WO2014095404A1 - Ventilvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Ventilvorrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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cross
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Sybille MONTIGNY
Joachim Von Willich
Peter Kohlen
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Continental Automotive Gmbh
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    • F16K47/00—Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/08—Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level and having a throttling member separate from the closure member, e.g. screens, slots, labyrinths

Definitions

  • a valve device for a motor vehicle having a housing, a befind ⁇ union in the housing flow channel, a being arrange ⁇ th in the flow channel flap for closing the flow channel, wherein the flap is fixed to an axis, the axis is rotatably mounted in the housing and a valve disposed in the flow channel th valve seat, which is in the closed position of the flap in contact therewith.
  • Valve devices of this kind are used, for example, as throttle valves or exhaust gas recirculation valves and have been known for a long time.
  • the valve device By the pivoted flap, it is possible, the flow channel completely to open such striglie ⁇ SEN or that a maximum mass flow rate occurs.
  • the valve device is designed for the maximum mass flow rate and thus for the free flow cross-section in the region of the flap.
  • Respect ⁇ Lich regulating the mass flow rate the greatest difficulty is the minimum mass flow rate at which the valve from the closed state only a few degrees is pivoted a sufficient control performance to erzie ⁇ len.
  • a careful coordination with regard to the geometry and the material pairings between the flap and the flow channel is required.
  • the invention has for its object to provide a vent ilvorrich- processing, can be implemented with little effort with just one flow channel ⁇ cross-section with different maximum masses ⁇ throughputs.
  • the object is achieved in that at least one portion of the flow channel adjacent to the valve seat has a smaller cross section than the inner diameter of the valve seat.
  • the adaptation of a section of the flow channel to a new, smaller maximum mass throughput is associated with significantly less effort, so that very many applications are covered with the valve device according to the invention.
  • the portion of the flow channel is arranged with a smaller cross-section downstream of the valve seat. This change in the flow channel can be produced with very little effort, since such valve devices usually have cast metal housing and the modified flow channel is already generated with the casting process by a modified core.
  • a modified casting process for producing the valve housing is avoided in that the flow channel with a smaller cross section is formed by an insert arranged in the flow channel and adjacent to the valve seat, the insert having a smaller cross section than the inner diameter of the valve seat.
  • the flow channel is formed with a smaller cross-section of two arranged in the flow channel inserts, wherein an insert is disposed on both sides of the valve seat, and both inserts have a dress ⁇ neren cross-section than the inner diameter of the valve seat.
  • the at least one insert or the flow ⁇ channel is designed so that widens the smaller cross section in the direction of the valve seat continuously up to the inner diameter of the valve seat.
  • the insert or the flow channel with the smaller cross-section than the valve ⁇ seat is rotationally symmetrical. If the maximum mass flow rate is only slightly reduced, can have a dome-shaped cross-sectional reduction, which extends only over a part of the circumference, preferably ⁇ example over a range of 90 ° to 180 ° of the circumference according to further advantageous embodiments, the use or the flow channel, it ⁇ stretches
  • valve seat and / or the respective insert in the flow channel is particularly simple when they are screwed or pressed. Turbulence in the flow due to the decreasing cross-section can be reduced so that the cross section of at least one insert continuously merges into the cross section of the flow channel. This means that are at this point by ⁇ diameter of the at least one insert and the flow channel is equal. This can be done on the one hand by a reduced cross-section in the flow channel. Since for receiving the insert in the flow channel this must already have a smaller cross-section, the corresponding adjustment to the cross-sectional dimension of the insert is associated with little effort.
  • a continuous transition between flow channel and insert without adaptation of the flow channel is achieved in that the insert has a directed in the direction of the flow channel contour that widens from the smallest cross section to the cross section of the flow channel.
  • This extension can be designed in the manner of a funnel frusto-conical or with a concave or convex lateral surface.
  • the cross section of the flow channel is extended in the further course back to the original cross section. With this embodiment, an un ⁇ disturbed transition of the flow channel of the housing is ensured to the connected components in the flow path. Supply additional adjustments or transition parts are not erfor ⁇ sary.
  • valve device of FIG. 1 further embodiments of the valve device of FIG. 1.
  • Figure 1 shows an exhaust gas recirculation valve with a housing 1, a flow channel located in the housing 2, in which a disc-shaped flap 3 is arranged.
  • the flap 3 is fixedly connected to an axle 4 and the axle 4 is rotatably mounted in the housing 1.
  • the axis 4 is driven by an electric motor 5 arranged in the housing 1, wherein between-see axis 4 and electric motor 5, a gear 6 is interposed ⁇ .
  • Figure 2 shows a portion of the flow channel 2 of Figure 1 in section.
  • the disc-shaped flap 3 is rotatably secured by a welded connection. In the illustration shown, the flap 3 is opened approximately halfway. The sealing takes place via a sealing ring
  • the sealing ring 7 seals the flow channel 2 against the inner wall of a ring 8 inserted into the flow channel 2, so that the ring acts as a valve seat 8.
  • the flap 3 opens by releasing a flow cross-section in the flow channel 2, which increases with increasing rotation.
  • the valve seat 8 is pressed into the flow channel 2.
  • the flow channel 2 has a portion 9, which has a smaller cross-section than the inner diameter of the valve seat 8.
  • the cross-section of the section 9 defines the maximum mass flow rate of the valve device. For a defined flow of the fluid, the cross section of the flow channel 2 widens continuously from the smallest cross section in the section 9 towards the valve seat
  • Figure 3 shows a further embodiment in which the portion 9 is formed not from the flow channel 2, but of a A ⁇ set 11, the insert 11 has the same inner contour as in FIG. 2.
  • Figure 3a shows an embodiment with an insert according to figure 3, wherein the dome-shaped inner contour of the Einsat ⁇ zes 11 through 90 ° and thus extends ER only over part of the circumference. It is also conceivable, such a dome-shaped
  • an insert 11, 12 is disposed on both sides of the valve seat 8.
  • the inserts 11, 12 have the same structure and are arranged so that the respective smallest cross-section 13, 14 faces away from the valve seat 8.
  • the concave inner contour results in a continuously changing cross-section, which causes a relatively good flow in the region of the valve seat 8 and the inserts 11, 12.
  • Can be the two inserts 11, 12 provide by their embodiment a portion within the flow channel 2 with an adapted to the smaller maximum mass flow volume whereby the controllability of this mass flow rate by means of the two A ⁇ sets 11, 12 arranged flap 3 very precisely adjusted ,

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 1 einem in dem Gehäuse 1 befindlichen Strömungskanal 2, einer in dem Strömungskanal 2 angeordneten Klappe 3 zum Verschließen des Strömungskanals 2, wobei die Klappe 3 Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe 3 durchdringende Achse 4 befestigt ist, und die Achse 4 drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist und einem im Strömungskanal 2 angeordneten Ventilsitz 8, der in Schließstellung der Klappe 3 mit dieser in Kontakt steht. Zumindest ein zum Ventilsitz 8 benachbarter Abschnitt des Strömungskanals 2 weist einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 8 auf.

Description

Beschreibung
Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befind¬ lichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordne¬ ten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordne¬ ten Ventilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht.
Derartige Ventilvorrichtungen finden beispielsweise als Dros- selklappenstut zen oder Abgasrückführventilen Verwendung und sind seit langem bekannt. Durch die drehbar gelagerte Klappe ist es möglich, den Strömungskanal vollständig zu verschlie¬ ßen oder derart zu öffnen, dass ein maximaler Massendurchsatz erfolgt. Dementsprechend ist die Ventilvorrichtung nach dem maximalen Massendurchsatz und damit nach dem freien Strömungsquerschnitt im Bereich der Klappe ausgelegt. Hinsicht¬ lich der Regelung des Massendurchsatzes besteht die größte Schwierigkeit darin, beim minimalen Massendurchsatz, bei dem die Klappe aus dem geschlossenen Zustand lediglich wenige Grad verschwenkt wird, eine hinreichende Regelgüte zu erzie¬ len. Hierfür ist eine sorgfältige Abstimmung hinsichtlich der Geometrie und der Materialpaarungen zwischen der Klappe und dem Strömungskanal erforderlich. Dazu ist es bekannt, im Be¬ reich der Schließstellung der Klappe einen Ventilsitz im Strömungskanal anzuordnen, der entsprechend auf die Klappe und gegebenenfalls auf die am Umfang der Klappe angeordnete Dichtung abgestimmt ist. Nachteilig hierbei ist, dass für verschiedene Anforderungen, die einen unterschiedlichen Maximaldurchsatz erfordern, jeweils unterschiedliche Ventilvor- richtungen mit entsprechend abgestimmten Klappen und Ventilsitzen bereitgestellt werden müssen. Aufgrund der exakten Ab- Stimmung gestalten sich die verschiedenen Ventilvorrichtungen sehr aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vent ilvorrich- tung zu schaffen, mit der unterschiedliche maximale Massen¬ durchsätze mit geringem Aufwand mit nur einem Strömungskanal¬ querschnitt realisiert werden können.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass zumindest ein zum Ven- tilsitz benachbarter Abschnitt des Strömungskanals einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweist .
Die Ausbildung eines kleineren Querschnitts im Strömungska- nal, der sich nur über eine Teillänge des Strömungskanals in der Ventilvorrichtung erstreckt, wird das Erfordernis des ma¬ ximalen Massendurchsatzes nicht mehr durch die frei durch¬ strömbare Querschnittsfläche von Klappe und Ventilsitz son¬ dern vom Strömungskanal bestimmt. Das ermöglicht die Ausbil- dung der anderen Abschnitte des Strömungskanals mit anderen, insbesondere größeren Querschnitten. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass dadurch auch größere Ventilsitze mit entsprechenden Klappen eingesetzt werden können. Es muss somit nicht für jeden neuen maximalen Massendurchsatz eine neue Klappe mit angepasstem Ventilsitz entwickelt werden, sondern es kann auf bestehende Klappen und Ventilsitze zugegriffen werden. Da die Anpassung von Klappe und Ventilsitz hinsichtlich der Regelung deutlich aufwändiger ist, führt die Verwendung bestehender Teile zu erheblichen Vereinfachungen. Dage- gen ist die Anpassung eines Abschnitts des Strömungskanals an einen neuen kleineren maximalen Massendurchsatz mit deutlich weniger Aufwand verbunden, so dass mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung sehr viele Einsatzfälle abgedeckt. So las¬ sen sich auch bestehende Gehäusestrukturen verwenden, da die Anpassung lediglich auf den Strömungskanal beschränkt ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abschnitt des Strömungskanals mit kleinerem Querschnitt stromabwärts des Ventilsitzes angeordnet. Diese Änderung des Strömungskanals lässt mit besonders geringem Aufwand erzeugen, da derartige Ventilvorrichtungen in der Regel Metallgussgehäuse besitzen und der veränderte Strömungskanal bereits mit dem Gießprozess durch einen modifizierten Kern erzeugt wird.
Ein modifizierter Gussprozess zum Herstellen des Ventilgehäu- ses wird gemäß einer anderen Ausgestaltung dadurch vermeiden, dass der Strömungskanal mit kleinerem Querschnitt von einem im Strömungskanal und benachbart zum Ventilsitz angeordneten Einsatz gebildet ist, wobei der Einsatz einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass nicht nur Ventilsitz und Klappe, sondern auch das Gehäuse nicht mehr nur für einen Anwendungsfall, sondern für alle neuen Anwendungsfälle einsetzbar ist. Da die Anpassung an neue maxi¬ male Massendurchsätze ausschließlich durch den Einsatz er- folgt, können alle anderen Bauteile unverändert übernommen werden. Der Strömungskanal muss lediglich zur Aufnahme des Einsatzes vorbereitet werden. Diese Anpassung ist jedoch mit geringem Aufwand herstellbar. In einer anderen Ausgestaltung ist der Strömungskanal mit kleinerem Querschnitt von zwei im Strömungskanal angeordneten Einsätzen gebildet, wobei zu beiden Seiten des Ventilsitzes je ein Einsatz angeordnet ist, und beide Einsätze einen klei¬ neren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweisen. Mit dieser Ausgestaltung wird innerhalb der beiden Einsätze ein an den kleineren maximalen Massendurchsatz ange- passtes Volumen geschaffen, was die Regelbarkeit durch die zwischen den beiden Einsätzen angeordnete Klappe verbessert wird .
Um ein möglichst verwirbelungsfreies Strömen um die Klappe und somit eine gute Regelbarkeit zu ermöglichen und sicherzu- stellen, ist der mindestens eine Einsatz oder der Strömungs¬ kanal so ausgestaltet, dass sich der kleinere Querschnitt in Richtung des Ventilsitzes kontinuierlich bis zum Innendurchmesser des Ventilsitzes erweitert. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Querschnittsreduzierung erst bei großen Öffnungswinkeln der Klappe zum Tragen kommt, während bei kleinen Öffnungswinkeln die weiterhin gute Regelbarkeit aufgrund des großen Querschnitts des Ventilsitzes erhalten bleibt .
In einer einfachen Ausgestaltung ist der Einsatz oder der Strömungskanal mit dem kleineren Querschnitt als der Ventil¬ sitz rotationssymmetrisch ausgeführt. Sofern der maximale Massendurchsatz nur geringfügig verkleinert ist, kann gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen, der Einsatz oder der Strömungskanal eine kalottenförmige Querschnittsverringerung aufweisen, die sich nur über einen Teil des Umfangs, vorzugs¬ weise über einen Bereich von 90° bis 180° des Umfangs, er¬ streckt
Die Anordnung des Ventilsitzes und/oder des jeweiligen Einsatzes im Strömungskanal gestaltet sich besonders einfach, wenn sie eingeschraubt oder eingepresst sind. Verwirbelungen in der Strömung aufgrund des sich verringernden Querschnitts lassen sich reduzieren, dass der Querschnitt mindestens eines Einsatzes kontinuierlich in den Querschnitt des Strömungskanals übergeht. Das bedeutet, dass die Durch¬ messer des mindestens einen Einsatzes und des Strömungskanal an dieser Stelle gleich sind. Dies kann zum einen durch einen verkleinerten Querschnitt im Strömungskanal erfolgen. Da zur Aufnahme des Einsatzes im Strömungskanal dieser ohnehin einen kleineren Querschnitt besitzen muss, ist die entsprechende Anpassung auf das Querschnittsmaß des Einsatzes mit geringem Aufwand verbunden. Ein kontinuierlicher Übergang zwischen Strömungskanal und Einsatz ohne eine Anpassung des Strömungskanals wird dadurch erreicht, dass der Einsatz eine in Richtung Strömungskanal gerichtete Kontur aufweist, die sich vom kleinsten Quer- schnitt zum Querschnitt des Strömungskanals erweitert. Diese Erweiterung kann nach Art eines Trichters kegelstumpfförmig oder mit konkaver oder konvexer Mantelfläche ausgebildet sein . In einer weiteren Ausgestaltung ist der Querschnitt des Strömungskanals im weiteren Verlauf wieder auf den ursprünglichen Querschnitt erweitert. Mit dieser Ausgestaltung wird ein un¬ gestörter Übergang des Strömungskanals des Gehäuses zu den angeschlossenen Bauteilen im Strömungspfad gewährleistet. Zu- sätzliche Anpassungen oder Übergangsteile sind nicht erfor¬ derlich .
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung,
Fig. 2 der Strömungskanal der Ventilvorrichtung nach
Fig. 1 und
Fig. 3 - 4 weitere Ausführungsformen der Ventilvorrichtung nach Fig . 1.
Figur 1 zeigt ein Abgasrückführventil mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotor 5 angetrieben, wobei zwi- sehen Achse 4 und Elektromotor 5 ein Getriebe 6 zwischenge¬ schaltet ist. Figur 2 zeigt einen Teil des Strömungskanals 2 nach Figur 1 im Schnitt. An der Achse 4 ist die scheibenförmige Klappe 3 mittels einer Schweißverbindung drehfest befestigt. In der gezeigten Darstellung ist die Klappe 3 annähernd zur Hälfte geöffnet. Die Abdichtung erfolgt dabei über einen Dichtring
7, der in einer Nut der Klappe 3 angeordnet ist. Der Dicht¬ ring 7 dichtet den Strömungskanal 2 gegen die Innenwandung eines in den Strömungskanal 2 eingesetzten Rings 8 ab, so dass der Ring als Ventilsitz 8 wirkt. Bei einer Drehung der Welle 4 im Uhrzeigersinn öffnet die Klappe 3, indem sie einen Strömungsquerschnitt im Strömungskanal 2 freigibt, der mit zunehmender Drehung größer wird. Der Ventilsitz 8 ist in den Strömungskanal 2 eingepresst. In Strömungsrichtung nach dem Ventilsitz 8 besitzt der Strömungskanal 2 einen Abschnitt 9, der einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 8 aufweist. Durch den Querschnitt des Abschnitts 9 wird der maximale Massendurchsatz der Ventilvorrichtung definiert. Für ein definiertes Strömen des Fluids erweitert sich der Querschnitt des Strömungskanals 2 kontinuierlich von dem kleinsten Querschnitt im Abschnitt 9 hin zum Ventilsitz
8, so dass der Querschnitt sich ohne Absätze oder Sprünge än¬ dert. Die Wand des Strömungskanals 2 ist in diesem Bereich 10 konkav ausgebildet. In Strömungsrichtung nach dem Abschnitt 9 erweitert sich der Strömungskanal 2 auf seinen ursprünglichen Querschnitt.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung, in der der Abschnitt 9 nicht vom Strömungskanal 2, sondern von einem Ein¬ satz 11 gebildet wird, wobei der Einsatz 11 die gleiche In- nenkontur wie in Fig. 2 aufweist.
Figur 3a zeigt eine Ausgestaltung mit einem Einsatz nach Figur 3, wobei sich die kalottenförmige Innenkontur des Einsat¬ zes 11 über 90° und somit nur über einen Teil des Umfangs er- streckt. Es ist auch denkbar, eine solche kalottenförmige
Kontur im Bereich 10 des Strömungskanals 2 nach Figur 2 auszubilden . In Figur 4 ist zu beiden Seiten des Ventilsitzes 8 ein Einsatz 11, 12 angeordnet. Die Einsätze 11, 12 besitzen den gleichen Aufbau und sind so angeordnet, dass der jeweils kleinste Querschnitt 13, 14 dem Ventilsitz 8 abgewandt ist. Mit dieser Anordnung ergibt sich insbesondere durch die konkave Innenkontur ein sich stetig ändernder Querschnitt, was eine relativ gute Strömung im Bereich des Ventilsitzes 8 und der Einsätze 11, 12 bewirkt. Die beiden Einsätze 11, 12 schaffen durch ihre Ausgestaltung einen Bereich innerhalb des Strömungskanals 2 mit einem an den kleineren maximalen Massendurchsatz angepasstes Volumen, wodurch die Regelbarkeit dieses Massendurchsatzes mittels der zwischen den beiden Ein¬ sätzen 11, 12 angeordneten Klappe 3 sehr exakt eingestellt werden kann.

Claims

Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, ei¬ ner in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe durchdringende Achse befestigt ist, und die Achse drehbar in dem Gehäuse ge¬ lagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ven¬ tilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein zum Ventilsitz (8) benachbarter Abschnitt (9, 10) des Strömungskanals (2) einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abschnitt (9, 10) des Strömungskanals (2) mit kleinerem Querschnitt stromab¬ wärts des Ventilsitzes (8) angeordnet ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strömungskanal (2) mit kleinerem Querschnitt von einem im Strömungskanal (2) und benachbart zum Ventilsitz (8) angeordneten Einsatz (11) gebildet ist, wobei der Einsatz (11) einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Strömungskanal (2) mit kleinerem Querschnitt von zwei im Strömungskanal (2) angeordneten Einsätzen (11, 12) gebildet sind, wobei zu beiden Seiten des Ventilsitzes (8) je ein Einsatz (11, 12) angeordnet ist, und dass beide Einsätze (11, 12) ei¬ nen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweisen. Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich der kleinere Querschnitt des mindes¬ tens einen Einsatzes (11, 12) oder des Strömungskanals (9) in Richtung des Ventilsitzes (8) kontinuierlich bis zum Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) erweitert.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventilsitz (8) und/oder der jeweilige Einsatz (11, 12) im Strömungskanal (2) eingeschraubt oder eingepresst ist.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querschnitt (10) mindestens eines Ein¬ satzes (11, 12) kontinuierlich in den Querschnitt des Strömungskanals (2) übergeht.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (2) im weiteren Verlauf wieder auf den ursprünglichen Querschnitt erweitert.
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