DE102009029389A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Nockenwellenversteller zum Einstellen und Halten der Phasenlage einer Nockenwelle (14) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, angegeben, der ein von der Kurbelwelle antreibbares Antriebsrad (11), ein von diesem antreibbares, dazu koaxiales Abtriebsteil (12), das mittels einer zur Nockenwelle (14) koaxialen Spannschraube (13) an der Nockenwelle (14) verspannt ist und ein koaxial zur Nockenwelle (14) angeordnetes Zentralventil (18) zur hydraulischen Verstellung der Drehlage des Abtriebsteils (12) gegenüber dem Antriebsrad (11) aufweist. Zur Lösung des Bauraumkonflikts zwischen zentral eingeschraubter Spannschraube (13) und zentral angeordneten Zentralventil (18) bei gleichzeitiger Realisierungeiner kostengünstigen, einfach zu montierenden Befestigung von Abtriebsteil (12) und Nockenwelle (14), die einen Spielausgleich des nockenwellengetriebenen Ventiltriebs nach erfolgter Montage des Nockenwellenverstellers ermöglicht, sind Spannschraube (13) und Zentralventil (18) voneinander räumlich getrennt und axial hintereinander angeordnet.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Nockenwellenversteller zum Einstellen und Halten der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einem bekannten Nockenwellenversteller (
DE 196 11 365 C2 oderDE 198 17 319 C2 ) ist die Nockenwelle mit einem koaxial zur Nockenwellenachse verlaufenden Gewindesackloch versehen. Eine Spannschraube mit Schraubenkopf und ein Schraubengewinde tragendem Schraubenschaft ist mit ihrem Schraubenschaft zentral durch das Abtriebsteil hindurchgeführt und in dem Gewindesackloch verschraubt, wobei sich der Schraubenkopf an die von der Nockenwelle abgekehrte Stirnseite des Abtriebsteils anpresst und dadurch das Abtriebsteil auf der Stirnseite der Nockenwelle kraftschlüssig verspannt. Die Spannschraube ist mit einem den Schraubenkopf durchdringenden und in den Schraubenschaft hinein sich fortsetzenden Sackloch versehen, in dem ein als Schieberventil konzipiertes Zentralventil aufgenommen ist. Das als Schieberventil ausgeführte Zentralventil dient zur Druckmittelsteuerung von Stellmitteln, die eine Relativverdrehung von Abtriebsteil mit Nockenwelle gegenüber einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebsrad bewirken. Das Zentralventil wird mittels eines Elektromagneten und einer Rückstellfeder betätigt. Der Elektromagnet ist räumlich feststehend auf der von der Nockenwelle abgekehrten Stirnseite des Abtriebsteils und die Rückstellfeder im Sackgrund des Sacklochs angeordnet. - Die Integration des Zentralventils in die Spannschraube erfordert eine aufwändige, mechanische Bearbeitung der Spannschraube zur Herstellung der Ventilschieberaufnahme und Festlegung der Steuerkanten-Positionen. Zudem muss die Spannschraube massiv mit entsprechend großem Bauraumbedarf ausgeführt werden, damit beim Verspannen der Spannschraube ein Sichverändern des hochgenauen Aufnahme-Durchmessers für den Ventilschieber und der hochgenauen Ventilsteuerkanten verhindert wird.
- Offenbarung der Erfindung
- Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung von Spannschraube und Zentralventil und deren hintereinandergereihte, koaxiale Anordnung mit der Nockenwelle der Bauraumkonflikt zwischen Spannschraube und Zentralventil im Zentrum des Nockenwellenverstellers gelöst ist. Die Spannschraube kann mit deutlich reduziertem Fertigungsaufwand hergestellt und weniger massiv ausgebildet werden, da sie nur noch Befestigungsfunktion und keine Ventilfunktion mehr hat. Entsprechend verringern sich die Kosten für die Spannschraubenherstellung. Durch das Herauslösen der Ventilfunktion aus der Spannschraube kann auch beim Eindrehen und Verspannen der Spannschraube die Ventilfunktion nicht mehr verändert werden, so dass eine Funktionsprüfung des Zentralventils bereits vor der Montage des Nockenwellenverstellers, z. B. beim Zulieferer, möglich ist und nicht zwingend – wie bei dem bekannten Nockenwellenversteller – erst nach Zusammenbau von Nockenwellenversteller und Nockenwelle durchgeführt werden muss. Beim Festziehen der Spannschraube besteht auch keine Gefahr, dass sich der Nockenwellenversteller aus seiner eingestellten Drehlage zur Nockenwelle verdreht, da das Schraubengewinde wegen des deutlich kleineren Durchmessers ein nur kleines Drehmoment aufbringt.
- Als Spannschraube wird vorteilhaft eine lange Dehnschraube verwendet, die ohne konstruktive Kompromisse ausgelegt werden kann. Die erfindungsgemäße Verbindung von Nockenwellenversteller und Nockenwelle ist kostengünstig, montagefreundlich und ermöglicht einen Spielausgleich des nockenwellengetriebenen Ventiltriebs nach erfolgter Montage.
- Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Nockenwellenverstellers möglich.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Nockenwelle hohl ausgebildet und die Spannschraube mit Schraubenkopf und Schraubenschaft überwiegend oder vollständig in der Nockenwelle aufgenommen und im Abtriebsteil verschraubt. Die Verschraubung kann nockenwellenseitig durch die hohle Nocknwelle oder stellerseitig durch das Abtriebsteil vor Montage des Zentralventils vorgenommen werden, wozu im ersten Fall der Schraubenkopf Mittel zum drehschlüssigen Auf- bzw. Einstecken eines durch die Nockenwelle hindurchführbaren Schraubwerkzeugs und im zweiten Fall der Schraubenschaft Mittel zum drehschlüssigen Einstecken eines durch die zentrale Ventilaufnahme im Abtriebsteil hindurchführbaren Schraubwerkzeugs aufweist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Abtriebsteil einen in die Nockenwelle koaxial eintauchenden Hohlstutzen, der das Innengewinde trägt, und eine zum Hohlstutzen koaxiale Ventilaufnahme für das Zentralventil auf. Vorteilhaft ist der Hohlstutzen einstückig an das Abtriebsteil angeformt. Zur Einbauraumeinsparung ist eine Rückstellfeder für das als Schieberventil ausgeführte Zentralventil in einem in der Stirnseite des Schraubenschafts vorgehaltenen Sackloch aufgenommen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Abtriebsteil zweiteilig aus einer Klemmhülse und einem darauf drehfest sitzenden Sinterkörper ausgebildet, wobei der Hohlstutzen einstückig an die Klemmhülse angeformt ist. Diese konstruktive Variante ist fertigungstechnisch kostengünstiger. Eine solche Klemmhülse kann zudem kostengünstig mit größerer Länge hergestellt werden als ein z. B. einstückig an das Abtriebsteil angeformter Hohlstutzen. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neben dem im Abtriebsteil angeordneten, elektromagnetisch betätigten Zentralventil für die Druckmittelsteuerung noch ein Rückschlagventil für die Druckmittelzuführung zum Zentralventil axial vor dem Zentralventil angeordnet wird. Mit einer solchen Anordnung können problemlos drei konkurrierende, konstruktive Elemente, nämlich die Verschraubung, das Zentralventil und das Rückschlagventil zentral in dem von der Klemmhülse umschlossenen Innern von Antriebsteil und Nockenwelle untergebracht werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt eines Nockenwellenverstellers im Zwischenmontagezustand, -
2 ausschnittweise einen Längsschnitt des Nockenwellenverstellers in1 endmontiert, -
3 ausschnittweise den Längsschnitt eines endmontierten Nockenwellenverstellers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
4 einen Längsschnitt eines Nockenwellenverstellers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem Zwischenmontagezustand, -
5 ausschnittweise einen Längsschnitt des Nockenwellenverstellers in4 , endmontiert, -
6 einen Ausschnitt VI des Nockenwellenverstellers in3 mit einer konstruktiven Modifikation, -
7 eine gleiche Darstellung wie in6 mit einer weiteren Modifikation. - Der in
1 und2 im Längsschnitt dargestellte Nockenwellenversteller dient zum Einstellen und Halten der Phasenlage einer Nockenwelle14 gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Der Nockenwellenversteller weist ein von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle, z. B. über einen Zahnriemen oder eine Kette, antreibbares Antriebsrad11 und ein dazu koaxiales, vom Antriebsrad11 antreibbares Abtriebsteil12 , auch Rotor genannt, auf. Das Antriebsrad11 ist im Ausführungsbeispiel als Kettenrad ausgeführt, kann aber auch ein Zahnrad sein. Das zum Antriebsrad11 koaxiale Abtriebsteil12 ist mittels einer Spannschraube13 , die einen Schraubenkopf131 und einen ein Schraubengewinde tragenden Schraubenschaft132 aufweist, axial an der Nockenwelle14 kraftschlüssig verspannt, die ihrerseits die Ventile der Brennkraftmaschine antreibt. Das Antriebsrad11 bildet zusammen mit zwei an seinen Stirnseiten befestigten, ringförmigen Deckeln15 eine sog. Stator16 . Zwischen dem Stator16 und dem Rotor oder Abtriebsteil12 sind Stellmittel vorhanden, die eine Relativverdrehung des Abtriebsteil12 zum Stator16 mit Antriebsrad11 bewirken, so dass die Phasenlage der Nockenwelle14 gegenüber der Kurbelwelle verändert werden kann. Diese Stellmittel umfassen eine Vielzahl von vom Antriebsrad11 radial nach innen vorspringenden, hier nicht zu sehenden Stegen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, vom Abtriebsteil12 abstehende Flügel17 , die in die Zwischenräume zwischen den Stegen hineinragen, wodurch zwischen den Stegen und den Flügeln17 beiderseits der Stege liegende hydraulische Druckkammern gebildet werden, und ein im Abtriebsteil12 angeordnetes Zentralventil18 zur Druckmittelversorgung der Druckkammern. Eine mögliche konstruktive Ausbildung der vorstehend beschriebenen Stellmittel ist aus derDE 60 2005 001 122 T2 bekannt. Das Druckmittel, z. B. Hydrauliköl, wird dem Zentralventil18 über ein Rückschlagventil19 , das in1 als Plattenrückschlagventil ausgebildet ist, zugeführt, das eine Verbindung zu einem in einem Lager20 der Nockenwelle14 verlaufenden Zuführkanal21 herstellt. Die Spannschraube13 und das Zentralventil18 sind räumlich getrennt und koaxial zu Nockenwelle14 und Abtriebsteil12 hintereinander angeordnet. Das Rückschlagventil19 ist radial versetzt im Abtriebsteil12 platziert. Das Zentralventil18 ist hier ein Schieberventil, das einen von einer Rückstellfeder22 belasteten Steuerschieber23 aufweist, der zu den Druckkammern hin- und wegführende, im Abtriebsteil12 ausgebildete Radialkanäle24 ,25 steuert. Der Steuerschieber23 ist in einer koaxial im Abtriebsteil12 angeordneten, zentralen Ventilaufnahme26 , und die Rückstellfeder22 in einem an das Abtriebsteil12 z. B. einstückig angeformten, in die Nockenwelle14 koaxial eintauchenden Hohlstutzen27 aufgenommen. Die Rückstellfeder22 stützt sich dabei an einer im Hohlstutzen27 festgelegten Kappe28 ab, die bei endmontiertem Nockenwellenversteller in ein Sackloch39 in der vom Schraubenkopf131 abgekehrten Stirnseite des Schraubenschaftes132 eintaucht. Der Steuerschieber23 wird mittels eines an einem Lagergehäuse35 räumlich feststehend montierten Elektromagneten29 betätigt, dessen Anker über einen Bestätigungsstift30 an der von der Rückstellfeder22 abgekehrten Seite des Steuerschiebers23 angreift. - Für die mittels der Spannschraube
13 hergestellte, drehfeste Verbindung von Abtriebsteil12 und Nockenwelle14 ist die Nockenwelle14 hohl und die als lange Dehnschraube ausgebildete Spannschraube13 in die hohle Nockenwelle14 eingeführt und im Abtriebsteil12 verschraubt, wobei die Spannschraube13 sich vollständig, mindestens aber zum überwiegenden Teil, in der Nockenwelle14 befindet. Hierzu ist in dem in die hohle Nockenwelle14 eintauchenden Hohlstutzen27 des Abtriebsteils12 ein Innengewinde21 vorhanden, in den sich das Schraubengewinde des Schraubenschaftes132 eindreht. Dabei stützt sich der Schraubenkopf131 an einem im hohlen Innern der Nockenwelle14 angeordneten Widerlager ab. Im Ausführungsbeispiel der1 und2 ist das Widerlager als Anschlagring32 ausgeführt, der an der Nockenwelle14 gegen axiales Verschieben festgelegt ist. Hierzu kann der in die Nockenwelle14 eingeschobene Anschlagring32 stichlochgeschweißt sein, wie dies in6 skizziert ist. Alternativ kann der Anschlagring32 konisch ausgebildet sein und sich in einem sich zum Abtriebsteil hin konisch verjüngenden Abschnitt141 der Nockenwelle14 formschlüssig abstützen, wie dies in7 skizziert ist. Zum Eindrehen der Spannschraube13 bei der Montage des Nockenwellenverstellers ist der Schraubenkopf131 mit Mitteln zum drehschlüssigen Auf- bzw. Einstecken eines durch die hohle Nockenwelle14 hindurchführbaren Schraubwerkzeugs34 versehen. Im Ausführungsbeispiel der1 und2 sind diese Mittel eine Mehrkant-Ausnehmung33 , z. B. Inbus, in die das lange Schraubwerkzeug34 formschlüssig eingesteckt werden kann. - In
1 ist ein Zwischenmontagezustand des Nockenwellenverstellers dargestellt. Der Nockenwellenversteller mit Stator14 , Rotor oder Abtriebsteil12 , Zentralventil18 und Rückschlagventil19 ist zusammengesetzt und an die Nockenwelle14 angesetzt, wobei der an den Abtriebsteil12 angeformte Hohlstutzen27 mit Innengewinde31 in die hohle Nockenwelle14 eintaucht. Von links ist die Spannschraube13 durch den Anschlagring32 hindurch bis zum Hohlstutzen27 eingesetzt. Das lange Schraubwerkzeug34 wird in die Nockenwelle14 eingeführt und in die Mehrkant-Ausnehmung33 eingesteckt, wonach beim Drehen des Schraubwerkzeugs34 sich das Schraubengewinde am Schraubenschaft132 in das Innengewinde31 im Hohlstutzen27 einschraubt, bis der Schraubenkopf131 sich an den Anschlagring32 anlegt. Anschließend wird der Elektromagnet29 am Lagergehäuse35 so montiert, dass der Betätigungsstift13 am Steuerschieber23 des Zentralventils18 anliegt (2 ). - In dem in
3 im Längsschnitt dargestellten Nockenwellenversteller gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Abtriebsteil12 zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem die Flügel17 und die Radialkanäle24 ,25 enthaltenden Sinterkörper37 und einer die Ventilaufnahme26 im Abtriebsteil12 umschließenden Klemmhülse36 , auf die der Sinterkörper37 aufgepresst oder aufgesintert ist. Der das Innengewinde31 zum Einschrauben der Spannschraube13 tragende Hohlstutzen27 ist dabei einstückig an die Klemmhülse36 angeformt. Im Innern der Klemmhülse36 sind das Zentralventil18 mit seinem Steuerschieber23 und seiner Rückstellfeder22 sowie das Rückschlagventil19 axial hintereinander angeordnet, die damit wiederum räumlich voneinander und von der Spannschraube13 getrennt auf den fluchtenden Achsen von Nockenwelle14 und Abtriebsteil12 liegen. Das Rückschlagventil19 ist hier als Kugelrückschlagventil ausgeführt. Die Druckmittelzuführung zum Zentralventil18 erfolgt wiederum über den Zuführkanal21 im Lager20 der Nockenwelle14 und dem Rückschlagventil19 . Das Zentralventil18 ist in gleicher Weise wie in1 und2 mit vom Elektromagneten29 über den Betätigungsstift30 betätigten Steuerschieber23 und dagegenwirkender Rückstellfeder22 ausgebildet. Die Rückstellfeder22 stützt sich wiederum an einer in der Klemmhülse36 festgelegten Kappe28 ab. - Das in
4 und5 im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel des Nockenwellenverstellers unterscheidet sich von dem Nockenwellenversteller in1 und2 dadurch, dass die Mittel zum drehschlüssigen Einstecken des Schraubwerkzeugs34 nicht im Schraubenkopf131 , sondern in der vom Schraubenkopf131 abgekehrten Stirnseite des Schraubenschafts132 eingearbeitet sind, z. B. in Form einer Mehrkant-Ausnehmung33 , z. B. Inbus. Bei der Montage wird die Spannschraube13 vollständig in die Nockenwelle14 eingeführt, bis der Schraubenkopf131 an dem Anschlagring32 anliegt und der Schraubenschaft132 wenig aus der Nockenwelle14 austritt (4 ). Dann wird durch die Ventilaufnahme26 des koaxial an die Nockenwelle14 angesetzten Abtriebsteils12 , die noch nicht mit dem Zentralventil18 belegt ist, das Schraubwerkzeug34 hindurchgeführt und in die Mehrkant-Ausnehmung33 des Schraubenschafts132 eingesteckt. Beim Drehen der Spannschraube13 verschraubt sich das Schraubengewinde in dem Innengewinde31 , wodurch der Hohlstutzen27 am Abtriebsteil12 in die hohle Nockenwelle14 eingezogen wird, bis das Abtriebsteil12 sich kraftschlüssig an die ringförmige Stirnseite der hohlen Nockenwelle14 anpresst. Danach wird das Schraubwerkzeug34 entfernt und nacheinander Zentralventil18 und Elektromagnet29 montiert, wobei die Rückstellfeder22 im Sackloch39 des Schraubenschaftes132 aufgenommen wird und sich im Sacklochgrund abstützt.5 zeigt ausschnittweise den endmontierten Nockenwellenversteller, wobei von dem Elektromagneten29 nur dessen Betätigungsstift30 dargestellt ist. - In den Ausführungsbeispielen der
1 bis3 kann anstelle der Mehrkant-Ausnehmung33 im Schraubenkopf131 auch ein Außen-Mehrkant38 vorgesehen werden, wie dies in6 und7 dargestellt ist. In diesem Fall weist das Schraubwerkzeug34 einen Innen Mehrkant, z. B. einen Inbus, auf. Der Außen-Mehrkant38 muss dabei so dimensioniert werden, dass das Schraubwerkzeug34 zwischen Innenwand der Nockenwelle14 und Schraubenkopf131 mit ausreichendem Spiel eingeführt werden kann. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19611365 C2 [0002]
- DE 19817319 C2 [0002]
- DE 602005001122 T2 [0018]
Claims (10)
- Nockenwellenversteller zum Einstellen und Halten der Phasenlage einer Nockenwelle (
14 ) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem von der Kurbelwelle antreibbaren Antriebsrad (11 ), mit einem vom Antriebsrad (11 ) antreibbaren, dazu koaxialen Abtriebsteil (12 ), das mittels einer Schraubenkopf (131 ) und Schraubenschaft (132 ) aufweisenden, zur Nockenwelle (14 ) koaxialen Spannschraube (13 ) an der Nockenwelle (14 ) verspannt ist, und mit einem koaxial zur Nockenwelle (14 ) angeordneten Zentralventil (18 ) zur hydraulischen Verstellung der Drehlage des Abtriebsteils (12 ) gegenüber dem Antriebsrad (11 ), dadurch gekennzeichnet, dass Spannschraube (13 ) und Zentralventil (18 ) voneinander räumlich getrennt und axial hintereinander angeordnet sind. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (
19 ) zum Zuführen von Druckmittel zum Zentralventil (18 ) räumlich getrennt von Spannschraube (13 ) und Zentralventil (18 ) und koaxial zu diesen angeordnet ist. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (
14 ) hohl ausgebildet ist und die Spannschraube (13 ) mit Schraubenkopf (131 ) und Schraubenschaft (132 ) zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig, in der Nockenwelle (14 ) aufgenommen und im Abtriebsteil (12 ) verschraubt ist. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (
12 ) ein Innengewinde (31 ) zum Einschrauben des Schraubenschafts (132 ) und die Nockenwelle (14 ) ein im hohlen Innern angeordnetes Widerlager zum Abstützen des Schraubenkopfs (131 ) aufweist. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager von einem im Innern der hohlen Nockenwelle (
14 ) axial unverschieblich festgelegten Anschlagring (32 ) gebildet ist. - Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (
12 ) einen in die Nockenwelle (14 ) koaxial eintauchenden, das Innengewinde (31 ) tragenden Hohlstutzen (27 ) und eine zum Hohlstutzen (27 ) koaxiale Ventilaufnahme (26 ) für das Zentralventil (18 ) aufweist. - Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (
131 ) Mittel zum drehschlüssigen Auf- bzw. Einstecken eines durch die Nockenwelle (14 ) hindurchführbaren Schraubwerkzeugs (34 ) aufweist. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (
132 ) Mittel zum drehschlüssigen Einstecken eines durch die zentrale Ventilaufnahme (26 ) im Abtriebsteil (12 ) hindurchführbaren Schraubwerkzeugs (34 ) aufweist. - Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (
12 ) eine in die Nockenwelle (14 ) eintauchende, die Ventilaufnahme (26 ) umschließende Klemmhülse (36 ), an der der Hohlstutzen (27 ) einstückig angeformt ist, und einen auf der Klemmhülse (36 ) drehfest sitzenden Sinterkörper (37 ) aufweist. - Nockenwellenversteller nach einem der Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnseite des Schraubenschafts (
132 ) der Spannschraube (13 ) ein Sackloch (39 ) zur Aufnahme einer Rückstellfeder (22 ) des Zentralventils (18 ) vorhanden ist.
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