WO2016058771A1 - Verfahren und vorrichtung zur eigendiagnose eines im abgasstrang einer brennkraftmaschine angeordneten partikelsensors - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for self-diagnosis of a particle sensor arranged in the exhaust gas line of an internal combustion engine behind a particle filter.
- particle sensors are intended to the
- Particle filter to measure, so that by means of a control unit, which are supplied to the output signals of the particle sensor, monitoring of this particle ejection can take place.
- Motor vehicles having a particle sensor arranged behind a particle filter are already known. It is desirable that in such a motor vehicle with respect to the particle sensor, a self-diagnosis can be performed to the functioning of the particle sensor for a
- a method and apparatus for operating a resistive particle sensor are known from DE 10 2009 046 315 Al, wherein the particle sensor min ⁇ least comprising two interlocking interdigital electrodes on its surface to which to determine a loading of carbon black particles of the particle sensor, a sensor voltage at least temporarily applied and a sensor current across the electrodes is measured and evaluated and wherein for removing the soot loading additionally a heating element can be provided, with which the particle sensor is heated in a regeneration phase.
- the heating element is not activated, when the sensor voltage is applied, the soot particles or already formed soot paths between the electrodes are directly heated and an associated change in the conductivity of the soot particles or soot paths is determined.
- This known method requires that initially on the electrodes of the particulate filter soot particles accumulate and that after the accumulation of soot particles, a measurement of the current or the conductivity of the soot particles takes place. This is associated with an undesirable time delay.
- the object of the invention is to provide a method and a device in which the self-diagnosis of a in the exhaust system of an internal combustion engine behind a
- Particle filter arranged particle sensor is improved.
- the present invention provides a method for the self-diagnosis of a particle sensor arranged in the exhaust line of an internal combustion engine behind a particle filter, which has two electrodes to which a sensor voltage can be applied and can be measured via the sensor current values, from the measured sensor current values using a stored sensor characteristic curve current
- Particle mass flow value is determined, with a targeted change in the particle output of the particulate filter forth ⁇ is added and after the targeted change of
- Particle ejection of the particulate filter is determined by an evaluation of the sensor current values measured by the particle sensor, whether to be expected due to the targeted change in the particle output of the particulate filter
- the advantage of this procedure is, in particular, that reliable information can be provided in a very short time as to whether the fuel in the exhaust system of the combustion engine behind the particulate filter arranged particulate sensor is defective or not.
- FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 which has an exhaust gas line 2.
- the exhaust line 2 are a
- the particle sensor 4 is arranged.
- the particle sensor 4 has a first electrode 4a and a second electrode 4b.
- a sensor voltage can be applied to these electrodes.
- sensor current values can be measured via these electrodes.
- Particle mass flow values can be determined.
- the output signals of the particle sensor 4, which are the measured sensor current values, are fed to a control unit 5, which is preferably the control unit of the internal combustion engine 1.
- the control unit 5 is connected to a characteristic memory 6 in connection, in which a specified by the manufacturer of the particle sensor 4 Sen ⁇ sorkennline is stored.
- the control unit 5 accesses the characteristic curve memory 6 using the sensor current values measured by the particle sensor 4, and receives respective particle mass flow values as output signals of the characteristic curve memory 6.
- the control unit 5 evaluates these particulate mass flow values and detects whether or not there is a particle mass flow value change, and based on the determination of the
- Particle mass flow value change a self - diagnosis of
- the control unit 5 selectively induce a state ⁇ , in which the particulate filter 3, a larger number of particles ejects than in the currently prevailing state. This targeted induction of a change in the
- Particle emissions of the particulate filter 3 can be made in various ways.
- Particle emission of the particulate filter 3 is the
- Particle emissions of the particulate filter 3 is that a targeted increase in the particulate filter temperature is made.
- This targeted increase in the particle filter temperature can be brought about by a targeted increase in the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 1.
- This targeted increase in the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 1 is carried out by a suitable control of the internal combustion engine 1 by the control unit 5.
- Particle ejection of the particulate filter 3 is to make a complete regeneration of the particulate filter 3.
- This complete regeneration of the particulate filter 3 can also be done by a suitable control of the internal combustion engine 1 by the control unit 5.
- Particle emissions of the particulate filter 3 are to use two of the aforementioned options together or even apply all three of the above options together.
- control unit 5 is aware that the particle sensor 4 arranged behind the particulate filter 3 must output modified sensor current readings compared to the previous state if it functions properly.
- the sensor current measured values output by the particle sensor 4 are fed to the control unit 5.
- the latter controls the characteristic curve memory 6 with the mentioned sensor current measured values and receives, as output signals of the characteristic curve memory 6, particle mass flow values associated with the respective sensor current measured values.
- particle mass flow values are evaluated in the control unit 5. Are the particle mass flow values greater than a predetermined threshold or is the change in the
- particle mass flow values are smaller than the predetermined threshold value or the change in the particle mass flow values is smaller than that predetermined threshold value, then recognizes the control unit 5 that the particle sensor 4 is defective.
- the self-diagnosis of a particle sensor arranged behind a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine as described above can occur during operation of the particle sensor
- Internal combustion engine can be performed at any predetermined time intervals. In particular, it is not necessary to wait until the electrodes have accumulated a sufficiently large amount of soot particles to determine the conductivity of the soot particles.
- the robustness of the self-diagnosis of the particle sensor can be further improved in that, in addition to the measures described above, a targeted reduction of the sensor voltage and / or a targeted increase in the temperature of the particle sensor by means of a Heating done and then checked whether the resulting particle mass flow changes in the expected manner.
- the robustness of the self-diagnosis can be further improved if it is checked after a successful shutdown of the engine, if the resulting
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors, welcher zwei Elektroden aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelt wird, wobei eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters herbeigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und die Eigendiagnose des Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenwertstromänderung vorgenommen wird.
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors. Derartige Partikelsensoren sind dazu vorgesehen, den
Partikelausstoß einer Brennkraftmaschine hinter dem
Partikelfilter zu messen, so dass mittels einer Steuereinheit, welcher die Ausgangssignale des Partikelsensors zugeführt werden, eine Überwachung dieses Partikelausstoßes erfolgen kann.
Kraftfahrzeuge, die einen hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensor aufweisen, sind bereits bekannt. Es ist wünschenswert, dass bei einem derartigen Kraftfahrzeug bezüglich des Partikelsensors eine Eigendiagnose durchgeführt werden kann, um die Funktionsfähigkeit des Partikelsensors für eine
On-Board-Diagnose sicherzustellen .
Aus der DE 10 2009 046 315 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines resistiven Partikelsensors bekannt, wobei der Partikelsensor auf seiner Oberfläche min¬ destens zwei ineinandergreifende interdigitale Elektroden aufweist, an die zur Bestimmung einer Beladung mit Rußpartikeln des Partikelsensors eine Sensorspannung zumindest zeitweise angelegt und ein Sensorstrom über die Elektroden gemessen und ausgewertet wird und wobei zur Entfernung der Rußbeladung zusätzlich ein Heizelement vorgesehen sein kann, mit dem der Partikelsensor in einer Regenerationsphase aufgeheizt wird. Bei nicht aktiviertem Heizelement werden beim Anlegen der Sensorspannung die Rußpartikel bzw. bereits ausgebildete Rußpfade zwischen den Elektroden direkt erwärmt und eine damit verbundene Änderung der Leitfähigkeit der Rußpartikel bzw. der Rußpfade bestimmt. Dieses bekannte Verfahren setzt voraus, dass sich zunächst auf den Elektroden des Partikelfilters Rußpartikel
ansammeln und dass nach erfolgter Rußpartikelansammlung eine Messung des Stromes bzw. der Leitfähigkeit der Rußpartikel erfolgt. Dies ist mit einer unerwünschten Zeitverzögerung verbunden .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem
Partikelfilter angeordneten Partikelsensors verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors bereit, welcher zwei Elektroden aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller
Partikelmassenstromwert ermittelt wird, wobei eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters her¬ beigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende
Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und wobei die Eigendiagnose des Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenstromwertänderung vorgenommen wird.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht insbesondere darin, dass in sehr kurzer Zeit eine zuverlässige Information darüber bereitgestellt werden kann, ob der im Abgasstrang der Brenn-
kraftmaschine hinter dem Partikelfilter angeordnete Partikelsensor defekt ist oder nicht.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figur 1.
Diese zeigt eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile einer Vorrichtung zur Eigen- diagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine ange¬ ordneten Partikelsensors.
In der Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, die einen Abgasstrang 2 aufweist. Im Abgasstrang 2 sind ein
Partikelfilter 3 und hinter dem Partikelfilter ein
Partikelsensor 4 angeordnet. Der Partikelsensor 4 weist eine erste Elektrode 4a und eine zweite Elektrode 4b auf. An diese Elektroden ist eine Sensorspannung anlegbar. Des Weiteren sind über diese Elektroden Sensorstromwerte messbar.
Wird an die Elektroden des Partikelsensors eine Sensorspannung von beispielsweise 1000 V angelegt, dann werden Partikel, beispielsweise Staubpartikel, durch die vorliegende hohe statische Spannung an die Elektroden angezogen und sammeln sich auf den Elektrodenoberflächen. Wenn eine kritische Dicke von Partikeln erreicht worden ist, dann brechen kleine Teile der aufgeladenen Partikel und fließen von einer Elektrode zu der gegenüberliegenden Elektrode. Dadurch entsteht ein Sensorstrom, der gemessen werden kann und aus welchem
Partikelmassenstromwerte ermittelt werden können.
Dazu werden die Ausgangssignale des Partikelsensors 4, bei denen es sich um die gemessenen Sensorstromwerte handelt, einer Steuereinheit 5 zugeführt, bei der es sich vorzugsweise um das Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 handelt. Die Steuereinheit 5 steht mit einem Kennlinienspeicher 6 in Verbindung, in welchem eine vom Hersteller des Partikelsensors 4 vorgegebene Sen¬ sorkennlinie abgespeichert ist.
Die Steuereinheit 5 greift unter Verwendung der vom Partikelsensor 4 gemessenen Sensorstromwerte auf den Kennlinienspeicher 6 zu und erhält als Ausgangssignale des Kennli- nienspeichers 6 jeweils zugehörige Partikelmassenstromwerte .
Die Steuereinheit 5 wertet diese Partikelmassenstromwerte aus und erkennt, ob eine Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder nicht und führt auf Basis der Ermittlung der
Partikelmassenstromwertänderung eine Eigendiagnose des
Partikelsensors durch, deren Ergebnis eine Aussage dahingehend ist, ob der Partikelsensor 4 ordnungsgemäß funktioniert oder defekt ist. Zur Vorbereitung der Durchführung dieser Eigendiagnose wird zunächst von der Steuereinheit 5 gezielt ein Zustand herbei¬ geführt, in welchem der Partikelfilter 3 eine größere Anzahl von Partikeln ausstößt als im momentan vorliegenden Zustand. Diese gezielte Herbeiführung einer Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden.
Eine erste Möglichkeit einer gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 gezielt zu verändern. Diese gezielte Veränderung des Betriebszustandes der Brenn¬ kraftmaschine wird vorzugsweise dadurch herbeigeführt, dass von der Steuereinheit 5 die Brennkraftmaschine derart angesteuert wird, dass ein fetter Lambda-Wert eingestellt wird.
Eine zweite Möglichkeit einer gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, dass eine gezielte Erhöhung der Partikelfiltertemperatur vorgenommen wird. Diese gezielte Erhöhung der Partikelfiltertemperatur kann durch eine gezielte Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 1 herbeigeführt werden. Auch diese gezielte Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 1 erfolgt
durch eine geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinheit 5.
Eine dritte Möglichkeit einer gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, eine vollständige Regeneration des Partikelfilters 3 vorzunehmen. Auch diese vollständige Regeneration des Partikelfilters 3 kann durch eine geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinheit 5 erfolgen.
Weitere Möglichkeiten einer gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 bestehen darin, zwei der vorgenannten Möglichkeiten gemeinsam anzuwenden oder gar alle drei vorgenannten Möglichkeiten gemeinsam anzuwenden.
Aufgrund dieser gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 ist der Steuereinheit 5 bekannt, dass der hinter dem Partikelfilter 3 angeordnete Partikelsensor 4 im Vergleich zum vorherigen Zustand geänderte Sensorstrommesswerte ausgeben muss, wenn er ordnungsgemäß funktioniert.
Die vom Partikelsensor 4 ausgegebenen Sensorstrommesswerte werden - wie bereits oben erläutert wurde - der Steuereinheit 5 zugeführt. Diese steuert mit den genannten Sensorstrommesswerten den Kennlinienspeicher 6 an und erhält als Ausgangssignale des Kennlinienspeichers 6 den jeweiligen Sensorstrommesswerten zugehörige Partikelmassenstromwerte .
Diese Partikelmassenstromwerte werden in der Steuereinheit 5 ausgewertet. Sind die Partikelmassenstromwerte größer als ein vorgegebener Schwellenwert oder ist die Veränderung der
Partikelmassenstromwerte größer als ein vorgegebener Schwel¬ lenwert, dann erkennt die Steuereinheit 5, dass der
Partikelsensor 4 ordnungsgemäß funktioniert. Sind die
Partikelmassenstromwerte hingegen trotz der vorgenommenen gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 kleiner als der vorgegebene Schwellenwert oder ist die Veränderung der Partikelmassenstromwerte kleiner als der
vorgegebene Schwellenwert, dann erkennt die Steuereinheit 5, dass der Partikelsensor 4 defekt ist.
Die vorstehend beschriebene Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors kann während des Betriebes der
Brennkraftmaschine in beliebigen vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt werden. Insbesondere muss nicht darauf gewartet werden, bis sich an den Elektroden eine zur Bestimmung der Leitfähigkeit der Rußpartikel ausreichend große Menge an Rußpartikeln angesammelt hat.
Des Weiteren besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass auch kleine und zeitnahe Veränderungen der Partikelmassenstromwerte zur Eigendiagnose des Partikelsensors ausreichend sind. Damit erhöht man die Häufigkeit und die Robustheit der Eigendiagnose.
Zeigt der Partikelsensor einen hohen Sensorstrom an, dann kann die Robustheit der Eigendiagnose des Partikelsensors in vor- teilhafter Weise dadurch weiter verbessert werden, dass zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen eine gezielte Reduzierung der Sensorspannung und/oder eine gezielte Erhöhung der Temperatur des Partikelsensors mittels einer Heizung erfolgen und danach überprüft wird, ob sich die resultierenden Partikelmassenstromwerte in zu erwartender Weise ändern.
Des Weiteren kann die Robustheit der Eigendiagnose weiter verbessert werden, wenn nach einem erfolgten Abschalten des Motors überprüft wird, ob sich die resultierenden
Partikelmassenstromwerte in zu erwartender Weise ändern. In diesem Falle müssen die resultierenden Partikelmassenstromwerte gegen Null gehen.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, basiert die beschriebene Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer
Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors darauf, dass gezielt die Partikelemission des Verbrennungsmotors verändert wird und die Reaktion des vom
Partikelsensor ausgegebenen Partikelstrommesssignals ausge¬ wertet wird. Entspricht die Reaktion des vom Partikelsensor ausgegebenen Partikelstrommesssignals einer durch die vorge¬ nommenen Änderungen des Partikelausstoßes zu erwartenden Änderung innerhalb bestimmter Grenzen (vorgegebener Schwellenwert) , dann wird der Partikelsensor als ordnungsgemäß erkannt. Weicht hingegen das vom Partikelsensor ausgegebene Strommesssignal von dem zu erwartenden Verhalten über die vorgegebenen Grenzen hinaus ab, dann wird der Partikelsensor als defekt erkannt .
Claims
1. Verfahren zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) hinter einem Partikelfilter (3) ange- ordneten Partikelsensors (4), welcher zwei Elektroden (4a, 4b) aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sen¬ sorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) herbeigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des
Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende
Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und die Eigendiagnose des Partikelsensors (4) auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenwertstromänderung vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen der zu erwartenden
Partikelmassenstromwertänderung der Partikelsensor (4) als funktionsfähig erkannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Nichtvorliegen der zu erwartenden
Partikelmassenstromwertänderung der Partikelsensor (4) als defekt erkannt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine ge- zielte Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraft¬ maschine (1) ein fetter Lambda-Wert herbeigeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Er¬ höhung der Partikelfiltertemperatur vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Partikelfiltertemperatur durch eine Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine (1) herbeigeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine vollständige Regeneration des Partikelfilters (3) vorgenommen wird .
9. Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) hinter einem Partikelfilter (3) ange¬ ordneten Partikelsensors (4), welcher zwei Elektroden (4a, 4b) aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sen- sorstromwerten unter Verwendung einer in einem Speicher (6) abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller
Partikelmassenstromwert ermittelbar ist, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass sie des Weiteren eine Steuereinheit (5) aufweist, mittels welcher eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) herbeiführbar ist und mittels welcher nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Auswertung der vom Partikelsensor (4) gemessenen Sensorstromwerte ermittelbar ist, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) zu erwartende
Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und mittels welcher die Eigendiagnose des
Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenstromwertänderung vornehmbar ist
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