DE3232405C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messsen
der von einer Flüssigkeitseinspritzanlage, insbesondere einer
Brennstoffeinspritzanlage, geförderten Flüssigkeitsvolumina,
bei der die Einspritzorgane der Einspritzanlage mit einer
Meßvorrichtung über mindestens eine Leitung verbunden sind,
über die die von den Einspritzorganen abgegebene Flüssigkeit
zur Meßvorrichtung strömen kann, wobei das bei mehreren
aufeinanderfolgenden Einspritzungen in der Meßvorrichtung
schrittweise ansteigende Flüssigkeitsvolumen in einer Meßkam
mer bestimmt wird.
Bekannte Einrichtungen dieser Art (GB 15 50 116, US 41 71 638,
GB 20 20 353) berücksichtigen nicht folgendes: Nach je
dem Einspritzvorgang überlagern sich den Volumenvergrößerun
gen abklingende Schwankungen des Volumens, die eine Folge der
Trägheit der Meßvorrichtung und der Elastizität des gesamten
Meßsystems sind. Ein neuer Einspritzvorgang kann also nicht
zeitlich optimal eingeleitet werden: Kommt er zu früh, fällt
er in diese Scnwankungen, was zu Meßfehlern führt, kommt er
zu spät, dauert der Meßvorgang unnötig lange.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ein
richtung derart auszubilden, daß jeweils ein neuer Ein
spritzvorgang so eingeleitet wird, daß er gerade nicht mehr
in die erwähnten Schwankungen fällt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Meßvorrichtung Organe aufweist, die Schwankungen des von der
Flüssigkeit eingenommenen Volumens der Einrichtung, welche
sich den aufgrund der Einpritzungen bedingten Volumenver
größerungen überlagern und eine Folge der Trägheit der Meß
vorrichtung und der Elastizität des gesamten Meßsystems sind,
erfassen, derart, daß jeweils ein neuer Einspritzvorgang erst
dann eingeleitet wird, wenn sich diese Schwankungen abgebaut
haben.
Auf diese Weise ist es möglich, Meßfehler auszuschalten, die
durch die bewußten Schwankungen entstehen können, und ande
rerseits das gesamte Meßverfahren nicht unnötig in die Länge
zu ziehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
veranschaulicht. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Aufnahme für Einspritz
organe und ein Einspritzorgan;
Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine Meßvorrichtung der er
findungsgemäßen Einrichtung;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Verrückung des Kolbens der Meß
vorrichtung und die Ausgangssignale der Fühlglieder für die
Einspritzorgane in Abhängigkeit von der Zeit zeigt;
Fig. 5 einen Teil der Kurve der Fig. 4, welche die Verrückung
des Kolbens veranschaulicht, in vergrößertem Maßstab und
Fig. 6 ein Blockdiagramm des elektrischen Kreises der erfin
dungsgemäßen Einheit.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Block mit acht Anschlüssen 12 be
zeichnet. In den Block münden acht Leitungen 14 eines Ein
spritzsystems 16, die mit einer Brennstoffeinspritzpumpe 18
verbunden sind.
Eine Einheit 17 ist mit acht Eingängen 72 versehen, die mit
zwei Ventilen 19 und 20 verbunden sind, die ihrerseits mit
zwei weiteren Ventilen 21 und 22 verbunden sind. Die Leitun
gen 1, 3, 5, 7 sind mit den Ventilen 19 und 21 und die Leitungen
2, 4, 6, 8 mit den Ventilen 20 und 22 verbunden. Wenn die Venti
le 19 und 21 energiebeaufschlagt sind, fließt das Fluid aus
den Leitungen 1, 3, 5, 7 in die Leitung 24. Wenn die Ventile 20
und 22 nicht energiebeaufschlagt sind, fließt das Fluid von
den Leitungen 2, 4, 6, 8 in die Abflußleitung 25 über ein Druck
ventil 27.
Wenn die Ventile 20 und 22 energiebeaufschlagt sind und die
Ventile 19 und 21 nicht ernergiebeaufschlagt sind, ist die
Situation umgekehrt.
Die Abflußleitung 25 führt zu einem Reservoir 25a.
Die Ventile 19 und 20 sind also Abzweigventile; die Ventile
21 und 22 sind Absperrventile.
Die Leitung 24 verbindet die Absperrventile 21 und 22 mit
einer Meßvorrichtung 26. Diese besteht aus einem Zylinder und
einem Kolben. In der Leitung 24 sitzt ein Filter 28, welcher
dafür sorgt, daß feste Partikel nicht in die Meßvorrichtung
26 gelangen.
Eine Abflußleitung 32 verbindet die Meßvorrichtung 26 mit dem
Reservoir 25a. In der Leitung 32 liegt ein Steuerventil 34
und ein Rückstauventil 36. Letzteres hält einen gewissen
Druck in dem System aufrecht, so daß die Bildung von Gasbla
sen oder Dampf verhindert wird.
Das Ventil setzt den Meßvorgang der Meßvorrichtung 26 in
Gang.
Ein Mikrocomputer 38 erhält elektrische Signale von den An
schlüssen 12, einem Thermistor 40, der in der Meßvorrichtung
26 sitzt und die Temperatur der Testflüssigkeit anzeigt, und
einem auf Licht ansprechenden Kopf 42 der Meßvorrichtung 26.
Der Mikrocomputer ist derart programmiert, daß er die Signale
verarbeitet, die er erhält, und Informationen einer Kathoden
strahlröhre 44 und einem Drucker 46 anbietet.
Der Block 10 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Er be
steht aus einem Teil 50, das acht Ausnehmungen 58 aufweist
(nur eine davon ist in Fig. 2 dargestellt).
In der Ausnehmung 58 sitzt ein Einsatz 60, der das zylindri
sche Ende 62 eines Anschlußstückes 14 aufnimmt. Zwischen dem
Anschlußstück 14 und dem Teil 50 befindet sich ein Dichtungs-
O-Ring 66, der in einer ringförmigen Aufnahme 68 des Einsat
zes 60 ruht. Ein weiterer Dichtungs-O-Ring 52 sitzt in einer
Aufnahme 54 des Teils 50.
Eine Leitung 70 führt von jeder Ausnehmung 58 zu einem der
Eingänge 72 der Einheit 17.
Eine Öffnung 74 verbindet die Ausnehmung 58 mit einem piezo
elektrischen Übertrager 76. Ein Kolben 78 trägt einen O-Ring
80 in einer periphären Nut 82, so daß das Fluid daran gehin
dert wird, aus der Ausdehnung 58 zum Übertrager 76 zu gelan
gen. Der Kolben 78 wird gegen den Übertrager 76 gedrückt,
wenn der Druck in der Ausnehmung 58 ansteigt. Das ist der
Fall, wenn Testfluid in die Ausnehmung vom Anschlußstück 14
her strömt.
Befindet sich der piezoelektrische Kristall mit Spiel in sei
nem Gehäuse, ist er also nicht irgendwie festgeklemmt, dann
entstehen besonders saubere elektrische Signale.
Die Meßvorrichtung 26 ist im einzelnen in Fig. 3 veranschau
licht.
Sie besteht aus einem zylindrischen Block 105, der eine zy
lindrische Bohrung 106 aufweist, in der sich ein Kolben 108
befindet. Das Ende des Kolbens 108, welches unten aus dem
Zylinder 106 herausragt, ist mit einer Querstange 110 verbun
den. Diese besitzt zwei Bohrungen 112. Durch diese laufen
zwei Stangen 114, die parallel zu dem Kolben 108 verlaufen.
Die Querstange 110 vollführt also eine geradlinige Bewegung
in axialer Richtung, bezogen auf die zylindrische Bohrung
106. Eine Dichtung 116 dichtet den Raum 106 nach außen ab.
Diese Dichtung liegt dem Kolben 108 an. Auf diese Weise wird
eine Meßkammer 118 nach außen abgedichtet und der Zylinder
106 zusätzlich gehalten. Zwischen der Querstange 110 und zwei
Haltern 124 befinden sich zwei Federn 120, die den Kolben 108
in den Raum 118 ziehen.
Eine optische Rasterstange 126 sitzt im Zentrum der Querstan
ge 110 und erstreckt sich nach unten. Sie läuft an einem Le
sekopf 42 vorbei.
Die Linien der Rasterstange verlaufen quer zur Längsachse der
Vorrichtung 26. Wenn der Kolben 108 sich in axialer Richtung
veschiebt, laufen somit Linien an dem Kopf 42 vorbei. Dieser
gibt entsprechende Impulse ab.
Die Meßvorrichtung 26 ist über einen Eingang 130 und einen
Ausgang 132 mit der übrigen Einrichtung verbunden. Der Ein
gang 130 ist mit der Leitung 24, der Ausgang 132 mit der Ab
flußleitung 32 verbunden.
Das Steuerventil 34, das in Fig. 3 schematisch dargestellt
ist, ist ein Solenoidventil, welches energiebeaufschlagt
wird, um die Abflußleitung 32 zu schließen.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist
folgende:
Das Fluid strömt von den acht Anschlußstücken 14 in die Aus
nehmungen 58 des Teils 50 und von dort übei die Leitungen 70
und 72 zu der Einheit 17. Zunächst fließt das Fluid über die
Abflußleitung 25 zurück zum Reservoir 25a, denn die Ventile
19 und 20 sind entsprechend geschaltet.
Wenn alle acht Injektoren getestet werden sollen, werden bei
de Ventile 19 und 20 und beide Absperrventile 21 und 22 ener
giebeaufschlagt, so daß das Testfluid aus allen Leitungen in
die Einflußleitung 24 über den Filter 28 strömt. Von dort
strömt das Testfluid in die Meßkammer 118 und aus dieser her
aus durch die Öffnung 132. Von dort kehrt es zum Reservoir
25a über die Leitung 32, das Druckventil 36 und das Steuer
ventil 34 zurück.
Soll ein Meßvoigang begonnen werden, wird das Steuerventil 34
mit Energie beaufschlagt, so daß die Leitung 32 geschlossen
wird. Das Fluid, das in die Meßkammer 118 strömt, drückt den
Kolben 108 nach unten gegen die Kraft der Federn 120. Die
Verrückung des Kolbens verursacht elektrische Impulse, die
vom Kopf 42 erzeugt werden. Jeder Impuls entspricht einem bestimm
ten Volumen des Testfluids.
Der piezoelektrische Übertrager 76 jedes Anschlusses 12 gibt
ebenfalls Impulse ab. Jeder Impuls des Übertragers 76 zeigt
an, daß das zugeordnete Anschlußstück 14 Fluid in den Block
10 einströmen läßt. Fig. 4 zeigt die Verhältnisse im einzel
nen. Die Linien a-h veianschaulichen die elektrischen Ver
hältnisse der einzelnen Übertrager 76. Die Linie p zeigt die
elektrischen Verhältnisse im Zusammenhang mit dem Kolben 108
der Meßeinrichtung 26. Die Linie P steigt stufenweise an,
wobei jede Stufe durch einen Impuls verursacht wird, der sei
nerseits von einer Einspritzung durch ein Anschlußstück 14
verursacht wird.
Die Fig. 5 zeigt im einzelnen eine Stufe. Der Beginn der Stu
fe, der einer Einspritzung über das Anschlußstück 14 folgt,
ist durch den Punkt t1 veranschaulicht. Zum Zeitpunkt t2 hört
die Einspritzung des Testfluids über das Anschlußstück 14
auf. Der Kolben verrückt sich jedoch noch weiter, dies auf
grund seiner Trägheit und aufgrund der Elastizität des gesam
ten Systems. Im Zeitpunkt t3 kommen die Rückkräfte der Federn
120 zur Wirkung und verursachen eine umgekehrte Bewegung des
Kolbens. Es setzt ein Schwingvorgang des Kolbens ein, der bis
zum Zeitpunkt t4 dauert. Zum Zeitpunkt t5 beginnt ein neuer
Einpritzvorgang. t5 liegt in einem Zeitpunkt, in dem die Meß
vorrichtung 26 sich beruhigt hat. Kurze Zeit später, nämlich
zum Zeitpunkt t6, steigt die Kurve weiter an.
Die Fig. 6 zeigt den elektrischen Kreis, der die verschiede
nen elektrischen Signale verarbeitet.
Ein Synchronisationskreis 150 erhält Signale von den An
schlüssen 12 und ein optisches Bezugssignal von einem opti
schen Sensor 152, der die Rotation eines Reflektors an der
Antriebswelle 154 der Einspritzpumpe erfaßt. Der Synchronisa
tionskreis 150 erzeugt acht zusätzliche Signale, welche zu
der Rotation der Welle 154 synchronisiert sind und mit den
Detektorsignalen der Anschlüsse 12 koinzidieren. Die beiden
Signalgruppen werden kombiniert und bilden acht kombinierte
Signale an entsprechenden Ausgängen 156. Diese gehen zu Sig
nalkonditionierern, welche einen Filter 160, einen Peak-
Meßkreis 162, einen Komparator 164, einen monostabilen Multi
vibrator 166 und einen Impulsgenerator 168 aufweisen. Auf
diese Weise wird sichergestellt, daß der Mikrocomputer 38
geeignete Signale an seinen Eingängen 170 erhält. Jeder Kon
ditionierungskreis weist eine Photoemitterdiode 174 auf, die
einerseits mit der Erde und andererseits mit der Leitung zwi
schen dem monostabilen Multivibrator 166 und dem Impulsgene
rator 168 verbunden ist.
Jeder Konditionierungskreis arbeitet folgendermaßen:
Nachdem der Filter 160 von dem Eingangssignal die hochfre
quenten Komponenten entfernt hat, wird der Wert im Komparator
164 mit einem Teil des Peakwertes der vorausgegangenen Injek
tion verglichen. Wenn das Signal hinreichend dicht an dem
Wert der Peakmessung liegt, die zu dieser Zeit in dem Kreis
162 gespeichert ist, läßt der Komparator 164 das Signal zu
dem monostabilen Multivibrator 166 durch. Das hat zur Folge,
daß falsche Signale keine Veranlassung für einen Injektions
impuls geben, während zugleich eine Variation der Größe des
Ausgangssignals des Anschlusses 12 bei einer Variation der
Einspritzmenge möglich ist. Der monostabile Multivibrator 166
ist derart geschaltet, daß er während einer hinreichend lan
gen Zeitperiode eingeschaltet ist, um zu gewährleisten, daß
Signale aufgrund von Prallerscheinungen, die mechanisch, hy
draulisch oder elektrisch erzeugt werden können, nicht er
scheinen, wenn der Multivibrator 166 in seinem Aus-Zustand
ist. Ein Signal, erzeugt vom Impulsgenerator 168, wenn eine
Führungsflanke des Signals des Multivibrators 166 ankommt,
entspricht infolgedessen nur einer tatsächlichen Einspritzung
und nicht dem falschen Signal einer mechanischen, hydrauli
schen oder elektrischen Erschütterung.
Die Diode 174 gibt ein optisches Signal ab, wenn der Multivi
brator 166 in seinem eingeschalteten Zustand ist. Auf diese
Weise ist es der Bedienungsperson möglich, zu erkennen, ob
die Anlage arbeitet.
Der elektrische Ausgang des Lesekopfes 42 ist mit einem Ver
stärker 176, dieser mit einem Interpolator 178 und dieser
wiederum mit einem Zähler 180 verbunden, der ein Signal an
einen Eingang 182 des Mikrocomputers 38 abgibt, das ein Maß
für die Verschiebung des Kolbens 108 darstellt. Der Mikrocom
puter wird von einem Programmspeicher 184 gesteuert, derart,
daß die Informationen, die am Eingang 182 ankommen und die
Impulse, die der Mikrocomputer an den Eingängen 170 erhält,
in einen Datenspeicher gegeben werden. Die Bewegung des Kol
bens, die der Eingang 182 erfaßt und die zwischen den Impul
sen der Eingänge 170 liegen, werden dem jeweils vorausgehen
den Impuls zugeordnet. So wird beispielsweise die Bewegung
zwischen dem zweiten und dritten Impuls dem zweiten Impuls
zugeordnet. Der Datenspeicher 186 ist ein 2K5 Byte Random
Access Memory.
Die Signale der Meßvorrichtung 26 in bezug auf die einzelnen
Injektionen werden also festgehalten, und die Volumina der
einzelnen Einspritzungen und die Identität des Einspritzor
gans 121, das gerade einspritzt, werden im RAM 186 gespei
chert. Das Gesamtvolumen des Testfluids, das von jedem Ein
spritzorgan eingespritzt wird während einer bestimmten Zeit
oder auch das Volumen, bezogen auf eine bestimmte Zahl von
Einspritzungen, kann durch Aufsummierung mittels des Compu
ters 38 ermittelt werden. Es ist also in der erfindungsge
mäßen Art und Weise auch möglich, daß Fluid, das von den Ein
spritzorganen eines Achtleitungssystems kommt, zusammen ge
messen wird.
Der Temperaturfühler 40 ist über einen Analog-Digital-
Konverter 302 mit einem Eingang 300 des Computers 38 verbun
den. Auf diese Weise kann die Temperatur der Testflüssigkeit
in der Kammer 118 berücksichtigt werden. Der Computer 38 ist
derart programmiert, daß er die Volumenwerte, die durch die
am Eingang 182 anstehenden Signale repräsentiert werden,
korrigiert, so daß Werte entstehen, die für eine bestimmte
Temperatur, z. B. 40°C, gelten.
Wenn die Drehgeschwindigkeit der Pumpenwelle einen bestimmten
Wert überschreitet, wird der Zwischenraum zwischen zwei auf
einanderfolgenden Einspritzungen kleiner als die Zeit zwi
schen t1 und t4 in Fig. 5. Die Information, die der Computer
38 gibt, wäre dann fehlerhaft.
Um in dieser Weise entstehende Fehler zu vermeiden, ist der
Computer 38 durch das Programm 184 derart programmiert, daß
er anzeigt, wenn die aufeinanderfolgenden Einspritzungen zu
schnell aufeinanderfolgen. Dann gibt der Computer 38 ein Si
gnal an die Solenoid-Ventile 19 und 21 für die mit ungeraden
Ziffern numerierten Leitungen ab und, wenn ein Meßvorgang
für diese Solenoid-Ventile beendet ist, ein zweites Signal zu
den geradzahlig numerierten Solenoid-Ventilen 20 und 22. Das
hat zur Folge, daß der Meßvorgang zunächst für die geradzah
ligen Einspritzungen ausgeführt wird.
Jedesmal, wenn der Computer 38 feststellt, daß der Kolben 108
seine größte Verstellung erreicht hat, gibt er ein Signal vom
Ausgang 305 zu dem Abflußventil 34 ab.
Die Information, die in dem Computer 38 gespeichert wird, und
zwar analog dem Programm in dem Programmspeicher 184, wird
mittels eines Druckers 46 ausgedruckt und mittels einer Ka
thodenstrahlröhre 306 angezeigt. Letztere ist über ein
Steueraggregat 310 mit einem Ausgang 308 des Computers 38
verbunden.
Anstelle der vorgesehenen Anschlüsse 12 ist es möglich, opti
sche oder magnetische Markierungen an der Welle der Ein
spritzpumpe vorzusehen, die mit einem optischen oder magneti
schen Fühler zusammenarbeiten, um auf diese Weise festzule
gen, welche der Meßsignale zu welcher Einspritzung gehören.
Claims (12)
1. Einrichtung zum Messen der von einer Flüssigkeitsein
spritzanlage, insbesondere einer Brennstoffeinspritzanlage,
geförderten Flüssigkeitsvolumina, bei der die Einspritzorgane
der Einspritzanlage mit einer Meßvorrichtung über mindestens
eine Leitung verbunden sind, über die die von den Einspritz
organen abgegebene Flüssigkeit zur Meßvorrichtung strömen
kann, wobei das bei mehreren aufeinanderfolgenden Einsprit
zungen in der Meßvorrichtung schrittweise ansteigende
Flüssigkeitsvolumen in einer Meßkammer bestimmt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (26, 42, 126, 38, 44, 46)
Organe (42, 58, 12, 38) aufweist, die Schwankungen des von der
Flüssigkeit eingenommenen Volumens der Einrichtung, welche
sich den aufgrund der Einpritzungen bedingten Volumenver
größerungen überlagern und eine Folge der Trägheit der Meß
vorrichtung (26) und der Elastizität des gesamten Meßsystems
sind, erfassen, derart, daß jeweils ein neuer Einspritzvor
gang erst dann eingeleitet wird, wenn sich diese Schwankungen
abgebaut haben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einspritzorgane (14) mit einem Füllglied in Form eines
piezoelektrischen Übertragers (76) zusammenwirken, der die
Einspritzungen erfaßt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Übertrager (76) einen in ihm mit Spiel befindlichen
piezoelektrischen Kristall (77) aufweist.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß Aufzeichnungsmittel
(186, 46; 310, 306) vorgesehen sind, die von der Meßvorrichtung
(26) und den Fühlgliedern (76) Signale bekommen und die Volu
menverhältnisse aufzeichnen.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Computer (38) vorgesehen
ist, der die Signale der Meßvorrichtung (26) verarbeitet.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (26) aus
einem Zylinder (105) mit Kolben (108) besteht und Kolben-
Verstellmittel, insbesondere Federn (120), aufweist, die den
Kolben (108) in den Zylinder (105) zu bewegen trachten.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (26) einen
Temperaturfühler (40) zur Messung der Temperatur der Flüssig
keit und die Einrichtung eine Einheit zur Temperaturkompensa
tion der Volumen-Werte aufweist.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kolben (108) der Meß
vorrichtung (26) eine mit Marken, insbesondere Linien, verse
hene Stange (126) verbunden ist, der gegenüber ein Fühlkopf
(42), insbesondere auf Licht ansprechender Fühlkopf, angeord
net ist, der jede kleinste Verrückung des Kolbens (108)
erfaßt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stange (126) unterhalb des Kolbens (108) angeordnet ist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn eines Meßzyklus die
Flüssigkeit durch das System strömt, ohne daß sich der Kolben
(108) verrückt, und daß zu Beginn des Meßzyklus ein in Strö
mungsrichtung hinter dem Zylinder (118) befindliches Ventil
(34) gesperrt wird.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu schnellem Lauf der Brennstoff
einspritzpumpe (18) die Einspritzungen zunächst nur jedes zweiten Ein
spritzorgans (14) und dann der restlichen Einspritzorgane
(14) ausgewertet werden.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zweigleitungen, von jeder der beiden Gruppen von Ein
spritzorganen (14) kommend, je ein Abzweigventil (19, 20) auf
weisen, dessen einer Ausgang über eine Abflußleitung (25) mit
einem Flüssigkeitsreservoir (25a) verbunden ist, wobei die
Flüssigkeit von denjenigen Einspritzorganen (14) über die
Abzweigleitung (25) in das Reservoir abfließt, die gerade
nicht zur Messung verwendet wird.
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