DE4412275A1 - Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Entlüften einer
Brennstoffanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung
des Anspruchs 1.
Es ist schon eine Brennstoffanlage bekannt
(DE-OS 40 03 751) bei der die in einem Brennstofftank einer
Brennkraftmaschine ausgasenden Brennstoffdämpfe abgesaugt
werden, um aus Umweltschutzgründen Emissionen, insbesondere
von Kohlenwasserstoffen, in die Umgebung zu vermeiden. Die
Brennstoffdämpfe werden vom Brennstofftank über eine
Tankleitung in einen in Form eines Aktivkohlefilters
ausgebildeten Adsorptionsfilter eingeleitet, der die
Brennstoffdämpfe adsorbiert, beziehungsweise zurückhält und
zwischenspeichert. Wegen des begrenzten Aufnahmevolumens eines
derartigen Adsorptionsfilters muß dieser regeneriert, das
heißt, mit Luft gespült werden, wozu eine Belüftungsleitung am
Adsorptionsfilter vorgesehen ist. Durch den sich beim Betrieb
in einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine einstellenden
Unterdruck wird Luft aus der Umgebung über die
Belüftungsleitung in den Adsorptionsfilter eingesaugt, wobei
der im Adsorptionsfilter gespeicherte Brennstoff mitgerissen
wird und sich mit der angesaugten Luft vermischt, um
anschließend in Form eines Brennstoff-Luft-Gemisches über ein
Regenerierventil in das Ansaugrohr eingeleitet in wenigstens
einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen. Dabei
stellt das zwischen dem Adsorptionsfilter und dem Ansaugrohr
zwischengeschaltete und von einem elektronischen Steuergerät
angesteuerte Regenerierventil sicher, daß die Einleitung des
Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr nur bei
ausgewählten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erfolgt,
damit einerseits die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine
nicht erhöht werden und andererseits eine hohe Laufruhe der
Brennkraftmaschine gewährleistet bleibt. Der Anteil des in das
Ansaugrohr eingeleiteten Brennstoff-Luft-Gemisches ist im
wesentlichen von der Druckdifferenz zwischen dem im Ansaugrohr
herrschenden Unterdruck zum Umgebungsdruck bestimmt, wobei
jedoch aus Gründen des Fahrverhaltens und geringer
Abgasemissionen trotz hoher Druckdifferenz im Leerlauf der
Brennkraftmaschine nur wenig Brennstoff-Luft-Gemisch in das
Ansaugrohr eingeleitet werden darf. Demgegenüber wäre bei
höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine im Bereich der
oberen Teillast und insbesondere im Vollastbereich eine
Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr
problemlos, ohne Beeinträchtigung des Fahrverhaltens und
Erhöhung der Abgasemissionen vorstellbar, was jedoch wegen der
bei höherer Drehzahl vorliegenden, geringen Druckdifferenz
zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck nicht möglich
ist.
Weiterhin besitzt die eingangs genannte Vorrichtung ein
Absperrventil, das an der Belüftungsleitung des
Adsorptionsfilters vorgesehen ist und welches wie das
Regenerierventil vom elektronischen Steuergerät angesteuert
wird, um in Schließstellung die Belüftungsleitung abzusperren.
Die Ansteuerung des Absperrventils erfolgt ausschließlich zu
Überprüfungszwecken der Dichtheit und der Funktionstüchtigkeit
der Brennstoffanlage und wird nur in bestimmten Intervallen,
beispielsweise nach jedem Start der Brennkraftmaschine und nur
bei bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine und
zwar im unteren Teillastbereich, insbesondere im Leerlauf der
Brennkraftmaschine, durchgeführt. Bei der Überprüfung wird
sowohl das Regenerierventil als auch das Absperrventil vom
elektronischen Steuergerät angesteuert, damit das
Regenerierventil eine Öffnungsstellung und das Absperrventil
eine Schließstellung annimmt, so daß sich der beim Betrieb der
Brennkraftmaschine im Ansaugrohr herrschende Unterdruck bis
zum Brennstofftank fortpflanzen kann. Mittels eines im
Brennstofftank untergebrachten Drucksensors wird dabei der
Aufbau des Unterdrucks im Brennstofftank überwacht, welcher
nur bei dichter und funktionstüchtiger Brennstoffanlage einen
bestimmten Wert in etwa von der Größe des
Ansaugrohrunterdruckes annehmen kann. Wird dieser Wert
erreicht, so kann auf die Funktionstüchtigkeit und Dichtheit
der Brennstoffanlage geschlossen werden. In allen anderen
Betriebsbereichen, im Bereich der oberen Teillast und
insbesondere im Bereich der Vollast, wird das Absperrventil
nicht vom elektronischen Steuergerät angesteuert und verbleibt
in Öffnungsstellung, da aufgrund der geringen Druckdifferenz
zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck keine
Überwachung des Aufbaus des Unterdrucks im Brennstofftank in
sinnvoller Weise möglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 hat demgegenüber den Vorteil, daß zusätzlich in
Betriebsbereichen der oberen Teillast und insbesondere der
Vollast der Brennkraftmaschine eine Entlüftung der
Brennstoffanlage erfolgt. Vorteilhafterweise reduziert sich
dabei der Anteil des im unteren Teillastbereich in das
Ansaugrohr einleitbaren Brennstoff-Luft-Gemisches, so daß ein
verbessertes Fahrverhalten mit verringerten Abgasemissionen
erzielbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine mit 1 gekennzeichnete
Brennstoffanlage einer Brennkraftmaschine mit einem
Brennstofftank 2, der zur Versorgung der nicht näher
dargestellten Brennkraftmaschine mit Brennstoff dient. Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Entlüften der Brennstoffanlage
1 ist insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen.
Die Brennstoffanlage 1 besitzt ein elektromagnetisch
betätigbares Regenerierventil 4 und einen Adsorptionsfilter 3,
der über eine Tankleitung 10 mit dem Brennstofftank 2 und über
eine Verbindungsleitung 11 mit dem Regenerierventil 4
verbunden ist. In Stillstandsphasen oder in Betriebsbereichen
der Brennkraftmaschine, in denen das Regenerierventil 4
geschlossen ist, strömen die vom Brennstofftank 2 ausgasenden,
flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes über die Tankleitung
10 in den Adsorptionsfilter 3, um in diesem adsorbiert,
beziehungsweise zurückgehalten und zwischengespeichert zu
werden. Um sicherzustellen, daß keine Brennstoffdämpfe vom
Brennstofftank 2 über eine am Adsorptionsfilter 3 vorgesehene
Belüftungsleitung 14 in die Umgebung entweichen können,
besitzt dieser ein ausreichend dimensioniertes Bauvolumen mit
entsprechender Speicherkapazität für Brennstoffdämpfe, damit
die Brennstoffdämpfe im Adsorptionsfilter 3 gespeichert werden
und höchstens Luft aus der Belüftungsleitung 14 strömen kann.
Der Adsorptionsfilter 3 ist teilweise mit einem
Adsorptionsmedium, insbesondere mit Aktivkohle 17 gefüllt, die
zwischen zwei permeablen Begrenzungswänden 28, 29 im Innern
des Adsorptionsfilters 3 eingeschlossen ist. Der in der
Zeichnung dargestellte Adsorptionsfilter 3 ist zum Beispiel in
sogenannter Tauchsondenbauweise ausgebildet, bei der eine in
der Zeichnung gestrichelt dargestellte, einzelne Zuführung der
Tankleitung 10 in die Aktivkohle 17 hineinragt, wobei die
Verbindungsleitung 11 mit einem Hohlraum 36 des
Adsorptionsfilters 3 verbunden ist. Der Hohlraum 36 ist von
einer Innenwandung 9 des Adsorptionsfilters 3 und der in der
Zeichnung oben dargestellten Begrenzungswand 28 begrenzt. Es
ist auch möglich, den Adsorptionsfilter 3 in sogenannter
Kurzschlußbauweise auszubilden, bei der mittels eines in T-
Form ausgebildeten, nicht näher dargestellten Anschlußstutzens
beispielsweise die Tankleitung 10 und die Verbindungsleitung
11 direkt miteinander verbunden werden, so daß an der
Übergangsstelle von Tankleitung 10 zu Verbindungsleitung 11
nur eine einzelne Zuführung in den Hohlraum 36 des
Adsorptionsfilters 3 hineinreicht.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht Unterdruck in
einem Ansaugrohr 15 der Brennkraftmaschine, so daß bei offenem
Regenerierventil 4 und zur Umgebung offener Belüftungsleitung
14 die Brennstoffdämpfe im Brennstofftank 2 und insbesondere
der im Adsorptionsfilter 3 zwischengespeicherte Brennstoff
abgesaugt werden. Dabei strömt durch den Unterdruck im
Ansaugrohr 15 Luft aus der Umgebung über die Belüftungsleitung
14 in den Adsorptionsfilter 3 ein, wobei der in der Aktivkohle
17 gespeicherte Brennstoff mitgerissen wird. Dadurch reichert
sich die angesaugte Luft mit Brennstoff an, wobei der
Adsorptionsfilter 3 regeneriert wird. Anschließend strömt die
mit Brennstoff vermischte Luft in Form eines Brennstoff-Luft-
Gemisches über die Verbindungsleitung 11 zum Regenerierventil
4 und von diesem über eine Ventilleitung 12 in das Ansaugrohr
15 stromabwärts einer Drosselklappe 16 ein. In dem Ansaugrohr
15 strömt in Richtung eines eingezeichneten Pfeils 18 ein
Medium, zum Beispiel Luft oder bin Brennstoff-Luft-Gemisch,
das sich mit dem eingeleiteten Brennstoff-Luft-Gemisch
vermischt, um danach stromabwärts der in dem Ansaugrohr 15
drehbar eingebrachten Drosselklappe 16 in wenigstens einem
Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen.
Die Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr
15 darf jedoch nur gezielt, das heißt, nur bei ausgewählten
Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erfolgen, damit
einerseits die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine nicht
erhöht werden und andererseits eine hohe Lauf ruhe der
Brennkraftmaschine gewährleistet bleibt. Zur Bestimmung der
Betriebsbereiche ist ein elektronisches Steuergerät 20
vorgesehen, welches elektrische Signale von Sensoren,
beispielsweise eines nicht näher dargestellten, die
Motordrehzahl erfassenden Drehzahlsensors, auswertet, um das
Regenerierventil 4 nur bei ausgewählten Betriebsbereichen der
Brennkraftmaschine entsprechend anzusteuern. Zusätzlich zum
Drehzahlsensor ist ein Drehwinkelgeber 32 in Form eines
Präzisionspotentiometers vorgesehen, der über eine
Steuerleitung 24 mit dem elektronischen Steuergerät 20
verbunden ist, um drehfest an einer Stellwelle 33 der
Drosselklappe 16 entsprechend der jeweiligen Verdrehstellung
der Drosselklappe 16 einen bestimmten Widerstandswert
anzunehmen, beziehungsweise ein bestimmtes Spannungssignal dem
elektronischen Steuergerät 20 zuzuführen. Aus der
Verdrehstellung der Drosselklappe 16, beziehungsweise aus den
Spannungssignalen des Drehwinkelgebers 32 kann mit Hilfe des
elektronischen Steuergeräts 20 der aktuelle Betriebszustand
der Brennkraftmaschine, insbesondere auch der Leerlauf und die
Vollast ermittelt werden, wobei der Ansaugrohrunterdruck im
Ansaugrohr 15 implizit aus der Verdrehstellung des
Drosselklappe 16 errechenbar ist. Es ist auch möglich, wie im
Ausführungsbeispiel dargestellt ist, zur Bestimmung des
Ansaugrohrunterdruckes einen ersten Drucksensor 34
stromabwärts der Drosselklappe 16 im Ansaugrohr 15 vorzusehen.
Der erste Drucksensor 34 ist über eine Steuerleitung 25 mit
dem elektronischen Steuergerät 20 verbunden, um dem
Steuergerät 20 entsprechend dem im Ansaugrohr 15 herrschenden
Ansaugrohrunterdruck ein elektrisches Signal zuführen.
Das Regenerierventil 4 ist über eine Steuerleitung 23 mit dem
elektronischen Steuergerät 20 verbunden und wird von diesem
nur bei bestimmten, von Sensoren ermittelten Betriebsbereichen
der Brennkraftmaschine angesteuert, um in Öffnungsstellung
über die Ventilleitung 12 das Brennstoff-Luft-Gemisch in das
Ansaugrohr 15 einzuleiten. Das elektronische Steuergerät 20
ist außerdem über eine Steuerleitung 22 mit einem
elektromagnetisch betätigbaren Absperrventil 5 verbunden, das
an der Belüftungsleitung 14 des Adsorptionsfilters 3
vorgesehen ist, um zum Beispiel in bestromtem Zustand eine
Schließstellung und in stromlosem Zustand eine
Öffnungsstellung anzunehmen. Wie in der eingangs genannten
Schrift nach der DE-OS 40 03 751 zu entnehmen ist, ist dort
ein derartiges Absperrventil 5 ausschließlich zu
Überprüfungszwecken der Funktionstüchtigkeit und der Dichtheit
der Brennstoffanlage 1 vorgesehen und wird nur im unteren
Lastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine,
in bestimmten Intervallen, beispielsweise nach jedem Start der
Brennkraftmaschine, kurzzeitig vom elektronischen Steuergerät
20 angesteuert, das heißt geschlossen. Die Überprüfung der
Brennstoffanlage 1, beziehungsweise das Ansteuern des
Absperrventils 5 erfolgt ausschließlich im unteren
Lastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine,
da nur in diesem Betriebsbereich eine ausreichende
Druckdifferenz zwischen dem Ansaugrohrunterdruck und dem
Umgebungsdruck vorhanden ist. Dabei wird in bekannter Weise
mittels eines im Brennstofftank 2 untergebrachten, zweiten
Drucksensors 35 nach dem Schließen des Absperrventils 5 und
dem Öffnen des Regenerierventils 4 der Unterdruckaufbau im
Brennstofftank 2 überwacht, der bei funktionstüchtiger
Brennstoffanlage 1 in etwa dem Ansaugrohrunterdruck
entsprechen muß. Der zweite Drucksensor 35 ist über eine
Steuerleitung 26 mit dem elektronischen Steuergerät 20
verbunden, um entsprechend dem im Brennstofftank 2
herrschenden Unterdruck elektrische Signale dem Steuergerät 20
zuzuführen. In allen anderen Betriebsbereichen der
Brennkraftmaschine im Bereich der oberen Teillast und
insbesondere im Bereich der Vollast ist keine Überprüfung der
Brennstoffanlage 1 möglich, da hierfür die Druckdifferenz
zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck zu gering
wäre, da sich nur ein geringer Unterdruck im Brennstofftank 2
aufbaut.
Erfindungsgemäß wird das Absperrventil 5, beispielsweise
zusätzlich zur Überprüfung der Brennstoffanlage 1, auch im
oberen Teillastbereich und insbesondere im Bereich der Vollast
der Brennkraftmaschine vom elektronischen Steuergerät 20
angesteuert, um in Schließstellung die Belüftungsleitung 14
abzusperren, damit keine Luft aus der Umgebung in die
Belüftungsleitung 14 in den Adsorptionsfilter 3 einströmen
kann. Zeitgleich zur Ansteuerung des Absperrventils 5 oder vor
dem Ansteuern des Absperrventils 5 wird das Regenerierventil 4
ebenfalls vom elektronischen Steuergerät 20 angesteuert, damit
sich dieses in Öffnungsstellung befindet, um bei geöffnetem
Regenerierventil 4 und abgesperrter Belüftungsleitung 14 im
Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der
Vollast der Brennkraftmaschine Brennstoffdämpfe des
Brennstofftanks 2 über die Tankleitung 10 in den
Adsorptionsfilter 3 und von diesem über die Verbindungsleitung
11 zum Regenerierventil 4 und über die Ventilleitung 12 in das
Ansaugrohr 15 einzuleiten. Das Ausströmen der Brennstoffdämpfe
vom Brennstofftank 2 in das Ansaugrohr 15 wird durch eine
Druckdifferenz zwischen dem Ansaugrohrunterdruck im Ansaugrohr
15 und dem sich aus einzelnen Partialdrücken der einzelnen
Bestandteile des Brennstoffes zusammensetzenden Dampfdruck im
Brennstofftank 2 bewirkt. Diese Druckdifferenz baut sich durch
das Öffnen des Regenerierventils 4 durch eine
Ausgleichsströmung wieder ab, wobei unterstützt durch den
Ansaugrohrunterdruck die Brennstoffdämpfe vom Brennstofftank
2, beziehungsweise vom Adsorptionsfilter 3 in das Ansaugrohr
15 einströmen. Dies ist nur im oberen Teillastbereich und
insbesondere im Vollastbereich der Brennkraftmaschine der
Fall, da nur in diesen Betriebsbereichen der Betrag des
Ansaugrohrunterdruckes gegenüber dem Umgebungsdruck kleiner
ist als und der Betrag des Brennstofftanküberdrucks gegenüber
dem Umgebungsdruck. Die Ausgleichsströmung ist insbesondere
bei durch den Betrieb der Brennkraftmaschine erwärmtem
Brennstoff besonders ausgeprägt, da bei erwärmten Brennstoff
relativ viel Brennstoff im Brennstofftank 2 ausgast, so daß
sich eine große Druckdifferenz zwischen dem
Ansaugrohrunterdruck und dem Dampfdruck im Brennstofftank 2
ergibt, die sich durch die Ausgleichsströmung beim Öffnen des
Regenerierventils 4 bei geschlossenem Absperrventil 5 im
Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der
Vollast der Brennkraftmaschine wieder abbaut, wobei
Brennstoffdämpfe des Brennstofftanks 2 in das Ansaugrohr 15
eingeleitet werden. Beispielsweise baut sich bei geschlossenem
Regenerierventil 4 und geschlossenem Absperrventil 5 für
handelsüblichen Brennstoff, zum Beispiel für eine
gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine, schon
bei relativ niedriger Brennstofftemperatur von etwa 40°
Celsius ein erheblicher Dampfdruck im Brennstofftank 2 auf,
der Werte von über 1,9 Bar Überdruck im Brennstofftank 2
annehmen kann.
Vorteilhafterweise bewirkt die erfindungsgemäße Einleitung der
Brennstoffdämpfe im Bereich der oberen Teillast und
insbesondere im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine
zusätzlich zur herkömmlichen Einleitung im unteren
Teillastbereich, daß sich der Anteil der einleitbaren
Brennstoffdämpfe im unteren Teillastbereich, insbesondere im
Leerlauf der Brennkraftmaschine, deutlich reduziert, so daß
ein verbessertes Fahrverhalten mit verringerten
Abgasemissionen erzielbar ist. Die im Bereich der oberen
Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast
erfindungsgemäße Einleitung der Brennstoffdämpfe ist äußerst
problemlos, ohne Verschlechterung des Fahrverhaltens und ohne
Erhöhung der Abgasemissionen zu bewerkstelligen, da in diesen
Betriebsbereichen bereits von vorgesehenen Einspritzaggregaten
der Brennkraftmaschine ein Höchstmaß an Brennstoff der
Verbrennung zugeführt wird, so daß sich der Anteil der über
das Regenerierventil 4 eingeleiteten Brennstoffdämpfe nicht
nachteilig auswirkt.
Da der Fall auftreten kann, daß einerseits das Absperrventil 5
am Adsorptionsfilter 3, beispielsweise durch einen Defekt in
Schließstellung verbleibt und andererseits die
Brennkraftmaschine im Stillstand mit geschlossenem
Regenerierventil 4 einer starken Erwärmung ausgesetzt wird,
kann sich durch verstärkt ausgasende Brennstoffdämpfe ein
enormer Überdruck im Brennstofftank 2 aufbauen, der dann aus
Sicherheitsgründen über eine am Brennstofftank 2 vorgesehene
Sicherheitsvorrichtung 40 in Form eines Überdruckventils in
die Umgebung entweichen muß. Zusätzlich umfaßt die
Sicherheitsvorrichtung 40 noch ein Unterdruckventil, da auch
der Fall auftreten kann, daß während der Fahrt beim Betrieb
der Brennkraftmaschine das Absperrventil 5 in Schließstellung
verbleibt, so daß sich durch Öffnen des Regenerierventils 4
unter Umständen ein erheblicher Unterdruck im Brennstofftank 2
aufbaut, der dann aus Sicherheitsgründen bei einem bestimmten
Unterdruck durch Öffnen des Unterdruckventils durch in den
Brennstofftank 2 einströmende Luft ausgeglichen werden muß.
Claims (6)
1. Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine
Brennkraftmaschine, bei dem Brennstoffdämpfe eines
Brennstofftanks in ein Adsorptionsfilter und über ein eine
Öffnungsstellung oder eine Schließstellung einnehmendes
Regenerierventil in ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine
einleitbar sind, wobei der Adsorptionsfilter über ein eine
Öffnungsstellung oder eine Schließstellung einnehmendes
Absperrventil mit einer Belüftungsleitung in Verbindung zur
Atmosphäre steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung
der Brennstoffdämpfe in das Ansaugrohr (15) im Bereich der
oberen Teillast und/oder im Bereich der Vollast der
Brennkraftmaschine das Regenerierventil (4) in eine
Öffnungsstellung und das Absperrventil (5) in eine
Schließstellung gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zunächst das Regenerierventil (4) in eine Öffnungsstellung und
danach das Absperrventil (5) in eine Schließstellung gebracht
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
etwa zeitgleich das Regenerierventil (4) in eine
Öffnungsstellung und das Absperrventil (5) in eine
Schließstellung gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regenerierventil (4) und das Absperrventil (5) als
elektromagnetisch betätigbare Ventile ausgebildet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Ermittlung des Bereichs, in dem die Brennkraftmaschine
betrieben wird, ein Drehwinkelgeber (32) an einem Drosselorgan
(16) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Ermittlung des Bereichs, in dem die Brennkraftmaschine
betrieben wird, ein erster Drucksensor (34) in dem Ansaugrohr
(15) stromabwärts eines Drosselorgans (16) der
Brennkraftmaschine untergebracht ist.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Ipc: F02M 2508 |
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