WO2011104052A2 - Hochdruckpumpe und hochdruckspeicher - Google Patents

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    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump for the fuel injection system of an internal combustion engine having a pump housing in which at least one pump piston in a pump cylinder of a shaft for conveying fuel is movable, wherein the pumped fuel is supplied to a high-pressure accumulator, and wherein the high-pressure accumulator interconnected with at least one injector is.
  • Such a high-pressure pump is known from DE 10 2008 000 729 A1.
  • the high-pressure pump and a high-pressure accumulator are designed as separate components, which are connected to one another via a plurality of independent connection lines.
  • the high pressure pump is usually arranged on the internal combustion engine so that on the one hand a spatial proximity to the high-pressure accumulator is given, on the other hand, a trouble drive of the shaft in particular from the crankshaft or the camshaft of the internal combustion engine is possible.
  • the high-pressure accumulator is usually arranged close to the cylinder along this of the internal combustion engine.
  • the invention is based on the object, a high-pressure pump of a fuel injection system of an internal combustion engine in such a way that a compact attachment to the internal combustion engine is possible. Disclosure of the invention
  • the high-pressure pump and the high-pressure accumulator form a structural unit.
  • the advantage is initially created that no separate fasteners for the high-pressure pump and the high-pressure accumulator to the corresponding internal combustion engine are needed.
  • one or more connecting line (s) between the high-pressure pump and the high-pressure accumulator is saved by such a structural unit, which leads to a reduction of the components and possible leakage danger points.
  • the space requirement on the internal combustion engine is reduced by such a structural unit, which is advantageous, for example, with regard to the growing problem of the internal combustion engine in vehicles or work machines.
  • a weight reduction can be displayed.
  • the assembly according to the invention is particularly suitable for mounting on small internal combustion engines, for example with two cylinders or hybrid systems. But it is also conceivable to grow several units of multi-cylinder, for example, four- or six-cylinder, internal combustion engines.
  • At least a partial volume of the high-pressure accumulator is formed by an accumulator integrated in the pump housing.
  • the pressure accumulator substantially completely forms the high-pressure accumulator.
  • the pump housing has at least one cylinder head, in which a cooperating with the pump piston and the pump cylinder pump working chamber is embedded.
  • the pump housing on two opposite cylinder heads, wherein the pressure accumulator is arranged extending between the cylinder heads in the pump housing. This allows a space-saving and simple arrangement of the pressure accumulator.
  • a partial volume of the high-pressure accumulator in addition to the pressure accumulator by a recessed in at least one cylinder head high-pressure delivery line.
  • a partial volume of the high pressure accumulator may be formed by a check valve.
  • a partial volume of the high pressure accumulator can be formed by an extra volume.
  • the pressure accumulator has one or two injector connections.
  • the subject invention is preferably applicable.
  • a modular system is formed, which may have advantages over conventional solutions.
  • the pressure accumulator optionally supplemented by an extra volume connected to the accumulator, has a volume of 3 to 10 mm 3 .
  • Such a volume is particularly suitable for mounting on smaller two-cylinder internal combustion engines.
  • the shaft designed as an eccentric shaft interacts with an actuating body which is operatively connected to two axially opposed pump pistons.
  • the high-pressure system includes the accumulator with the injector connections and two non-return valves as well as the extra volume if necessary.
  • the inlet system contains the inlet pipes with the corresponding suction valves.
  • FIGURE shows a section through a high-pressure pump according to the invention with integrated high-pressure accumulator and further associated functional parts.
  • the high-pressure pump according to the invention with integrated high-pressure accumulator and other associated functional parts is an essential component of a common-rail injection system for, in particular, a self-igniting internal combustion engine operated with diesel fuel.
  • This common-rail injection system is designed for a fuel pressure of up to 3.00 bar.
  • the high-pressure pump has a one-piece or multi-part pump housing 1 made of steel or cast iron, on each of which a cylinder head 2, likewise made of steel or gray cast iron, is mounted on opposite sides.
  • the high-pressure pump is mounted on a suitable location of an internal combustion engine, but can also be at least partially integrated into existing components of the internal combustion engine such as the cylinder head.
  • an eccentric shaft 3 is mounted, which is driven for example in a suitable form by a shaft, for example, the camshaft of the internal combustion engine.
  • the eccentric shaft 3 cooperates with an actuating body 4, which in turn is guided in a suitable manner in the pump housing 1.
  • the actuating body 4 is operatively connected to two opposite pump pistons 5. During a rotational movement of the eccentric shaft 3, this rotational movement is converted by the actuating body 4 into an axial movement transmitted to the pump piston 5.
  • the axial movements of the two pump pistons 5 are in each case directed counter to an associated pump cylinder 6, in which the pump pistons 5 are guided.
  • the pump piston 5 are each pressed by a pump spring 7 against the actuator body 4.
  • the pump spring 7 is supported in each case on a cylinder head 2 and a thrust washer 9 interacting with a pump piston foot 8 of the pump piston 5.
  • the pump piston foot 8 in turn is in direct operative connection with the actuating body 4.
  • the pump piston foot can carry as a roller Roller shoe are formed, in which case the roller rolls directly or indirectly on the eccentric of the eccentric shaft.
  • the fuel to be delivered is supplied to the high-pressure pump via a fuel feed system 10 arranged on the left-hand side of the high-pressure pump and conveyed by the pump piston 5 into a high-pressure fuel system 11 situated on the right-hand side.
  • the fuel supply system 10 includes supply lines 12 a, which are embedded in the housing 1.
  • the feed line 12b cooperates with intake valves 13 inserted into the opposite cylinder heads 2, via which the fuel normally supplied from a tank via a pre-pressure pump to high-pressure conveyor systems 14 let into both cylinder heads 2.
  • Each high-pressure delivery system 14 comprises a pump working space 20 cooperating with the pump piston 5 and a high-pressure delivery line 21 cooperating therewith, which connects the suction valve 13 to a non-return valve 15 arranged on the side of the high-pressure fuel system 11.
  • the two high pressure conveyor lines 21 are incorporated from the side of the high-pressure fuel system 1 1 in the two cylinder heads 7 and the two inlet openings closed with plug 22.
  • the two check valves 15 are directly with a part of the high-pressure fuel system 1 1 forming and a diameter di-comprising pressure accumulator 16, which in turn is embedded in the pump housing 1 and the two high-pressure conveyor systems 14 connects, interconnected. From the accumulator 16 branch off two injector ports 17, each having a diameter d 2 . Furthermore, the pressure accumulator 16 has a connection for a rail pressure sensor 18. In addition, the pressure accumulator 16 may be connected to a suitable volume within or outside the housing 1 arranged extra volume 19 in the form of a line with the diameter d 3 .
  • the usable total Raiivolumen the high-pressure fuel system 1 1 is composed of the volume of a high-pressure accumulator, which consists of the individual volume of the two high pressure conveyor lines 21, the two check valves 15, the pressure accumulator 16, the injector 17 and optionally the extra volume 19.
  • the diameter di of the accumulator 16 is greater than the diameter d 2 of the injector 17 or the Diameter d 3 of the extra volume 19. This expresses that in the housing 1 and the cylinder heads 2 a Raiivolumen forming total volume is housed consisting of the individual components of the high-pressure accumulator.
  • the volume of the pressure accumulator 16 should optionally be supplemented by the volume of the extra volume 19 between 3 and 10 mm 3 .

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Abstract

Hochdruckpumpe für das Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1), in dem zumindest ein Pumpenkolben (5) in einem Pumpenzylinder (6) von einer Welle zur Förderung von Kraftstoff bewegbar ist, wobei der geförderte Kraftstoff einem Hochdruckspeicher zugeführt wird, und wobei der Hochdruckspeicher mit zumindest einem Injektor verschaltet ist. Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine derart weitergebildet, dass ein kompakter Anbau an der Brennkraftmaschine möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hochdruckpumpe und der Hochdruckspeicher eine Baueinheit bilden.

Description

Beschreibung Titel:
Hochdruckpumpe und Hochdruckspeicher
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für das Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in dem zumindest ein Pumpenkolben in einem Pumpenzylinder von einer Welle zur Förderung von Kraftstoff bewegbar ist, wobei der geförderte Kraftstoff einem Hochdruckspeicher zugeführt wird, und wobei der Hochdruckspeicher mit zumindest einem Injektor verschaltet ist.
Stand der Technik
Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der DE 10 2008 000 729 A1 bekannt. Dabei sind die Hochdruckpumpe und ein Hochdruckspeicher als separate Bauteile ausgebildet, die über mehrere eigenständige Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind. Dabei ist die Hochdruckpumpe gewöhnlich an der Brennkraftmaschine so angeordnet, dass einerseits eine räumliche Nähe zu dem Hochdruckspeicher gegeben ist, andererseits ein problemloser Antrieb der Welle insbesondere von der Kurbelwelle oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine möglich ist. Der Hochdruckspeicher ist gewöhnlich zylinderkopfnah entlang diesem der Brennkraftmaschine angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, dass ein kompakter Anbau an der Brennkraftmaschine möglich ist. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochdruckpumpe und der Hochdruckspeicher eine Baueinheit bilden. Dadurch ist zunächst einmal der Vorteil geschaffen, dass keine separaten Befestigungen für die Hochdruckpumpe und den Hochdruckspeicher an der entsprechenden Brennkraftmaschine nötig sind. Weiterhin wird durch eine solche Baueinheit eine oder mehrere Verbindungsleitung(en) zwischen der Hochdruckpumpe und dem Hochdruckspeicher eingespart, was zu einer Verringerung der Bauteile und möglichen Leckagegefahrenstellen führt. Schließlich ist durch eine solche Baueinheit der Platzbedarf an der Brennkraftmaschine verringert, was beispielsweise bezüglich der Anbauproblematik der Brennkraftmaschine in Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen vorteilhaft ist. Weiterhin ist durch eine solche Baueinheit eine Gewichtsreduzierung darstellbar. Die erfindungsgemäße Baueinheit eignet sich insbesondere zum Anbau an kleine Brennkraftmaschinen beispielsweise mit zwei Zylindern oder Hybridsysteme. Es ist aber auch denkbar, mehrere Baueinheiten an mehrzylindige, beispielsweise vier- oder sechszylindrige, Brennkraftmaschinen anzubauen.
In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers von einem in das Pumpengehäuse integrierten Druckspeicher gebildet ist. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der Druckspeicher im Wesentlichen vollständig den Hochdruckspeicher bildet.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Pumpengehäuse zumindest einen Zylinderkopf auf, in dem ein mit dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder zusammenwirkender Pumpenarbeitsraum eingelassen ist. Dabei weist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung das Pumpengehäuse zwei gegenüberliegende Zylinderköpfe auf, wobei der Druckspeicher sich zwischen den Zylinderköpfen erstreckend in dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Dies ermöglicht eine platzsparende und einfache Anordnung des Druckspeichers.
In weiterer Ausgestaltung ist es aber auch vorgesehen, ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers zusätzlich zu dem Druckspeicher durch eine in zumindest einem Zylinderkopf eingelassene Hochdruckförderleitung zu bilden. Ergänzend kann ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers durch ein Rückschlagventil gebildet sein. Wiederum ergänzend kann ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers durch ein Extravolumen gebildet sein. Hier ist eine Auswahl bzw. Kombination entsprechend der sich individuell ergebenden Gegebenheiten möglich. Diese Komponenten sind vorteilhaft in dem Pumpengehäuse angeordnet.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Druckspeicher einen oder zwei Injektoranschlüsse auf. Insbesondere bei einzylindrigen oder zweizylindrigen Brennkraftmaschinen ist - wie ausgeführt - der Erfindungsgegenstand bevorzugt anwendbar. Es ist aber auch denkbar, mehr als zwei Injektoranschlüsse an den Druckspeicher vorzusehen oder aber beispielsweise bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine zwei erfindungsgemäße Baueinheiten mit jeweils zwei Injektoranschlüssen an der Brennkraftmaschine zu verbauen. Dadurch ist ein Baukastensystem gebildet, das gegenüber herkömmlichen Lösungen Vorteile aufweisen kann.
In weiterer Ausgestaltung weist der Druckspeicher, gegebenenfalls ergänzt durch ein mit dem Druckspeicher verschaltetes Extravolumen, ein Volumen von 3 bis 10 mm3 auf. Ein solches Volumen ist insbesondere zum Anbau an kleinere zweizylindrige Brennkraftmaschinengeeignet.
Dabei wirkt wiederum in vorteilhafter Weiterbildung die als Exzenterwelle ausgebildete Welle mit einem Betätigungskörper zusammen, der mit zwei axial gegenüberliegenden Pumpenkolben wirkverbunden ist. Dies stellt eine kompakt bauende Baueinheit dar, wobei wiederum in weiterer Ausgestaltung auf der einen Seite dieser Baueinheit ein Kraftstoffzulaufsystem und der gegenüberliegenden Seite ein Hochdrucksystem platziert ist. Das Hochdrucksystem beinhaltet den Druckspeicher mit den Injektoranschlüssen und zwei Rückschlagventile sowie gegebenenfalls das Extravolumen. Das Zulaufsystem beinhaltet die Zulaufleitungen mit den entsprechenden Saugventilen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Hockdruckpum mit integrierten Hochdruckspeicher und weiteren zugehörigen Funktionsteilen.
Ausführungsform der Erfindung
Die erfindungsgemäße Hockdruckpumpe mit integrierten Hochdruckspeicher und weiteren zugehörigen Funktionsteilen ist wesentlicher Bestandteil eines Com- mon-Rail-Einspritzsystems für insbesondere eine selbstzündende mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine. Dieses Common-Rail-Einspritzsystem ist für einen Kraftstoff druck bis 3.00 bar ausgelegt.
Die Hochdruckpumpe weist ein aus Stahl oder Grauguss gefertigtes ein- oder mehrteiliges Pumpengehäuse 1 auf, an dem auf gegenüberliegenden Seiten jeweils ein ebenfalls aus Stahl oder Grauguss gefertigter Zylinderkopf 2 montiert ist. Die Hochdruckpumpe ist an einer geeigneten Stelle einer Brennkraftmaschine angebaut, kann aber auch zumindest teilweise in vorhandene Bauteile der Brennkraftmaschine wie beispielsweise deren Zylinderkopf integriert sein.
In dem Pumpengehäuse 1 ist eine Exzenterwelle 3 gelagert, die beispielsweise in geeigneter Form von einer Welle, beispielsweise der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Exzenterwelle 3 wirkt mit einem Betätigungskörper 4 zusammen, der wiederum in geeigneter Weise in dem Pumpengehäuse 1 geführt ist. Der Betätigungskörper 4 ist mit zwei gegenüberliegenden Pumpenkolben 5 wirkverbunden. Bei einer Drehbewegung der Exzenterwelle 3 wird diese Drehbewegung von dem Betätigungskörper 4 in eine auf die Pumpenkolben 5 übertragene Axialbewegung umgewandelt. Dabei sind die Axialbewegungen der beiden Pumpenkolben 5 jeweils bezogen auf einen zugehörigen Pumpenzylinder 6, in dem die Pumpenkolben 5 geführt sind, entgegen gerichtet. Weiterhin werden die Pumpenkolben 5 jeweils von einer Pumpenfeder 7 gegen den Betätigungskörper 4 gedrückt. Dabei stützt sich die Pumpenfeder 7 an jeweils einem Zylinderkopf 2 und einer mit einem Pumpenkolbenfuss 8 des Pumpenkolbens 5 zusammenwirkenden Druckscheibe 9 ab. Der Pumpenkolbenfuss 8 steht seinerseits mit dem Betätigungskörper 4 in einer direkten Wirkverbindung. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, andere Übertragungssysteme zu realisieren. So kann der Pumpenkolbenfuss als ein eine Rolle tragender Rollenschuh ausgebildet seien, wobei dann die Rolle direkt oder indirekt auf dem Exzenter der Exzenterwelle abrollt.
Der zu fördernde Kraftstoff wird der Hochdruckpumpe über ein auf der linken Seite der Hochdruckpumpe angeordnetes Kraftstoffzulaufsystem 10 zugeführt und von den Pumpenkolben 5 in ein auf der rechten Seite liegendes Kraftstoffhochdrucksystem 1 1 gefördert.
Das Kraftstoffzulaufsystem 10 umfasst Zulaufleitungen 12a, die in das Gehäuse 1 eingelassen sind. Die Zulaufleitung 12b wirkt mit in die gegenüberliegenden Zylinderköpfe 2 eingelassenen Saugventilen 13 zusammen, über die der normalerweise aus einem Tank über eine Vordruckpumpe zugeführte Kraftstoff zu in beiden Zylinderköpfen 2 eingelassene Hochdruckfördersystemen 14 gelangt. Jedes Hochdruckfördersystem 14 umfasst einen mit dem Pumpenkolben 5 zusammenwirkenden Pumpenarbeitsraum 20 und eine damit zusammenwirkende Hochdruckförderleitung 21 , die das Saugventil 13 mit einem auf der Seite des Kraftstoffhochdrucksystems 1 1 angeordneten Rückschlagventil 15 verbindet. Die beiden Hochdruckförderleitungen 21 sind von der Seite des Kraftstoffhochdrucksystems 1 1 in die beiden Zylinderköpfe 7 eingearbeitet und die beiden Eintrittsöffnungen mit Stopfen 22 verschlossen. Die beiden Rückschlagventile 15 sind direkt mit einem einen Teil des Kraftstoffhochdrucksystems 1 1 bildenden und einen Durchmesser di aufweisenden Druckspeicher 16, der wiederum in das Pumpengehäuse 1 eingelassen ist und die beiden Hochdruckfördersysteme 14 verbindet, verschaltet. Von dem Druckspeicher 16 zweigen zwei Injektoranschlüsse 17 ab, die jeweils einen Durchmesser d2 aufweisen. Weiterhin weist der Druckspeicher 16 einen Anschluss für einen Raildrucksensor 18 auf. Zusätzlich kann der Druckspeicher 16 mit einem in geeigneter Stelle innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Extravolumen 19 in Form einer Leitung mit dem Durchmesser d3 verschaltet sein.
Das nutzbare gesamte Raiivolumen des Kraftstoffhochdrucksystems 1 1 setzt sich zusammen aus dem Volumen eines Hochdruckspeichers, der aus den Einzelvolumen der beiden Hochdruckförderleitungen 21 , der beiden Rückschlagventile 15, des Druckspeichers 16, den Injektoranschlüssen 17 und gegebenenfalls des Extravolumens 19 zusammensetzt. Dabei ist der Durchmesser di des Druckspeichers 16 größer als der Durchmesser d2 der Injektoranschlüsse 17 oder des Durchmessers d3 des Extravolumens 19. Dies drückt aus, dass in dem Gehäuse 1 beziehungsweise den Zylinderköpfen 2 ein das Raiivolumen bildendes Gesamtvolumen bestehend aus den einzelnen Komponenten des Hochdruckspeichers untergebracht ist. Dabei soll das Volumen des Druckspeichers 16 gegebenenfalls ergänzt durch das Volumen des Extravolumens 19 zwischen 3 und 10 mm3 betragen.

Claims

Ansprüche
1 . Hochdruckpumpe für das Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1 ), in dem zumindest ein Pumpenkolben (5) in einem Pumpenzylinder (6) von einer Welle zur Förderung von Kraftstoff bewegbar ist, wobei der geförderte Kraftstoff einem Hochdruckspeicher zugeführt wird, und wobei der Hochdruckspeicher mit zumindest einem Injektor verschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, die Hochdruckpumpe und der Hochdruckspeicher eine Baueinheit bilden.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers von einem in das Pumpengehäuse (1 ) integrierten Druckspeicher (16) gebildet ist.
3. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1 ) zumindest einen Zylinderkopf (2) aufweist, in dem ein mit dem Pumpenkolben (5) und dem Pumpenzylinder (6) zusammenwirkender Pumpenarbeitsraum (20) eingelassen ist.
4. Hochdruckpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1 ) zwei gegenüberliegende Zylinderköpfe (2) aufweist und dass der Druckspeicher (16) im Pumpengehäuse (1 ) sich erstreckend zwischen den Zylinderköpfen (2) angeordnet ist.
5. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers durch eine in zumindest einem Zylinderkopf (2) eingelassene Hochdruckförderleitung (21 ) gebildet ist.
6. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers durch ein Rückschlagventil (15) gebildet ist.
7. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilvolumen des Hochdruckspeichers durch ein Extravolumen (19) gebildet ist.
8. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (16) zumindest zwei Injektoranschlüsse (17) aufweist.
9. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher ein Volumen von 3-10 mm3 aufweist.
10. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Exzenterwelle (3) ist.
1 1 . Hochdruckpumpe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (3) mit einem Betätigungskörper (4) zusammenwirkt, der mit zwei axial gegenüberliegenden Pumpenkolben (5) wirkverbunden ist.
12. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Pumpengehäuses (1 ) bezogen auf die von der Welle und den zumindest einen Pumpenkolben (5) definierte Ebene ein Kraftstoffzulaufsystem (10) und auf der gegenüberliegenden Seite ein Kraftstoffhochdrucksystem (1 1 ) angeordnet ist.
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