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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
mit einer Hochdruckpumpe, mit mindestens zwei Injektoren und mit
einem zwischen Hochdruckpumpe und den mindestens zwei Injektoren
angeordneten Druckspeicher.
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Derartige
Kraftstoffeinspritzanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt
und werden üblicherweise
als Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlagen bezeichnet.
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Anhand
der 5 wird nachfolgend
eine aus dem Stand der Technik bekannte Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage 102 einer
Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) erläutert.
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Diese
Kraftstoffeinspritzanlage 102 umfasst einen Kraftstoffbehälter 104 aus
dem Kraftstoff 106 durch eine elektrische oder mechanische
Kraftstoffpumpe 108 gefördert
wird. Über
eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 wird der Kraftstoff 106 zu einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gefördert. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gelangt
der Kraftstoff 106 über
eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 zu einem Common-Rail 114.
An dem Common-Rail 114 sind mehrere erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzdüsen oder
Injektoren 116 angeschlossen, die den Kraftstoff 106 in
Brennräume 118 einer nicht
dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen.
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Bei
dieser Kraftstoffeinspritzanlage 102 ist ein gemeinsamer
Hochdruckspeicher, der sogenannte Common-Rail 114, für alle Injektoren 116 vorgesehen.
Aus dieser Struktur leitet sich die Bezeichnung „Common-Rail" für solche
Kraftstoffeinspritzanlagen ab.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, mit mindestens zwei
Injektoren und mit einem zwischen Hochdruckpumpe und den mindestens
zwei Injektoren angeordneten Druckspeichern ist vorgesehen, dass
jedem Injektor ein Druckspeicher zugeordnet ist. Wegen dieser Struktur könnte man
eine solche Kraftstoffeinspritzanlage als „Multiple-Rail"-Kraftstoffeinspritzanlage
bezeichnen.
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Vorteile der
Erfindung
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Dadurch,
dass jedem Injektor ein Druckspeicher zugeordnet ist, kann dieser
Druckspeicher bezüglich
Elastizität
und Speichervolumen optimal an den ihm zugeordneten Injektor angepasst
werden. Außerdem
kann der Druckspeicher in unmittelbarer Nähe des Injektors angeordnet
werden, so dass die Einspritzung von Kraftstoff in den Injektoren
nicht durch Druckwellen, die zwischen dem Druckspeicher und dem
Injektor hin und her laufen, beeinträchtigt wird.
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Außerdem ist
dadurch, dass jedem Injektor ein Druckspeicher zugeordnet ist, jeder
dieser Druckspeicher für
sich gesehen sehr klein, so dass es in aller Regel problemlos möglich ist,
diesen Druckspeicher im Motorraum eines Kraftfahrzeugs in unmittelbarer
Nähe des
Injektors anzubringen. Durch die erfindungsgemäße Struktur der Kraftstoffeinspritzanlage
wird die gegenseitige Beeinflussung verschiedener Injektoren einer
Brennkraftmaschine stark reduziert, was sich positiv auf das Betriebs-
und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt.
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Durch
die erfindungsgemäße aufgelöste Bauart
des Druckspeichers ist es auch möglich,
unabhängig
von der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl
gleicher Bauteile, nämlich einer
Hochdruckpumpe, mehreren baugleichen Druckspeichern und mehreren
baugleichen Injektoren eine Kraftstoffeinspritzanlage zusammenzustellen.
Dadurch wird die Teilevielfalt verringert und es können erhebliche
Kosten eingespart werden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an
jedem Druckspeicher mindestens ein erster Hochdruckanschluss und
ein Abzweig für
einen Injektor vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, den erfindungsgemäßen Druckspeicher zwischen
einer Hochdruckleitung und dem Injektor einzubauen, so dass auch
bereits in Serie gefertigte Injektoren und Hochdruckpumpen mit dem
erfindungsgemäßen Druckspeicher
ausgerüstet
werden können.
Es ist dadurch lediglich notwendig, die Hochdruckleitungen an den
neuen Druckspeicher anzupassen.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage
sieht vor, dass an jedem Druckspeicher ein zweiter Hochdruckanschluss
vorgesehen ist und dass die mindestens zwei Druckspeicher in Reihe
geschaltet sind. Dadurch vereinfacht sich der Bauaufwand und der
Platzbedarf weiter.
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An
dem letzten Druckspeicher einer Reihe von Druckspeichern kann in
weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein
Drucksensor und/oder ein Druckregelventil vorgesehen sein, so dass
durch ein zentrales Bauteil der Druck im Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage
erfasst und gegebenenfalls auf einen Sollwert eingeregelt werden
kann. Dadurch sind die erfindungsgemäßen Vorteile realisierbar, ohne dass der Bedarf
an Sensorik und sonstigen hydraulischen Bauteilen erhöht wird.
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Um
das gewünschte
Betriebsverhalten des Injektors zu erreichen, ist in jedem Druckspeicher
ein mit Kraftstoff gefüllten
Speichervolumen vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieses
Speichervolumen und die Elastizität des Druckspeichers auf die
Einspritzmengen und das Betriebsverhalten des zugehörigen Injektors
abgestimmt sind. Dadurch ergibt sich ein weiter verbessertes Betriebsverhalten der
Injektoren, was sich vorteilhaft auf Geräuschentwicklung, Emissionen
und Kraftstoffverbrauch sowie Laufruhe der Brennkraftmaschine auswirkt.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Druckspeicher
sehen vor, dass der Druckspeicher durch Schmieden oder Gießen hergestellt
wird. Bei Bedarf kann beispielsweise das Speichervolumen aus dem
Rohling durch spanende Bearbeitung wie beispielsweise Bohren, Fräsen und/oder
Drehen herausgearbeitet werden.
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Um
die Bearbeitung insbesondere des Speichervolumens des Druckspeichers
zu vereinfachen, kann der erste Hochdruckanschluss und/oder der zweite
Hochdruckanschluss und/oder der Abzweig mit dem Speichervolumen
verschweißt werden. Durch
diese mehrteilige Bauform ist es möglich, das Speichervolumen
fertig zu stellen, bevor die Hochdruckanschlüsse beziehungsweise der Abzweig
angeschweißt
werden, so dass eine sehr gute Zugänglichkeit des Speichervolumens
bei der Herstellung desselben gegeben ist. Anschließend werden
die Hochdruckanschlüsse
und/oder der Abzweig mit dem Speichervolumen verschweißt. Dabei
ist darauf zu achten, dass die Schweißnaht so ausgestaltet ist, dass
keine Schweißspritzer
in das Speichervolumen gelangen können, da solche Schweißspritzer
Funktionsstörungen
der Injektoren verursachen können.
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Alternativ
ist es auch möglich,
dass der erste Hochdruckanschluss und/oder der zweite Hochdruckanschluss
und/oder der Abzweig mit dem Speichervolumen verschraubt wird. Welcher
der genannten Varianten im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von
den Umständen
des Einzelfalls ab.
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Die
Funktionalität
der erfindungsgemäßen Druckspeicher
kann weiter verbessert werden, wenn in jedem Druckspeicher ein Kraftstofffilter
vorgesehen ist. Dazu wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Druckspeichers
in jedem Druckspeicher eine Filterbohrung zur Aufnahme des Kraftstofffilters
vorgesehen. Dabei können
beispielsweise Stabfilter oder Siebfilter eingesetzt werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnungen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckspeichers
in verschiedenen Ansichten;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckspeicher
in verschiedenen Ansichten; und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
eines erfindungsgemäßen mehrteiligen
Druckspeichers; und
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5 eine
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage nach dem Stand der Technik.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage 102 als
Blockschaltbild stark vereinfacht dargestellt. Vom Kraftstoffbehälter 104 bis zur
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 mit dem Mengensteuerventil
MSV ist die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage
gleich aufgebaut wie die anhand der 5 zuvor
beschriebene Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage. Auch die Injektoren 116 und
die Brennräume 118 der
Brennkraftmaschine sind gleich.
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Der
wesentliche Unterschied besteht darin, dass anstelle eines Common-Rails 114 (siehe 5),
der alle Injektoren 116 einer Brennkraftmaschine mit unter
Druck stehendem Kraftstoff versorgt, bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage gemäß 1 jedem
Injektor 116 ein separater Druckspeicher 120 zugeordnet
ist. In 1 sind die Injektoren 116,
die Brennräume 118 und
die Druckspeicher 120 durchnummeriert. Bei einer Brennkraftmaschine
mit „n" Brennräume 118 gibt
es demzufolge „n" Injektoren 116 und „n" Druckspeicher 120.
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In
anderen Worten: jedem Injektor 116 ist ein Druckspeicher 120 zugeordnet,
der hinsichtlich Speichervolumen und Elastizität optimal mit dem Injektor 116 zusammenwirkt.
Da die Injektoren 116 einer Brennkraftmaschine baugleich
sind, können
natürlich auch
die Druckspeicher 120 einer Brennkraftmaschine baugleich
ausgeführt
sein. Durch die Auflösung des
erforderlichen Speichervolumens auf mehrere Druckspeicher 120 ist
es auch möglich,
die Druckspeicher 120 näher
an den zugehörigen
Injektoren 116 anzuordnen. Dadurch ergeben sich Vorteile
im Betriebsverhalten, da – verglichen
mit einer Kraftstoffeinspritzanlage gemäß 5 – die Druckschwingungen
zwischen Druckspeicher und Injektor 116 eine sehr viel
kürzere
Laufzeit haben, so dass diese Druckschwingungen keine störenden Einflüsse auf das
Betriebsverhalten der Injektoren 116 haben.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 sind
die Druckspeicher 120 mit den Nummern 1, 2–n in Reihe
geschaltet. Dies bedingt, dass jeder Druckspeicher 120 einen
ersten Hochdruckanschluss und einen zweiten Hochdruckanschluss hat.
An jedem dieser Hochdruckanschlüsse
(nicht dargestellt in 1) ist eine Hochdruck- Kraftstoffleitung 112 angeschlossen.
An dem in dieser Reihe letzten Druckspeicher 120 mit der
Nummer "n" ist eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 angeschlossen.
Diese Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 mündet in ein Druckregelventil 122.
In dieses Druckregelventil 122 kann bei Bedarf auch ein
Drucksensor (nicht dargestellt) integriert sein. Dadurch ist es
möglich,
mit nur einem Druckregelventil 122 und einem Drucksensor
den Druck im Hochdruckbereich der Kraftstoff-Einspritzanlage 102 zu
regeln und/oder zu messen.
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Ausgangsseitig
ist das Druckregelventil 122 mit einer Entlastungsleitung 124 verbunden,
die in dem Kraftstoffbehälter 104 mündet. Da
naturgemäß die Druckspeicher 120 in
der gleichen Stückzahl
wie die Injektoren 116 anfallen und diese Stückzahl deutlich
höher ist
als bei den Common-Rails 114 gemäß der Kraftstoffeinspritzanlage
aus dem Stand der Technik ist, kann erheblich mehr Geld in die Automatisierung
der Fertigung dieser Druckspeicher 120 investiert werden,
so dass ein wesentlicher Teil der Mehrkosten, die durch die Erhöhung der
Zahl der Druckspeicher entsteht, durch die weitergehende Prozessautomatisierung
kompensiert werden kann.
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Ein
weiterer erheblicher Kostenvorteil ergibt sich dadurch, dass unabhängig von
der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, lauter baugleiche Druckspeicher 120 benötigt werden.
Es sind somit sehr wenige Varianten erfindungsgemäßer Druckspeicher 120 erforderlich,
was zu weiter erhöhten
Stückzahlen und
damit geringeren Stückkosten
für die
erfindungsgemäßen Druckspeicher 120 führt.
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Dadurch,
dass zwischen den Druckspeichern 120 kurze Stücke der
Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 sind, beeinflussen sich
auch die Druckspeicher 120 gegenseitig nur in sehr geringem
Umfang. Dies gilt insbesondere deshalb, weil üblicherweise nicht zwei benachbart
angeordnete Injektoren nacheinander Kraftstoff einspritzen, sondern
wegen der Zündfolge
von mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen in der Regel zwei Zylinder
beziehungsweise zwei Injektoren 116, die kurz nacheinander
Brennstoff in die Brennräume 118 einspritzen,
räumlich
relativ weit voneinander entfernt sind.
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In 2 wird
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckspeichers 120 in verschiedenen
Ansichten dargestellt. Der erfindungsgemäße Druckspeicher 120 besteht
im Wesentlichen aus einem Speichervolumen 124, einem ersten Hochdruckanschluss 126,
einem zweiten Hochdruckanschluss 128 und einem Abzweig 130.
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Der
erste Hochdruckanschluss 128 und der zweite Hochdruckanschluss 130 sind
baugleich und weisen im Wesentlichen eine kegelstumpfförmige Dichtfläche auf.
An diese Dichtfläche
wird ein nicht dargestellter Nippel einer der Kraftstoff-Hochdruckleitung 112 gepresst.
Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Überwurfmutter
erfolgen, die auf ein Außengewinde 136 der
Hochdruckanschlüsse 128 beziehungsweise 130 geschraubt wird.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckspeichers 120 ist
der Abzweig 132, ebenso wie die Hochdruckanschlüsse 128 und 130 durch
Schmieden oder einen anderen Umformprozess hergestellt. Beispielsweise
wäre es
möglich,
zunächst
einen Rohling in eine zylindrische Form zu schmieden, so dass das Speichervolumen 126 entsteht.
Anschließend
wird in einem weiteren Umformprozess der Abzweig 132 hergestellt.
In abschließenden
Bearbeitungsschritten kann nun durch Stauchen oder ein anderes Umformverfahren,
der Durchmesser am Ende des Druckspeichers 120 so weit
verringert werden, dass der erste Hochdruckanschluss 128 und
der zweite Hochdruckanschluss 130 gebildet werden. Der
Dichtsitz 124 und die Durchgangsbohrung 136 in
den Hochdruckanschlüssen 128 und 130,
welche die hydraulische Verbindung zum Speichervolumen 126 herstellen,
können
auch durch Umformen oder durch spanende Formgebung hergestellt werden.
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An
dem Abzweig 132 ist ein umlaufender Wulst 140 vorgesehen.
Um den Abzweig 132 mit einem Injektor 116 flüssigkeitsdicht
zu verbinden, kann auf den Abzweig 132 eine nicht dargestellte Überwurfmutter
aufgeschoben werden und anschließend zwischen Überwurfmutter
(nicht dargestellt) und dem Wulst 140 ein geteilter Ring
(nicht dargestellt) eingelegt werden. Anschließend kann die Überwurfmutter mit
einem Hochdruckanschluss eines Injektors 116 verschraubt
werden.
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Im
Inneren des Abzweigs 132 ist eine sogenannte Filterbohrung 142 vorgesehen.
Diese Filterbohrung 142 stellt zunächst einmal eine hydraulische Verbindung
zwischen dem Speichervolumen 126 und dem Abzweig 132 her.
Außerdem
ist es möglich,
in die Filterbohrung 142 einen Filter (nicht dargestellt), beispielsweise
einen Stabfilter oder einen siebartigen Filter, einzupressen. Dadurch
wird mit hoher Zuverlässigkeit
verhindert, dass Verunreinigungen aus dem Kraftstoff in den angeschlossenen
Injektor 116 (siehe 1) gelangen
können.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 120 dargestellt.
Ein wesentlicher Unterschied besteht zwischen den beiden Ausführungsbeispielen
darin, dass die Filterbohrung 142 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 in
der Längsachse
des Druckspeichers 120 angeordnet ist. Von dieser Filterbohrung 142 geht
eine Verbindungsbohrung 144 durch den Abzweig 132 hindurch,
so dass auf diese Weise die hydraulische Verbindung zwischen dem
Speichervolumen 126 und dem Abzweig 132 beziehungsweise dem
daran angeschlossen Injektor 116 hergestellt wird. Obwohl
die Innenkontur dieses zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 120 etwas
komplexer ist, kann dieses Bauteil auch durch Umformen hergestellt
werden. Erforderlichenfalls wird anschließend an das Umformen noch spanende
Bearbeitungen am Druckspeicher 120 vorgenommen.
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In 4 sind
Ausführungsvarianten
erfindungsgemäßer Druckspeicher 120 dargestellt.
Wesentliches Merkmal dieses Druckspeichers 120 ist dessen
mehrteiliger Aufbau. Auf der rechten Seite in 4 ist
der zweite Hochdruckanschluss 130 an das Speichervolumen 126 angeschweißt. Die
Schweißnaht
ist in 4 mit dem Bezugszeichen 144 gekennzeichnet.
Selbstverständlich
ist beim Verschweißen
des zweiten Hochdruckanschlusses 130 mit dem eigentlichen
Druckspeicher 120 darauf zu achten, dass keine Schweißspritzer
in das Speichervolumen 126 gelangen können. Diese Schweißspritzer
könnten
nämlich
sonst möglicherweise
in den Injektor 116 gelangen und dort zu vorzeitigem Verschleiß oder Funktionsstörungen führen.
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Der
erste Hochdruckanschluss 128 ist bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 mit
einer Überwurfmutter 146,
die mit einem Außengewinde 148 des
Druckspeichers 120 zusammenwirkt, verschraubt und verspannt.
An einer Dichtfläche 150 zwischen
erstem Hochdruckanschluss 128 und dem Druckspeicher 120 können eine
Beißkante,
ein Einpass oder sonstige aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltungen
vorgesehen werden. Diese Beißkante
und der Einpass sind in 4 nicht im Detail zuerkennen.
Wichtig ist jedoch, dass die Dichtfläche 150 auch bei sehr
hohen und schwellenden Druckbeanspruchungen über die gesamte Lebensdauer
dicht bleibt.