrzeugraumes des Kraftfahrzeugs hinreichende Kälteleistung erbringt. Die geringen bis mittleren Drehzahlen des Fahrzeugmotors treten im Leerlauf desselben bzw. bei Stadtfahrt des Kraftfahrzeugs auf. Der Kältemittelverdichter 1 setzt hierbei das volle pro Umdrehung mögliche Fördervolumen an Kältemittel durch. Der Elektromagnet T ist hierbei über den sich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindlichen Schalter 1^ eingeschaltet.
Befindet sich das Kraftfahrzeug nun auf einer schnellen Überlandfährt, bei der der Fahrzeugmotcr mit hohen Drehzahlen läuft, so wird das pro Umdrehung vom Kältemittelverdicher 1 durchgesetzte Fördervolumen an Kältemittel herabgesetzt. Eine Verschlechterung der spezifischen Leistung der Kälteanlage infolge des bei hohen Drehzahlen vergrößerten Druckverhältnisses as Kältemittelverdichter 1 wird dadurch verhindert. Dazu steuert das vom Unterbrecher der Zündanlage des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors abgenommene Steuersignal, das über den Steuereingang 12 dem Frequenz-Spannungswandler 11 zugeführt wird, den Schwellwertschalter 13 derart, daß der Schalter 1U den die Batterie 8 und den Elektromagneten T enthaltenden Stromkreis unterbricht. Bei auf dem nunmehr ausgeschalteten Elektromagneten T wird das vom Kältemittelverdichter 1 pro Umdrehung durchgesetzte Fördervolumen auf etwa 60% des ursprünglichen Wertes herabgesetzt.
Natürlich kann der das pro Umdrehung durchgesetzte Fördervolumen des Kältemittelverdichters 1 beeinflussende Elektromagnet auch über den in der Kälteanlage herrschenden, vom Druckschalter 1o gemessenen Kondensationsdruck geschaltet werden. Es ist natürlich denkbar, daß - wenn das Fördervolumen des Kä3.temittelverdichters 1 nur drehzahlabhängig geschaltet werden
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soll - der Druckschalter 1o auch entfällt.
In den Fig. 2 und 3 ist ein in einer Kälteanlage gemäß Fig. 1 einsetzbarer Kältemittelverdichter dargestellt. Der als Flügelzellenmaschine ausgestaltete Kältemittelverdichter hat ein Gehäuse 2o mit einer zylindrischen Gehäuseausnehmung 21, deren axiale, seitliche Begrenzungswände von Stirndeckeln 22, 23 gebildet werden. Die zylindrische Innenvand der GehäuseausnehKung 21 hat eine Ellipse zur Leitkurve, sie bildet gleichzeitig die Eubkurve des Verdichters. In der Gehäuseausnehmung 21 ist ein umlaufender Rotor 2k angeordnet, dessen Durchmesser bis auf ein geringes Laufspiel der Länge der kleineren Achse der erwähnten Ellipse entspricht. Auf diese Weise werden zwischen der Mantelfläche des Rotors 2k und der zylindrischen Innenwand der Gehäuseausnehmung 21 zwei sichelähnliche Arbeitsräume gebildet.
In einer zentralen Bohrung des Stirndeckels 22 befindet sich ein Gleitlager 25, in dem eine Antriebswelle 26 des Rotors 2k drehbar gelagert ist.
Im Rotor 2k sind vier radial verlaufende Schlitze 27 angeordnet, in denen Flügel 28 dicht und gleitend geführt sind. Mit ihren Außenkanten liegen die Flügel 28 an der zylindrischen Innenfläche der Gehäuseausnehmung 21 an und teilen den Arbeitsraum so in einzelne Zellen auf. Jeder der beiden sichelähnlichen Arbeitsräume hat einen Saug- bzw. Niederdruckbereich und einen Kochdruckbereich. Der Saugbereich ist jeweils über einen Einlaß 29 mit einem Zulauf des Kältemittelverdichters verbunden. Der Eochdruckbereich eines jeden Arbeitsraums weist Auslässe 3o auf, die über Zungenventile 31 mit einem Druckkanal 32 verbunden sind. In dem mit dem Einlaß 29 verbundenen Zulauf mündet die vom Verdampfer k (Fig. 1) kommende Leitung; der Druckkanal 32 ist mit der zum Kondensator 2 führenden Leitung verbunden.
Der Rotor 2k hat einen koaxial angeordneten, kreiszylindrischen ausgebildeten Innenraum 33, der auf der der Welle 26 abgewandten Seite des Rotors 2k offen ist. Die Schlitze 27, in denen die Flügel 28 geführt sind, sind zum Innenraum 33 hin offen. Zwei ineinander diametral gegenüberliegenden Schlitzen 27 geführte Flügel 28' weisen an ihrer in den Schlitz eingetauchten,
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der Innenfläche der Gehauseausnehnung 21 abgewandten Stirnfläche einen Fortsatz 3^ auf, der sich in den Innenraum 33 hinein erstreckt. Jeder Fortsatz 3^ hat einen parallel zur Rotordrehachce verlaufenden zur offenen Seite des Innenraums 33 hin randoffenen Einschnitt 35> der bei vollkommen den den Schlitz 27 eingeschobenen Flügel 28' gerade innerhalb der zylindrischen Innenwandung des Innenraums 33 zu liegen kommt. Auf der zylindrischen Innenwandung des Innenraums 33 ist gleitend ein als Blechteil ausgebildeter Riegel 36 derart geführt, daß er in den Einschnitt 35 des Fortsatzes 3^ eingreifen kann. Jeder Riegel 3d weist einen Führungsschlitz 37 auf. in dem der Fortsatz 3^ "immer - auch wenn der Riegel 36 nicht in den Einschnitt 35 eingreift - geführt ist. Durch den in den Einschnitt 35 eingreifenden, sich am Rotor 2k abstützenden Riegel 36 wird der Flügel 28* in seiner in den Schlitz 27 eingeschobenen Stellung im Schlitz 27 arretiert.
Die zur Arretierung der Flügel 28' dienenden Riegel 36 sind an einer im Innenraum 33 angeordneten Halteplatte 38 befestigt. Die Halteplatte 38 ist über einen konzentrisch an der Welle 26 angeordneter Vierkant 39 drehfest mit dieser verbunden; sie kann sich aber in axialer Richtung gleitend auf den Vierkant 39 bewegen. Zentrisch ist an der Halteplatte eine sich ebenfalls über den Vierkant 39 erstreckende Führungshülse ko angeordnet. An einer ein der Bohrung der Hülse gebildeten Schulter UT stützt sich eine Feder U2 ab, die mit ihrem anderen Ende gegen eine mit dem Vierkant 39 verschraubte Scheibe 1+3 anliegt. Die Feder \2. hält die Führungshülse Ho mit der die Riegel 36 tragenden Halteplatte 38 in eine Stellung, in der die Riegel 36 - wie oben beschrieben - die Flügel 28* in den Schlitzen 27 arretieren.
Konzentrisch ist an dem Stirndeckel 23 des Flügelzellenverdichters ein eine Spule hk aufweisender Elektromagnet hl angeordnet. Die Spule hk erstreckt sich dabei bis in den Innenraum 33 des Rotors 2U. Die Halteplatte 38 bildet zusammen mit der zentrisch daran angeordneten, in die Spule hk des Elektromagneten hl eintauchenden Führungshülse Ho den Anker des Elektromagneten Uo. Wird die Spule des Elektromagneten hf von Strom durchflossen, so wird die Halteplatte 38 gegen die Kraft der Feder U2 zum Elektromagneten H7 hin gezogen, wobei die Riegel 36 aus den Einschnitten 35 cLer Fortsätze 3*+ hera.usbewegt werden: Die Flügel 28' sind nicht mehr arretiert und können
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sich frei in den Schlitzen 27 "bewegen.
Die Funktion des Flügelzellenverdichters ist folgendermaßen: Bei Drehung des Botors 2h "bewegen sich - wenn derElektromagnet hl von Strom durchflossen ist- die Flügel 28, 28' entlang der zylindrischen Innenfläche der Gehäuseausnehmung 21 des Verdichters. Dabei erweitern sich die zwischen jeweils zwei Flügeln abgegrenzten Zellen und saugen des zu verdichtende Kältemittel über den Einlaß 29 nach. Beim weiteren Umlauf verkleinern sich die Zellen wieder, so daß das verdichtete Medium über die auf dem Auslaß 3o angeordneten Zungenventile 31 wieder ausgeschoben wird.
Durch die gewählt zweiflutige Bauart des Verdichters - d.h. der Verdichter hat zwei punktsymmetrisch zueinander angeordnete Arbeitsräume - und durch die ebenfalls in Gruppei. von jeweils zwei wiederum punktsymmetrisch zueinander im Rotor angeordneten Flügeln 28, 28' ist der Rotor 2k völlig von Gaskräften entlastet. Die einseitige Lagerung des Rotors 2h ist dadurch · wesentlich erleichtert vorden.
Wird nun die Stromzufuhr zum Elektromagneten Ij? unterbrochen, so schiebt die Feder U2 die Halteplatte 38 vom Elektromagneten U? weg, so daß die Riegel 36, wenn die Flügel 28' zwischen Auslaß 3o und Einlaß 29 ganz in die zugeordneten Schlitze 27 eingeschoben sind - in die Einschnitte 25 der Fortsätze 3*J eingreifen und die Flügel 28' in dieser Stellung arretieren.
Das vom Kältemittelverdichter pro Umdrehung durchgesetzte Fördervolumen ergibt sich aus den maximalen Volumen einer Zelle multipliziert mit der Anzahl der Zellen und multipliziert mit der Anzahl der Hübe, die ein Flügel 28, 28' pro Drehung des Rotors 2h ausführt. Das Zellenvolumen ist das - in. Drehrichtung gesehen - vor einem Flügel 28 zwischen der Innenwandung der Gehäuseausnehmung 21 und der Außenfläche des Rotors 2U eingeschlossene, gerade vom Einlaß 29 abgetrennte Volumen. Bei eingeschaltetem Elektromagneten 1j7 (Fig. h) ist die vordere Begrenzung des Zellenvolümens der vorangehende Flügel 28' , bei ausgeschaltetem Elektromagneten Vf (Fig. 5)'
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ist die vordere Begrenzung die engste Stelle i*5 zwischen Innenwand der Gehäuseausnehmung 21 und Außenfläche des Rotors 2*K Wie aus dem Vergleich der Fig. k und 5 leicht zu ersehen ist, wird das Zellenvolumen
bei im Schlitz 2h arretierten Flügeln 28' nur unwesentlich größer, die Anzahl der Zellen aber halbiert. Die Hubzahl bleibt gleich. Somit ergibt sich, daß bei arretierten Flügeln 28' das pro Umdrehung durchgesetzte
Fördervolumen wesentlich verringert wird. Bei einem für das eingangs beschriebene Verfahren verwendeten Kältemittelverdichter wird durch diese Maßnahme das pro Umdrehung durchgesetzte Fördervolumen auf 60% des ursprünglichen Wertes abgegrenzt.
Natürlich läßt sich das pro Umdrehung durchgesetzte Fördervolumen auch bei Flügelzellenkompressoren mit mehr als zwei Arbeitsräumen anwenden. Soll der beschriebene Gaskraftausgleich erhalten bleiben, so ist nur
wichtig, daß jeweils bei η punktsymmetrisch angeordneten Arbeitsräumen und bei in Gruppen von jeweils η punktsymmetrisch angeordneten Flügeln jeweils die Flügel einer ganzen Gruppe arretierbar bzw. nicht arretierbar sind. Bei zumindest teilweisem Verzicht auf den Gaskraftausgleich
kann natürlich von dieser Regel auch abgewichen werden.
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Claims (1)

  1. Anspruch
    1. Verfahren zum Steuern der Kälteleistung einer Kälteanlage für ein insbesondere von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelverdichter, der vom Fahrzeugmotor angetrieben ist, wobei die Kälteanlage bei geringen bis zu mittleren Drehzahlen des Fahrzeugmotors (Leerlauf- bzw. Stadtfahrt) eine normale, hinreichende Kälteleistung erbringt, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Drehzahlen die Kälteleistung durch Verminderung des P'ördervolumens pro Umdrehung des Kältemittelverdichters (1) verringert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördervolumen pro Umdrehung auf etwa 60% des ursprünglichen Wertes herabgesetzt wird.
    3. Kältemittelverdichter mit einem in einer Gehäuseausnehmung drehbar angeordneten Rotor, in dem in etwa radialen Schlitzen Flügel geführt sind, die einen zwischen der zylindrischen Innenwand der Gehäuseausnehmung und der Mantelfläche des Rotors gebildeten, sichelähnlichen Arbeitsraum in einzelne Zellen aufteilen, wobei Mittel angeordnet sind, durch die Flügel in ihrer eingeschobenen Stellung im Schlitz arretierbar sind, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Flügel 28' nicht arretierbar ist.
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    h. Kaltämittelverdichter mit η punktsymmetrisch angeordneten Arbeitsräumen und zum Gaskraftausgleich in Gruppen von jeweils η ebenfalls punktsymmetrisch angeordneten Flügeln nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Flügel (28, 28') einer ganzen Gruppe arretierbar bzw. nicht arretierbar sind.
    5· Kältemittelverdichter mit zwei Arbeitsräumen und vier Flügeln nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flügel (28') arretierbar sind.
    6. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß jeder arretierbare Flügel 28' an seiner in den Schlitz eingetauchten, der Innenfläche der Gehäuseausnehmung (21) abgewandten Stirnfläche einen Fortsatz (3M mit einem parallel zur Rotordrehachse verlaufendem Einschnitt (35) aufweist, in den ein in Richtung der Rotorachse verschiebbarer, sich insbesondere im Rotor (2U) abstützender Eie- . gel (36) eingreift.
    7. Kältemittelverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Riegel (36) federnd in seiner die Flügel (28') arretierenden Stellung gehalten ist.
    8. Kältemittelverdichter nach den Ansprüchen 7 und k, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegel (36) für die arretierbaren Flügel (28*) mindestens einer Gruppe an einer Halteplatte (38) angeordnet sind.
    9. Kältemittelverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (38) von einem Elektromagneten (1+7) in ihrer die Flügel (28*)
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    - 11 - --2S 2
    entriegelnden Stellung haltbar ist.
    1o.Kältemittelverdichter nach Anspruch 95 dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (38) zusammen mit einer zentrisch daran angeordneten, in die Spule (UU) des Elektromagneten (Ut) eintauchenden Führungshülse (Uo) als Anker des Elektromagneten (UT) ausgebildet ist.
    11.Kältemittelverdichter nach Anspruch To, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (38) drehfest, insbesondere über einen Vierkant (39) mit dem Rotor (2U) verbunden ist.
    ^.Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch ge^ kennzeichnet, daß der Elektromagnet (UT) über einen drehzahlabhängigen Schalter (9) betätigt wird.
    13.Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet,, daß der Elektromagnet (UT) über einen vom Kondensationsdruck abhängigen Schalter (io) betätigt wird.
    1U.Kältemittelverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dein drehzahlabhängigen Schalter (9) als Steuersignal (12) die Unterbrecherfrequenz der Zündanlage des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zugeführt wird.
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