DE2505779A1

DE2505779A1 - Regeleinrichtung fuer verstellbare pumpen

Info

Publication number: DE2505779A1
Application number: DE19752505779
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch; Emil Knodel; Gerhard Dipl Ing Nonnenmacher; Walter Robeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-02-12
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1976-08-26
Also published as: CH599486A5; FR2300914A1; DE2505779C2; FR2300914B1; US4074955A

Description

31. Januar 1975

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GlViBH, STUTTGART

Regeleinrichtung für verstellbare Pumpen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum- Regeln wenigstens einer verstellbaren Pumpe, die von einer Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, angetrieben ist, welche auch eine gegen eine Drossel fördernde Meßpumpe antreibt, deren dem Quadrat der Antriebsmaschinendrehzahl proportionale Druck auf ein entgegen der I^paft einer Reglerfeder verschiebbares Steuerventil einwirkt, welches Verstellmittel für das (die) Stellglied(er) der Pumpe(n) steuert.

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Bei derartigen, "bekannten Einrichtungen sind der Drosselquerschnitt und die Vorspannung der Reglerfeder am Steuerventil so aufeinander abgestimmt, daß sich beim Unterschreiten der Nenndrehzahl der Antriebsmaschine um einen bestimmten Betrag das Steuerventil so weit verschiebt, daß die Pumpe(n) zurückgestellt wird (werden)« Dabei kann es ges.chehen, daß ,die Antriebsmaschine teils überlastet odernicht in optimalem Betriebshereich betrieben werden kann.

Ss ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der- es möglich ist, das Überschreiten des maximalen Drehmoments der Antriebsmaschine durch dosierte Rücknahme des Pumpenfördervolumens zu verhindern.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Drossel als federbelastetes, verstellbares Element mit annähernder .Gieichdruckcharakteristik ausgebildet ist und bei Erreichen eines vorgegebenen Lastzustandes der Antriebsmaschine in seiner Lage blokkiert wird uiid dann als Drossel mit konstantem Querschnitt v/irkt.

Auf diese Y/eise' ist es möglich, den tatsächlichen Belastungszustand der Antriebsmaschine zu erfassen und dessen angebotene Leistung voll auszunützen, aber nicht zu überschreiten. Besonders vorteilhaft ist es, daß dies gemäß der Erfindung auch für variable Arbeitsdrehzahlen der Antriebsmaschine möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in:

Pig. 1 eine Regeleinrichtung für zwei verstellbare Pumpen in schematischer Darstellung;

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!ig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel in abgewandelter Form; Fig. 3 einen Schnitt durch ein Steuerventil} Fig. 4 ein Diagramm.

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist mit 10 ein Dieselmotor bezeichnet, welcher mit der Drehzahl η zwei verstellbare Pumpen 11, 12 und eine Meßpumpe 13 antreibt. Die Pumpe 11 saugt Druckmittel über eine Leitung 14 aus einem Behälter 15 an und fördert es über eine Leitung 16 in einen ersten Verbraucherkreis 17. Die Pumpe 12 saugt Druckmittel über eine Leitung 18 ebenfalls aus dem Behälter 15 an und fördert es über eine Leitung 19 in einen zweiten Verbraucherkreis 20.

Die Pumpe 11 besitzt ein Stellglied 21, mit dessen Hilfe ihre Fördermenge veränderbar ist. Ein ebensolches Stellglied 22 besitzt die Pumpe 12, welches über ein Gestänge 23 mechanisch mit dem Stellglied 21 der Pumpe 11 gekoppelt ist. Das Stellglied 21 wird mit Hilfe eines Kraftverstärkers 24 eingestellt,. welcher zwei dr.uckbeaufschlagte Kolben 25, 26 besitzt. Der flächenkleinere Kolben 25 ist über eine Leitung 2? und eine Leitung 28 an den ersten Verbraucherkreis 17 angeschlossen. Beim Verstellen des Stellgliedes 21 wird infolge der Kopplung 23. das Stellglied 22 der Pumpe 12 in gleicher Weise verstellt.

Die Leitung 28' führt zu einem Steuerventil 30, welches zwei Schaltstellungen I und II einzunehmen vermag. Vom Steuerventil 30 führen eine Leitung 31 zum flächengrößeren Kolben 26 des Kraftverstärkers 24 und eine Leitung 32 zum Behälter 15. ·

Auf das Steuerventil 30 wirkt von der einen Seite her eine Reglerfeder 30' ein, von der anderen Seite her dieser entgegen der von der Förderpumpe. 13 erzeugte Druck, der über

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Leitungen 33, 34 an das Steuerventil geführt wird; die Leitung 33 führt weiter su einem Drosselventil 35.

Das Drosselventil 35 besitzt einen in einer Bohrung 36 dicht
gleitend angeordneten Schieber 37 mit einer an seiner der
Meßpumpe 13 zugewandten Stirnseite ausgebildeten Drosselkerbe 38, welche mit einer lii der Bohrung 35' ausgebildeten
Ringnut 39 zusammenwirkt. Der Steuerschieber 37 ist entgegen
der Kraft einer Feder 40 bev/egbar. Von der Ringnut 39 führt
eine Leitung 41 zum Behälter 15. Quer zur Längsachse des Steuerschiebers 37 ist ein Verriegelungskörper 42 angeordnet, welcher den Steuerschieber 37 in einer bestimmten Lage festzuklemmen vermag. Der Verriegelungskörper 42 ist in vorliegendem Fall als Magnetanker ausgebildet, welcher mit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule 43 betätigbar ist, die von einer Batterie HH gespeist wird. Wird ein im Stromkreis 45 angeordneter Schalter 46 geschlossen, so wird die Spule 43 erregt, und der Verriegelungskörper 42 klemmt den Steuerschieber 37 in der gerade eingenommenen Position fest. Der Schalter 46 wird über ein Hebelgestänge 47 von der Regelstange 48 des Einspritzreglers 49 des
Dieselmotors 10 betätigt.

Werden die Pumpen 11, 12 vom Dieselmotor angetrieben, so saugen sie Druckmittel aus dem Behälter 15 an und fördern es in die

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ihnen zugeordneten Verbraucherkreise. Der Druck im Verbraucherkreis wirkt über die Leitungen 28, 27 auf den flächenkleineren " Kolben 25 und, wenn sich das Steuerventil 30 in seiner Schaltstellung I befindet, über die Leitung 31 auf den flächengrößeren Kolben 26. Da die beiden Drücke gleich groß sind, überwiegt die Kraft des größeren Kolbens 26, und die Pumpen werden auf größere Fördermengen eingestellt.

Die Meßpumpe 13 fördert gegen das Drosselventil 35. Dieses
weist anfänglich eine annähernde Gleichdruckcharakteristik auf,

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d. h. der dort angedrosselte Druck bleibt über einen "bestimmten Drehzahlbereich etwa konstant. Dieser Druck wirkt über die Leitung 34 auf das Steuerventil 30, das sich in seiner .Schaltstellung I befindet. Die Pumpen fördern voll.

Bei größer werdender Belastung des Dieselmotors infolge größerer Belastung der Pumpen bewegt sich die Regelstange 48 in Richtung Vollast. Hat sie beinahe die Vollaststellung erreicht, so wird der Schalter 46 durch das Gestänge 47 geschlossen, worauf der Verriegelungskörper 42 den Steuerschieber 37 in seiner gerade eingenommenen Position festhält. Das Drosselventil wirkt nun als Drosselventil mit festem Durchflußq^uerschnitt.

Fällt nun die Drehzahl des Dieselmotors bei weiterer Belastung um einen bestimmten Betrag unter die Nenndrehzahl, so wird der Druck vor der Drossel geringer, damit auch in der Leitung 34, und die Feder 30' bringt das Steuerventil 30 in seine Schaltstellung II. Darauf kann Druckmittel vom Kolben 26 über die Leitung 31 zum Behälter 15 abströmen. Da am Kolben 25 nach wie vor der Förderdruck herrscht, werden nun die Pumpen 11 und 12 auf kleinere Fördermenge eingestellt. Die Regelstange hat bei fallender Drehzahl des Dieselmotors den Schalter 46 wieder geöffnet, worauf der Verriegelungskörper den Steuerschieber 37 freigibt. Durch das Zurückstellen der Pumpen und der dadurch hervorgerufenen Entlastung des Dieselmotors steigt dessen Drehzahl wieder an, worauf auch das Steuerventil 30 wieder in seine Schaltstellung I gelangt, so daß die Druckmittelverbindung zum Kolben 26 wieder hergestellt ist. Bei Erreichen oder- beinahe Erreichen der Vollaststellung wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.

Daraus ist zu erkennen, daß die Regeleinrichtung dafür sorgt, den Dieselmotor in dem Drehzahlbereich zu betreiben, wo- er am wirtschaftlichsten arbeitet und seine Leistung voll ausgenützt werden kann. Als Drosselventil eignet sich ein Druckbegrenzungsventil mit Steuerschieber, das auf einen Druck eingestellt wird,

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der knapp oberhalb des Wertes liegt, bei dem das Steuerventil 30 umschaltet. Anstelle der elektromagnetischen Verriegelung des Steuerschiebers kann auch eine manuelle oder eine druckbeaufschlagte treten.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich gegenüber dem vorherigen im wesentlichen dadurch, daß hier die Stellglieder der Pumpen nicht miteinander gekoppelt sind. Die beiden verstellbaren Pumpen sind mit 50, 51 bezeichnet, ihre Stellglieder für die Änderung der Fördermenge mit 52 und 53. Die Pumpe 50 fördert über eine Leitung 54 in einen ersten Förderkreis, die Pumpe 51 über eine Leitung 55 in einen zweiten Förderkreis. An die Förderleitung der Pumpe 50 ist ein Steuerventil 56 angeschlossen, an die Förderleitung der Pumpe 51 ein Steuerventil 57. Diese beiden Ventile sind genau gleich ausgebildet und werden von der einen Seite her von der Meßpumpe 13 beaufschlagt, und zvrar über Leitungen 67*68. Von der entgegengesetzten Seite ist das Ventil 56 von einer Reglerfeder 58, das Ventil 57 von einer Reglerfeder 59 belastet. Dem Stellglied 52 der Pumpe 50 ist ein Kraftverstärker 60 zugeordnet, dessen flächenkleinerer Kolben 61 von der Leitung 54 her beaufschlagt ist, sein flächengrößerer Kolben 62 von einer an die Leitung angeschlossenen Leitung 54¹, jedoch nur dann, wenn sich das Steuerventil 56 in seiner Sehaltstellung I befindet. Die Spannung der Reglerfeder 58 ist vom Stellglied 52 beeinflußt.

Die Pumpe 51 besitzt einen Kraftverstärker 63, dessen flächenkleinerer Kolben 64 von der Förderleitung 55 der Pumpe beaufschlagt ist, der flächengrößere Kolben 65 von einer an die Leitung 55 angeschlossenen Leitung 55'» jedoch nur dann, wenn sich das Steuerventil 57 in seiner Schaltstellung I befindet. Die Spannung der Reglerfeder 59 ist durch da^r Stellglied 53 beeinflußt. Die Meßpumpe 13 fördert in.eine Leitung 66, an die ein Druckbegrenzungsventil 70 angeschlossen ist. Außerdem zweigt von der Leitung 66 die Leitung 67 ab, weiterhin eine Leitung 71 j

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welche zu einem Magnetventil 72 führt und von diesem' zur Stirnseite des Druckbegrenzungsventil 70. Das Magnetventil 72 hat eine Durchflußstellung I und eine Sperrstellung II. Der Magnet 73 des Magnetventils wird von der Batterie 44 und dem Schalter 46 betätigt, wenn die Regelstange 48 die Vollaststellung mindestens beinahe erreicht hat.

Das Druckbegrenzungsventil 70 wird von der Meßpumpe über die Leitung 71 und das sich in Durchflußstellung I befindliche Magnetventil 72 beaufschlagt. Seine Druckcharakteristik ist dieselbe wie die des Ventils nach dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1. Hat der Dieselmotor bzw. dessen Regelstange 48 die Vollaststellung erreicht, so schließt der Schalter 46 den Stromkreis, und das Magnetventil v/ird durch den Magnet 73 in seine Sperrstellung II geschaltet. Die Feder 74 des Druckbegrenzungsventils 70 verriegelt dann dessen Steuerschieber gegen das eingesperrte Druckmittelvolumen und blockiert damit das Druckbegrenzungsventil in seiner unmittelbar vorher erreichten Stellung. Der zuvor drehzahlunabhängige Druck vor dem Druckbegrenzungsventil durch die Meßpumpe 13 ist nunmehr ein Maß für die Drehzahl des Dieselmotors. Dieser Druck kann nun über die Leitungen 67, 68 eines oder beider Steuerventile 56, 57 ansteuern, worauf die schon oben beschriebene Wirkung eintritt, nämlich das Zurücknehmen der Pumpenfördervolumen. .

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 zeigt die Kombination des Magnetventils 72, 73 mit dem Druckbegrenzungsventil 70. Das Gehäuse des Druckbegrenzungsventils ist mit 76 bezeichnet und besitzt eine durchgehende Längsbohrung 77, in welcher der Steuerschieber 78 des Druckbegrenzungsventils entgegen der Kraft der Feder 74 geführt ist. .

An eine in die Bohrung 77 eindringende Querbohrung 79 ist die ; Leitung 66 der Meßpumpe 13 angeschlossen. Der Steuerschieber

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hat eine mittige, nicht durchgehende Bohrung 80 mit einem an seiner Oberfläche verlaufenden Schlitz 81, welcher mit einer Ringnut 82 zusammenwirkt, in welche die Bohrung 79 eindringt. In den Raum 90 des Gehäuses 70 mündet eine weitere Querbohrung 83, welche zum Behälter 15 führt. Daraus ist zu erkennen, daß über die Bohrung 79 und den mit der Ringnut 82 zusammenwirkenden Schlitz 81 eine drosselnde "Verbindung zum Behälter 15 geschaffen ist. Vom Ringraum 82 führt eine Bohrung 91 über Leitung 67, 68 zu den Steuerventilen 56, 57.

In die Ringnut 82 dringt weiterhin eine Querbohrung 85 ein, die vom Magnetventil 72 her kommt. In das linke Ende der Bohrung dringt eine Querbohrung 86 ein, welche ebenfalls vom Magnetventil her kommt. Über die Bohrung 86 und das dieser vom Magnetventil 72 zugeführte Druckmittel kann der Steuerschieber 78 in seiner jeweiligen Stellung blockiert werden, wie weiter oben beschrieben.

Die den Schieber aufnehmende Bohrung 77 ist beidseitig durch Verschlußschrauben 87, 88 verschlossen, die Vorspannung der Feder 74 ist" mit Hilfe einer im Teil 88 angeordneten Schraube 89 verstellbar.

Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm, auf dessen Ordinate das Drehmoment des Dieselmotors, auf seiner Abszisse seine Drehzahl η aufgetragen ist. Die Kurve a bezeichnet das maximale Drehmoment des Verbrennungsmotors. Kurz vor Erreichen des maximalen Drehmoments wird der Schalter 46 geschlossen. Die Lage des Umschalt punktes ist in Fig. 4 durch die Linie b dargestellt.

Im Diagramm nach der Fig. 5 ist auf der Abszisse wiederum die Drehzahl η des Dieselmotors,auf der Ordinate der von der Meßpumpe 13 am Drosselorgan 70 erzeugte⁺ für die Maximaldrehzahl und für eine mittlere Motordrehzahl aufgetragen. Die obere waagerechte Gerade, die mit po bezeichnet ist, entspricht dem iDinstelldruck des Druckbegrenzungsventils 70. Die um den Wert £ ρ

Meßdruck

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darunter verlaufende waagerechte, mit pu bezeichnete Linie bedeutet den Umschaltdruck des Steuerventils 56, 57 nach Fig. 2 oder 30 nach Fig. 1. Die schrägen Geraden in Fig. 4 sind Beispiele für die beliebig wählbaren Abregelkennlinien des Dieselmotors. Ausgehend von einem mittleren Lastzustand, gekennzeichnet durch Punkt Po in Fig. 4 wird bei Belastung z. B. einer Hydropumpe der Arbeitspunkt der Verbrennungsmotors über P. zum Punkt P2 des maximalen Motordrehmoments verschoben. Beim Durchlaufen des Punktes PJ wird der Schalter 46 über die Regelstange der Einspritzpumpe geschlossen und damit über das Magnetventil das Drosselelement 70 in seiner Stellung blockiert. Bei weiterer Drehzahlverringerung ändert sich der Meßdruck nach Kurve ζ in Fig.5.

Wenn die Drehmomentsteigerung von P₁ nach Pp zur Aufnahme der Last nicht ausreicht, erfolgt eine weitere Drehzahldrückung entlang der Vollastkurve a in Fig. 4. Beim 'Erreichen von P, ist der zugehörige Meßdruck entlang der Kurve ζ in Fig. 5 auf den V/ert Pu abgefallen. Bei diesem Schaltdruck wechselt der Steuerschieber 30 in Fig. 1, bzw. 56, 57 in Fig. 2 von Stellung I nach Stellung II. Hierdurch werden die Pumpen auf kleineres Fördervolumen zurückgestellt und ein weiterer Abfall der Motordrehzahl verhindert.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 sind an Doppelpumpen beschrieben. Selbstverständlich kann aber die beschriebene Regeleinrichtung auch bei Sinfachpumpen oder bei mehr als zwei Pumpen angewendet werden.

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Claims

Ansprüche

ίί 1.yEinrichtung zum Regeln wenigstens einer verstellbaren Pumpe, die von einer Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, angetrieben ist, welche auch eine gegen eine Drossel fördernde Meßpumpe antreibt, deren dem Quadrat der ■Antriebsmaschinendrehzahl proportionale Druck auf ein entgegen der Kraft einer Reglerfeder verschiebbares Steuerventil einwirkt, welches Verstellmittel für das Stellglied (die Stellglieder) der Pumpe(n) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (35,70) als federbelastetes, verstellbares Element mit annähernder Gleichdruckcharakteristik ausgebildet ist und bei Erreichen eines vorgegebenen Lastzustandes der Antriebsmaschine (10) in seiner Lage blockiert wird und dann als Drossel mi konstantem Querschnitt wirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel als Ventil mit einem entgegen der Kraft einer Feder (40, 74) beweglichen Steuerschieber (57,78) ausgebildet ist, der eine Verbindung· von der Meßpumpe (13) zu einem drucklosen Raum (15) steuert,
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (37) durch einen auf dieses einwirkenden Körper (42) verriegelbar ist, und daß dieser Körper elektromagnetisch, mechanisch oder hydraulisch betätigbar ist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossel (70) ein zweites Ventil (72) zugeordnet ist, in dessen Sperrstellung der Steuerschieber (78) der als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Drossel in seiner Lage blockiert wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da3 das Signal zum Blockieren der Drossel von einer das Drehmoment bzw. die Leist-ong einer Verbren- nungskraftmaschine kennzeichnenden Meßgröße, z» B. Regelweg der Einspritzpumpe (48), Stellung der Drosselklappe, Ladedruck oder Abgastemperatur, ausgelöst wird, und zwar dann, wenn diese beinahe ihren Maximalwert erreicht hat,-
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einen Elektromagneten (42) steuert, welcher den auf den Steuerschieber (37) einwirkenden Körper (42) betätigt.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal das als Elektromagnetventil (72,73) ausgebildete zweite Ventil von einer Durchflußstellung in eine Sperrstellung bringt. ·

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8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch' gekennzeichnet, daß das Signal elektrisch vom Schaltglied eines Einspritzpumpenreglers betätigbaren Schalters (46) erzeugt wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) als ein vom Druck der Meßpumpe (13) beaufschlagtes Wegeventil ausgebildet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß von der Antriebsmaschine (1O) mindestens zwei Pumpen (11, 12) angetrieben sind, deren die Fördermenge bestimmende Stellglieder (21, 22) miteinander gekoppelt sind und nur von einem Kraftverstärker (24) betätigbar sind, der mindestens zeitweise über ein der Regeleinrichtung zugeordnetes Steuerventil (30) beeinflußbar ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine mindestens zwei Pumpen (50,51) antreibt, von denen jede einen eigenen Kraftverstärker (60,63) für die Betätigung des Pumpen-Stellgliedes (52,53) besitzt, daß jedem Kraftverstärker ein eigenes Steuerventil (56,57) vorgeschaltet ist, das im Zusammenwirken mit dem Drosselventil (70), und dem Magnetventil (72) steuerbar ist.

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12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (70) als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist mit einem in einer Bohrung (77) angeordneten Steuerschieber (78), der eine Verbindung von der Meßpumpe zu einem drucklosen Raum steuert und entgegen der Kraft einer Feder •(74) betätigbar ist, und daß an das Gehäuse (76) das Elektromagnetventil (72) unmittelbar angebaut· ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Blockieren der Drossel . . von einer das Drehmoment oder die Leistung eines Elektromotors kennzeichnenden Meßgröße, z. -B. Stromaufnahme oder wattmetrische Leistung ausgelöst wird, und zwar dann, wenn diese beinahe ihren Maximalwert erreichte

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