DE102018106971A1 - Radialverdichter - Google Patents
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Abstract
Radialverdichter (21), mit einem Verdichterrotor (22), mit einem Verdichtergehäuse (23), welches einen radial äußeren Spiralgehäuseabschnitt (24) und einen radial inneren Einsatzstückabschnitt (25) aufweist, mit einem Hauptströmungskanal (26) zum Zuführen eines zu verdichtenden Mediums in Richtung auf den Verdichterrotor, mit einer radial außerhalb des Hauptströmungskanals (26) angeordneten Zirkulationskammer (27), welche durch eine Konturwand (28) vom Hauptströmungskanal (26) abgegrenzt ist, welche mit dem Hauptströmungskanal (26) über Zirkulationsöffnungen (29, 30) verbunden ist, und welche über sich in der Zirkulationskammer (37) erstreckenden Streben (31) mit dem Einsatzstückabschnitt (25) verbunden ist, wobei der Hauptströmungskanal (26) von der Konturwand (28) und stromaufwärts der Konturwand (28) von einem stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) begrenzt ist, und mit einem stromaufwärts des Verdichtergehäuses (23) angeordneten Ansaugelement (34), welches mit einem radial äußeren Abschnitt (34b) an den Spiralgehäuseabschnitt (24) und mit einem radial inneren Abschnitt (34a) an den stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) angrenzt. Aneinander angrenzende Flächen des radial inneren Abschnitts (34a) des Ansaugelements (34) und des stromaufwärtigen Abschnitts (32) des Einsatzstückabschnitts (25) liegen auf einer Zylinderfläche.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
1 zeigt den grundsätzlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau eines Turboladers1 . Der Turbolader1 verfügt über eine Turbine2 zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader1 über einen Verdichter3 zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine2 bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. Die Turbine2 verfügt über ein Turbinengehäuse4 und einen Turbinenrotor5 . Der Verdichter3 verfügt über ein Verdichtergehäuse6 und einen Verdichterrotor7 . Der Verdichterrotor7 ist mit dem Turbinenrotor5 über eine Welle8 gekoppelt, die in einem Lagergehäuse9 gelagert ist, wobei das Lagergehäuse9 zwischen dem Turbinengehäuse4 und dem Verdichtergehäuse6 positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse4 und dem Verdichtergehäuse6 verbunden ist. Ferner zeigt1 einen verdichterseitigen Schalldämpfer10 . - Der in
1 gezeigte Verdichter3 des Turboladers1 ist als Radialverdichter ausgeführt. Das Verdichtergehäuse6 des Radialverdichters verfügt über einen radial äußeren Spiralgehäuseabschnitt11 sowie über einen radial inneren Einsatzstückabschnitt12 . Ein Hauptströmungskanal13 des Radialverdichters3 , der radial au-βen vom Verdichtergehäuse6 begrenzt ist, dient dem Zuführen des zu verdichtenden Mediums in Richtung auf den Verdichterrotor7 . Außerhalb des Hauptströmungskanals13 , nämlich radial außerhalb, ist eine Zirkulationskammer14 ausgebildet. - Die Zirkulationskammer
14 ist durch eine Konturwand15 vom Hauptströmungskanal13 abgegrenzt. Die Zirkulationskammer14 ist über Zirkulationsöffnungen16 ,17 mit dem Hauptströmungskanal13 verbunden. Die Konturwand15 ist über in1 nicht gezeigte Streben mit dem Einsatzstückabschnitt12 verbunden. Gemäß1 ist der Hauptströmungskanal13 stromaufwärts der Konturwand15 von einem stromaufwärtigen Abschnitt des Einsatzstückabschnitts12 begrenzt. - Gemäß
1 ist stromaufwärts des Verdichtergehäuses6 der Schalldämpfer10 positioniert, der austrittsseitig ein Ansaugelement18 bereitstellt. Das Ansaugelement18 grenzt mit einem radial äußeren Abschnitt18a an den Spiralgehäuseabschnitt11 und mit einem radial inneren Abschnitt18b an den stromaufwärtigen Abschnitt des Einsatzstückabschnitts12 an. Bei dem in1 gezeigten Radialverdichter ist zwischen dem radial äußeren Abschnitt18a des Ansaugelements18 und dem Spiralgehäuseabschnitt11 unter Verwendung einer Schelle19 eine Flanschverbindung20 ausgeführt. - Dann, wenn im Betrieb des Radialverdichters
3 der Verdichterrotor7 desselben brechen sollte, können Bruchstücke des Verdichterrotors7 auf den Einsatzstückabschnitt12 schlagen und denselben in Richtung auf das Ansaugelement18 verlagern. Hierbei werden dann Kräfte auf das Ansaugelement18 ausgeübt, die dazu führen können, dass die Verbindung20 zwischen dem Verdichtergehäuse6 und dem Ansaugelement18 versagt. - Es besteht Bedarf an einem Radialverdichter, bei dem keine Gefahr besteht, dass im Versagensfall des Verdichterrotors eine Verbindung zwischen dem Ansaugelement und dem Verdichtergehäuse versagt.
- Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Radialverdichter zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß liegen aneinander angrenzende Flächen des radial inneren Abschnitts des Ansaugelements und des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts auf einer Zylinderfläche. Sollte der Verdichterrotor des Verdichters versagen und sollten Bruchstücke des Verdichterrotors auf den Einsatzstückabschnitt treffen, so kann sich der stromaufwärtige Abschnitt des Einsatzstückabschnitts definiert in das Ansaugelement hinein bewegen, sodass dann keine Gefahr besteht, dass Kräfte, die im Schadensfall auf den Einsatzstückabschnitt einwirken, zu einem Versagen des Verbindungsbereichs zwischen dem Spiralgehäuseabschnitt des Verdichtergehäuses und dem Ansaugelement führen.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die jeweilige Fläche des radial inneren Abschnitts des Ansaugelements nach radial innen und die angrenzende Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts nach radial außen gewandt, wobei der stromaufwärtige Abschnitt des Einsatzstückabschnitts bezogen auf den radial inneren Abschnitt des Ansaugelements radial innen positioniert ist. Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, um im Schadensfall des Verdichterrotors bei Auftreffen von Bruchstücken des Verdichterrotors auf den Einsatzstückabschnitt ein definiertes Hineinbewegen des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts in das Ansaugelement hinein zu ermöglichen.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greifen die Streben, über welche die Konturwand mit dem Einsatzstückabschnitt verbunden ist, an einem Abschnitt des Einsatzstückabschnitts an, der gegenüber dem stromaufwärtigen Abschnitt des Einsatzstückabschnitts nach radial außen versetzt ist und mit dem stromaufwärtigen Abschnitt des Einsatzstückabschnitts über eine sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt verbunden ist. Zwischen diesem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt des Einsatzstückabschnitts und dem radial inneren Abschnitt des Ansaugelements ist ein Freiraum ausgebildet. Durch den Freiraum wird ein definierter Verlagerungsweg des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts in das Ansaugelement hinein definiert.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist an dem stromaufwärtigen Abschnitt des Einsatzstückabschnitts eine Hinterschneidung oder eine Materialaussparung ausgebildet, und zwar an der Axialposition des Freiraums. Durch diese Hinterschneidung oder Materialaussparung wird ein Verkanten des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts im Ansaugelement beim Hineinbewegen des stromaufwärtigen Abschnitts des Einsatzstückabschnitts in das Ansaugelement hinein im Schadensfall des Verdichterrotors verhindert.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : einen perspektivischen Querschnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Turbolader; -
2 : einen schematisierten Meridianschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialverdichter. -
2 zeigt einen Meridianschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialverdichter21 , der insbesondere als Radialverdichter eines Abgasturboladers ausgeführt ist. - Der Radialverdichter
21 verfügt über einen Verdichterrotor22 , der in einem Verdichtergehäuse23 angeordnet ist. Das Verdichtergehäuse23 verfügt über einen radial äußeren Spiralgehäuseabschnitt24 sowie über einen radial inneren Einsatzstückabschnitt25 , der im gezeigten Ausführungsbeispiel von zwei Segmenten25a ,25b gebildet ist. Die beiden Segmente25a ,25b des Einsatzstückabschnitts25 , die im gezeigten Ausführungsbeispiel als separate Baugruppen ausgeführt sind, können auch einstückig ausgebildet sein. - Der Radialverdichter
21 verfügt über einen Hauptströmungskanal26 , über welchen zu verdichtendes Medium in Richtung auf den Verdichterrotor22 geführt werden kann. Radial außerhalb des Hauptströmungskanals26 ist eine Zirkulationskammer27 ausgebildet, die über eine Konturwand28 vom Hauptströmungskanal26 abgegrenzt ist. Die Zirkulationskammer27 ist über Zirkulationsöffnungen29 ,30 mit dem Hauptströmungskanal26 verbunden. - Innerhalb der Zirkulationskammer
27 erstrecken sich Streben31 , über welche die Konturwand28 mit dem Einsatzstückabschnitt25 verbunden ist, und zwar in2 mit dem Segment25b des Einsatzstückabschnitts25 . - Der Hauptströmungskanal
26 ist demnach abschnittsweise von der Konturwand28 radial außen begrenzt. Stromaufwärts der Konturwand28 ist der Hauptströmungskanal26 von einem stromabwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 begrenzt. Stromabwärts der Konturwand28 ist der Hauptströmungskanal26 von einem stromabwärtigen Abschnitt33 des Einsatzstückabschnitts25 begrenzt, der außen an den Verdichterrotor22 angrenzt. - In
2 ist weiterhin ein Ansaugelement34 gezeigt, das stromaufwärts des Verdichtergehäuses23 angeordnet ist. Das Ansaugelement34 verfügt über einen radial inneren Abschnitt34a und einen radial äußeren Abschnitt34b . Der radial äußere Abschnitt34b des Ansaugelements34 grenzt an den Spiralgehäuseabschnitt24 an. Der radial innere Abschnitt34a des Ansaugelements34 grenzt an den stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 an, der im gezeigten Ausführungsbeispiel vom Segment25a des Einsatzstückabschnitts25 bereitgestellt wird. - Zwischen dem flanschartig ausgebildeten, radial äußeren Abschnitt
34b des Ansaugelements34 und einem Flansch35 des Spiralgehäuseabschnitts24 ist eine Flanschverbindung36 ausgebildet. - Bei dem erfindungsgemäßen Radialverdichter
21 liegen aneinander angrenzende Flächen des radial inneren Abschnitts34a des Ansaugelements34 und des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 auf einer Zylinderfläche. Die jeweilige auf dieser Zylinderfläche liegende Fläche des radial inneren Abschnitts34a des Ansaugelements34 ist dabei nach radial innen und die jeweilige auf der Zylinderfläche liegende angrenzende Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 ist nach radial außen gewandt. Der stromabwärtige Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 ist bezogen auf den radial inneren Abschnitt34 des Ansaugelements34 radial innen positioniert. - Sollte im Betrieb der Verdichterrotor
22 brechen und sollten Bruckstücke desselben auf den Einsatzstückabschnitt25 schlagen, so kann sich der Einsatzstückabschnitt25 mit seinem stromaufwärtigen Abschnitt32 definiert in das Ansaugelement34 hinein bewegen, sodass auf das Ansaugelement34 keine Kräfte ausgeübt werden, die zu einem Versagen der Flanschverbindung36 führen können. - Wie bereits ausgeführt, ist die Konturwand
28 mit dem Einsatzstückabschnitt25 über die Streben31 verbunden, die sich im Zirkulationsraum27 erstrecken. Die Streben31 greifen dabei an einem Abschnitt37 des Einsatzstückabschnitts25 an, der gegenüber dem stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 nach radial außen versetzt ist und der mit dem stromaufwärtigen Abschnitt32 über einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt38 verbunden ist. Dieser nach radial außen versetzte Abschnitt37 des Einsatzstückabschnitts25 wird im Ausführungsbeispiel der2 vom Segment25b des Einsatzstückabschnitts25 bereitgestellt. Der sich in radiale Richtung erstreckende Abschnitt38 , den den Abschnitt37 mit dem stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 verbindet, wird im gezeigten Ausführungsbeispiel vom Segment25a des Einsatzstückabschnitts25 gebildet. Wie bereits ausgeführt, können die Segmente25a ,25b im Unterschied zur2 auch einstückig ausgeführt sein. - Zwischen diesem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt
38 des Einsatzstückabschnitts25 , über welchen der stromaufwärtige Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 mit dem gegenüber dem stromaufwärtigen Abschnitt32 nach radial außen versetzten Abschnitt37 des Einsatzstückabschnitts25 verbunden ist, und dem radial inneren Abschnitt34a des Ansaugelements34 ist ein Freiraum39 ausgebildet, der eine Art Deformationsraum ausbildet und einen möglichen axialen Einfahrweg des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 in das Ansaugelement34 hinein definiert. Der Freiraum39 stellt eine axiale Bewegungsfreiheit für den stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 im Schadensfall bereit. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt
38 des Einsatzstückabschnitts25 , welcher den stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 mit dem nach radial außen versetzten Abschnitt37 desselben verbindet, und dem radial inneren Abschnitt34a des Ansaugelements34 in den stromaufwärtigen Abschnitt32 des Einsatzstückabschnitts25 eine Hinterschneidung40 oder eine Materialaussparung eingebracht. - Die Hinterschneidung
40 oder Materialaussparung ist auf der Axialposition des Freiraums39 , der auch als axialer Deformationsraums bezeichnet werden kann, bezogen auf den Freiraum39 radial innen angeordnet und geht in diesen über. - Die Hinterschneidung
40 oder Materialaussparung ist gegenüber der nach radial außen gerichteten Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 , die der nach radial innen gerichteten Fläche des radial inneren Abschnitts34a des Ansaugelements34 gegenüber liegt, nach radial innen gerichtet. Sollte sich im Schadensfall der Einsatzstückabschnitt25 in das Ansaugelement34 hinein bewegen, so wird über diese Hinterschneidung40 bzw. Materialaussparung ein Verkanten des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 im Ansaugelement34 verhindert. - Die Hinterschneidung
40 ist in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet an einer radial äußeren Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts32 des Einsatzstückabschnitts25 ausgebildet. - Wie bereits ausführt, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der Einsatzstückabschnitt
25 mehrteilig aus den Segmenten25a ,25b ausgebildet. Derselbe kann auch einteilig ausgebildet sein, wobei dann die Segmente25a ,25b einstückig ausgeführt sind. - Im Ausführungsbeispiel der
2 sind der Einsatzstückabschnitt25 und der radial äußere Spiralgehäuseabschnitt24 des Verdichtergehäuses23 bauteilseitig getrennt, dieselben werden demnach von getrennten Bauteilen bereitgestellt. Es ist möglich, dass sich der Einsatzstückabschnitt25 bis in den Spiralgehäuseabschnitt24 hinein erstreckt, wobei dann der Spiralgehäuseabschnitt24 auch abschnittsweise vom Einsatzstückabschnitt25 ausgebildet ist. - Mit der Erfindung kann vermieden werden, dass es im Falle eines Schadens des Verdichterrotors
22 und der hierdurch bedingten Axialverschiebung des Einsatzstückabschnitts25 in Richtung auf das Ansaugelement34 zu einem Versagen der Flanschverbindung36 zwischen dem Verdichtergehäuse23 , nämlich im Spiralgehäuseabschnitt24 desselben, und dem Ansaugelement34 kommt. Im Schadensfall ist demnach diese Flanschverbindung36 keiner direkten Lasteinwirkung ausgesetzt. Daher kann die Flanschverbindung36 im Vergleich zu konventionellen Radialverdichtern schlanker und leichter ausgeführt werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Turbolader
- 2
- Turbine
- 3
- Verdichter
- 4
- Turbinengehäuse
- 5
- Turbinenrotor
- 6
- Verdichtergehäuse
- 7
- Verdichterrotor
- 8
- Welle
- 9
- Lagergehäuse
- 10
- Schalldämpfer
- 11
- Spiralgehäuseabschnitt
- 12
- Einsatzstückabschnitt
- 13
- Hauptströmungskanal
- 14
- Zirkulationskammer
- 15
- Konturwand
- 16
- Zirkulationsöffnung
- 17
- Zirkulationsöffnung
- 18
- Ansaugelement
- 18a
- radial äußerer Abschnitt
- 18b
- radial innerer Abschnitt
- 19
- Schelle
- 20
- Flanschverbindung
- 21
- Radialverdichter
- 22
- Verdichterrotor
- 23
- Verdichtergehäuse
- 24
- Spiralgehäuseabschnitt
- 25
- Einsatzstückabschnitt
- 26
- Hauptströmungskanal
- 27
- Zirkulationskammer
- 28
- Konturwand
- 29
- Zirkulationsöffnung
- 30
- Zirkulationsöffnung
- 31
- Strebe
- 32
- stromaufwärtiger Abschnitt
- 33
- stromabwärtiger Abschnitt
- 34
- Ansaugelement
- 34a
- radial innerer Abschnitt
- 34b
- radial äußerer Abschnitt
- 35
- Flansch
- 36
- Flanschverbindung
- 37
- Abschnitt
- 38
- Abschnitt
- 39
- Freiraum
- 40
- Hinterschneidung
Claims (10)
- Radialverdichter (21), insbesondere Radialverdichter eines Abgasturboladers, mit einem Verdichterrotor (22); mit einem Verdichtergehäuse (23), welches einen radial äußeren Spiralgehäuseabschnitt (24) und einen radial inneren Einsatzstückabschnitt (25) aufweist; mit einem Hauptströmungskanal (26) zum Zuführen eines zu verdichtenden Mediums in Richtung auf den Verdichterrotor (22); mit einer radial außerhalb des Hauptströmungskanals (26) angeordneten Zirkulationskammer (27), welche durch eine Konturwand (28) vom Hauptströmungskanal (26) abgegrenzt ist, welche mit dem Hauptströmungskanal (26) über Zirkulationsöffnungen (29, 30) verbunden ist, und welche über sich in der Zirkulationskammer (37) erstreckenden Streben (31) mit dem Einsatzstückabschnitt (25) verbunden ist, wobei der Hauptströmungskanal (26) von der Konturwand (28) und stromaufwärts der Konturwand (28) von einem stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) begrenzt ist; mit einem stromaufwärts des Verdichtergehäuses (23) angeordneten Ansaugelement (34), welches mit einem radial äußeren Abschnitt (34b) an den Spiralgehäuseabschnitt (24) und mit einem radial inneren Abschnitt (34a) an den stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass aneinander angrenzende Flächen des radial inneren Abschnitts (34a) des Ansaugelements (34) und des stromaufwärtigen Abschnitts (32) des Einsatzstückabschnitts (25) auf einer Zylinderfläche liegen.
- Radialverdichter nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Fläche des radial inneren Abschnitts (34a) des Ansaugelements (34) nach radial innen und die angrenzende Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts (32) des Einsatzstückabschnitts (25) nach radial außen gewandt ist. - Radialverdichter nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärtige Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) bezogen auf den radial inneren Abschnitt (34a) des Ansaugelements (34) radial innen positioniert ist. - Radialverdichter nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (31), über welche die Konturwand (28) mit dem Einsatzstückabschnitt (25) verbunden ist, an einem Abschnitt (37) des Einsatzstückabschnitts (25) angreifen, der gegenüber dem stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) nach radial außen versetzt ist und der mit dem stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) über einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt (38) verbunden ist. - Radialverdichter nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen diesem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt (38) des Einsatzstückabschnitts (25) und dem radial inneren Abschnitt (34a) des Ansaugelements (34) ein Freiraum (39) ausgebildet ist. - Radialverdichter nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass am stromaufwärtigen Abschnitt (32) des Einsatzstückabschnitts (25) eine Hinterschneidung (40) oder eine Materialaussparung ausgebildet ist. - Radialverdichter nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (40) oder Materialaussparung gegenüber der nach radial außen gerichteten Fläche des stromaufwärtigen Abschnitts (32) des Einsatzstückabschnitts (25) nach radial innen gerichtet ist. - Radialverdichter nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstückabschnitt (25) einteilig ausgebildet ist. - Radialverdichter nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstückabschnitt (25) mehrteilig ausgebildet ist. - Radialverdichter nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstückabschnitt (25) und der radial äußere Spiralgehäuseabschnitt (24) des statorseitigen Verdichtergehäuses (23) bauteilseitig getrennt sind, wobei dieselben von getrennten oder separaten Bauteilen bereitgestellt sind.
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