DE2650246A1 - Steuereinrichtung fuer eine kraftstoffeinspritzpumpe eines dieselmotors - Google Patents
Steuereinrichtung fuer eine kraftstoffeinspritzpumpe eines dieselmotorsInfo
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Description
R. 3541
28.10.1976 Ks/Ht
28.10.1976 Ks/Ht
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart
Steuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe eines
Dieselmotors
Es wird eine Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors vorgeschlagen, die eine verbesserte
temperaturabhängige Anpassung der von der Einspritzpumpe geförderten höchstzulässigen Kraftstoffördermenge an die dem
Motor zugeführte Luftmasse ermöglicht.
Die Steuereinrichtung umfaßt je einen Ansauglufttemperatur- und einen Kraftstofftemperaturgeber, deren Ausgangssignale
einander entgegenwirkend gepolt das Steuersignal einer elektronischen Steuerschaltung im Sinne einer Ansauglufttemperatur-
und Kraftstofftemperaturkompensation beeinflußt, wobei
das Steuersignal der Steuerschaltung die Stellung eines die Fördermenge der Einspritzpumpe bestimmenden oder begrenzenden
Servostellgliedes festlegt.
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Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Es sind bereits
Steuereinrichtungen zur temperaturabhängigen Beeinflussung eines die Stellung des Fördermengenverstellgliedes und
damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes dieser
Art bekannnt, an denen das Servostellglied von einer elektronischen Steuerschaltung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen,
wie der Lufttemperatur, ansteuerbar ist. Die bekannten Steuereinrichtungen verarbeiten das Steuersignal der Lufttemperatur
für eine additive Korrektur der von der Steuereinrichtung gesteuerten Stellung oder Begrenzung der Regelstange der Einspritzpumpe;
d. h. die Stellung der Regelstange wird um ein der Lufttemperatur entsprechendes Maß korrigiert. Den gesteigerten
Anforderungen an die Kraftstoffzumessung bei Dieselmotoren
genügen solche Korrekturen wegen der verschärften Emissionsgesetze zur Verminderung der schädlichen Abgase bei Dieselmotoren
nicht mehr, sondern um den neuen Abgasgesetzen zu genügen^ muß beim Dieselmotor die Luft- und Kraftstoffmasse exakt
einander zugeordnet werden. Hierzu ist eine Luft- und Kraftstoff temperaturkompensation dringend erforderlich.
Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung nach den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch bei starken Differenzen zwischen der Ansaugluft-
und Kraftstofftemperatur die von der Steuereinrichtung . bestimmte oder begrenzte Stellung des Servostellgliedes und damit
die gesteuerte höchstzulässige Kraftstoffördermenge zur Erzielung einer sauberen Verbrennung im Dieselmotor im richti-
- 3 8 09819/0193
R.
gen Sinne korrigiert wird. Durch die einander entgegenwirkend geschalteten Ausgangssignale beider Temperaturgeber heben sich
die Signale bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur auf,
bzw. können auf einen festgelegten Wert gesteuert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
festgelegten Steuereinrichtung möglich. So ergibt sich durch die Anwendung der besonders vorteilhaft zugeschalteten
Brückenschaltung ein einfacher und wenig aufwendiger Aufbau der elektronischen Steuerschaltung und durch die Korrektur des Ladedrucksignals
bei aufgeladenen Dieselmotoren durch die die beiden Temperaturgeber enthaltene Brückensehaltung ändert sich
die nachfolgende, ggf. ein Pördermengenkennfeld enthaltende
Steuerschaltung nicht.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels;
Figur 2 ein vereinfacht dargestelltes Schaltbild des vorherigen Ausführungsbeispiels und
Figuren je eine Brückenschaltung zur Verknüpfung des Ansaug-3
und H luft- und Kraftstofftemperatursignals.
Die in Figur 1 vereinfacht dargestellte Steuereinrichtung weist eine mit einem mechanischen Drehzahlregler 1 ausgestattete
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R.
Kraftstoffeinspritzpumpe 2 auf, deren als Fördermengenverstellglied
dienende Regelstange 3 in bekannter und nicht näher dargestellter Weise von dem Drehzahlregler 1 in Abhängigkeit
von der Drehzahl und der Stellung eines mit M bezeichneten Bedienungshebels zur Änderung der von der Einspritzpumpe 2 geförderten
Kraftstoffeinspritzmenge bewegbar ist. Im dargestellten Beispiel ist die Regeistange 3 mit einem Anschlagarm 5
versehen, der mit einem Anschlagglied 6 eines Servostellgliedes 7 zusammenwirkt.
Das Servostellglied 7 ist von einer elektronischen Steuerschaltung
8 ansteuerbar und besteht im wesentlichen aus einem mit einem Druckraum 9 versehenen hydraulischen Stellmotor
10, der mit einem Magnetventil 11 verbunden ist, das den Zu- und Rückfluß des als Steuerflüssigkeit dienenden, von
einer Vorförderpumpe 12 der Einspritzpumpe 2 geförderten Kraftstoffs zum Druckraum 9 steuert. Das als Magnetschieberventil
ausgebildete Magnetventil 11 weist eine Zwischenstellung auf, durch die, wie gezeichnet, eine Leitung 13 zum Druckraum
9 gegenüber einer Zulaufleitung 14 und einer Rücklaufleitung
15 gesperrt wird. Durch diese Ausbildung des Magnetventils 11 wird gegenüber sonst häufig gebrauchten impulsgesteuerten
Ventilen Steuerflüssigkeit gespart. An die Zulaufleitung Ik
ist zur Überbrückung von Druckschwankungen und zur Ermöglichung
schneller Steuervorgänge ein Speicher 16 angeschlossen, der seinerseits über einen mit einem Rückschlagventil 20 versehenen
Leitungsabschnitt l4a der Zulaufleitung 14 an eine
Förderleitung 17 angeschlossen ist, durch die von einem Tank 18 durch die Förderpumpe 12 angesaugter Kraftstoff über ein
Filter 19 zur Einspritzpumpe 2 gefördert wird. Das Rückschlagventil 20 verhindert ein Leerlaufen des Speichers 16. Zu viel
geförderter Kraftstoff fließt in bekannter Weise über ein
Druckhalte- oder Druckregelventil 21 und eine Rückströmleitung 22 zum Tank 18 zurück. .
- 5 809819/0193
- V- R. 3541
Der zusammen mit dem Magnetventil 11 als Servostellglied dienende hydraulische Stellmotor 10 weist in der vereinfachten
Darstellung nach Figur 1 eine den Druckraum 9 begrenzende als bewegliche Wand dienende Membran 23 auf, die von der Seite des
Druckraums 9 her vom Druck des über die Leitung 13 und vom Ventil 11 gesteuerten Kraftstoffs beaufschlagbar ist und auf der
Gegenseite von einer sich am Gehäuse des Stellmotors 10 abstützenden Rückstellfeder 24 belastet ist. Die Membran 23 ist ferner
fest mit dem Anschlagglied 6 verbunden, dessen vom Magnetventil 11 und der elektronischen Steuerschaltung 8 festgelegte
Stellung RW die Stellung der Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 in Richtung größerer Einspritzmenge begrenzt] und zwar in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen, von denen die Drehzahl η des Motors, die Ansauglufttemperatur T^ und die Kraftstofftemperatur
T„ sowie der als Meßgröße für die dem Motor zugeführte Luftmasse dienende im Saugrohr des Motors herrschende absolute
Luftdruck pT für die mit dem vorliegenden Beispiel durchgeführte
Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge Qm„^ die
max
größte Bedeutung spielen.
Ein der Motordrehzahl proportionales Signal wird von einem mit einem Zahnrad 25 auf der Nockenwelle 26 der Einspritzpumpe
2 zusammenwirkenden Drehzahlgeber 27 der elektronischen Steuerschaltung
8 zugeführt. Der absolute, im Saugrohr des Motors herrschende Luftdruck pT wird von einem Absolutdruckgeber 28
L·
gemessen und in ein Steuersignal für die elektronische Steuerschaltung
8 umgewandelt.
Der Absolutdruckgeber 28 besteht im wesentlichen aus einem eine Baugruppe evakuierter Membrandosen enthaltenden Druckgeber 29
und einem elektrischen Weggeber 31. An die elektronische Steuerschaltung 8 sind weiterhin ein Ansauglufttemperaturgeber 32 und
ein Kraftstofftemperaturgeber 33, ein dem Starten des Motors dienender Fahrschalter 36 und ein die Stellung RW des Anschlag-
A.
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-^S- - R. 3541
gliedes 6 in die elektronische Steuerschaltung 8 rückführender Weggeber 37 angeschlossen.
Der Weggeber 37 ist notwendige da das Servostellglied 7 bei
einer reinen Ansteuerung nicht genau genug arbeiten würde. Deshalb enthält auch die elektronische Steuerschaltung 8 einen
vorteilhafterweise als PID-Regler ausgebildeten elektronischen Regelverstärker, der durch ein Schaltsymbol 38 angedeutet und
zu Figur 9 näher beschrieben ist. Der elektronische Regelverstärker 38 erzeugt ein Steuersignal S für das Magnetventil
11, solange ein Unterschied zwischen dem vom Weggeber 37 gemessenen
Istwert und einem von einem elektronischen Steuerglied 39 erzeugten Sollwert besteht. Das elektronische Steuerglied
39 enthält bekannte Bauteile, ist Teil der elektronischen Steuerschaltung 8 und hier nur andeutungsweise durch ein
Kästchen innerhalb der Schaltung 8 eingezeichnet. Die Stopprichtung der Regelstange 3 ist durch den Pfeil 42 gekennzeichnet
.
Das in Figur 1 in der elektronischen Steuerschaltung 8 nur angedeutete
elektronische Steuerglied 39 enthält, wenn z. B. die Steuerschaltung 8 nur der Regelwegbegrenzung dient, einen Volllastregelweg-Kennfeldgenerator,
der ein einer momentanen Drehzahl η zugehöriges Sollwertsignal S_ für die Stellung RW des
Anschlaggliedes 9 erzeugt, und zwar in Abhängigkeit von den Signalen des Drehzahlgebers 27 und des als Luftmassengeber dienenden
Absolutdruckgebers 28 entsprechend den für einen die Motorleistung begrenzenden Grenzwert (z. B. zulässige Rauchgrenze
oder Beschleunigungsverhalten) unter Berücksichtigung der Einspritzpumpencharakteristik
am Motor ermittelten Werten eines Vollastfördermengenkennfeldes (Eine solche Kennfeldsteuerung
ist z. B. in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (P ) der Anmelderin beschrieben).
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- *% - R. 35*11
Da die zu steuernde Vollastfördermenge nicht nur vom Druck pr
sondern auch von der Ansauglufttemperatur T1. abhängig ist, wird
Jj
zur genauen Erfassung der Luftmasse in dem in Figur 1 angedeuteten
elektronischen Steuerglied 39 der absolute Ansaugluftdruck pL multiplikativ mit der Lufttemperatur Ίγ verknüpft, da
die zugehörige Kraftstoffördermenge Q bzw. der zugehörige Regelweg
RW der Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 bei Temperaturänderungen sich beträchtlich ändern.
Erfindungsgemäß wird nun zur Ansauglufttemperatur ίγ auch noch
die Kraftstofftemperatur T„ berücksichtigt, die der Ansaugluft-
Λ.
temperatur T1- entgegenwirkend in das elektronische Steuerglied
39 eingegeben wird. Eine besonders einfache und vorteilhafte Schaltung dazu ist nachfolgend zu den Figuren 2 bis 4 beschrieben.
In Figur 2 ist in einem Schaltbild die elektronische Steuerschaltung
8 mit dem Regelverstärker 38 und dem elektronischen Steuerglied 39 zusammen mit den zugehörigen Gebern, dem Servostellglied
7 und der Einspritzpumpe 2 mit dem Regler 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist das Anschlagglied
6 des Servostellgiedes 7 direkt auf die Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 einwirkend eingezeichnet, die Funktion
entspricht aber genau dem in Figur 1 dargestellten Eingriff innerhalb des Reglers 1.
Das Schaltbild ist aus Gründen der Übersichtlichkeit so aufgebaut,
da.il im linken Bereich die Geber und das elektronische Steuerglied 39 angeordnet sind, an den sich rechts eine elektronische
Regelschaltung 44 für das Stellglied 7 mit dem Anschlagglied 6 anschließt, die den Regelverstärker 38 und den
der Rückführung der Anschlaggliedstellung RW dienenden Weggeber 37 enthält. Der Drehzahlgeber 27 ist im Regler 1 angeordnet
und sein Drehzahlsignal η wird in bekannter Weise durch
- 8 809819/0193 . . M
R.
eine Drehzahlelektronik im Steuerglied 39 zu einem drehzahlabhängigen
Steuersignal umgewandelt, das beispielsweise wie zu Figur 2 beschrieben - einem Vollastregelweg-Kennfeldgenerator
des Steuergliedes 39 zugeleitet wird.
Das elektronische Steuerglied 39 erzeugt ein Sollwertsignal
S-j- in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal η des Drehzahlgebers.
27 und eines Signales S des Absolutdruckgebers 28. Das Signal S wird direkt vom elektrischen Weggeber 31 proportional
zum Drucksignal p,- des Druckgebers 29 erzeugt, und in einer
Verknüpfungsschaltung 45 durch die Signale T, und T„ des Ansauglufttemperaturgebers
32 und des Kraftstofftemperaturgebers
korrigiert. Die Verknüpfung der Signale p, und T3. des Druckgebers
29 und des Lufttemperaturgebers 32 erfolgt, wie bereits weiter vorne ausgeführt, multiplikativ. Dies geschieht dadurch,
daß die Versorgungsspannung des in die Verknüpfungsschaltung 45 eingefügten elektrischen Weggebers 3I in Abhängigkeit von
der Ansauglufttemperatur T1. von dem Lufttemperaturgeber 32
multiplikativ korrigiert wird. Eine additive Verknpüfung ist nur für geringere Ansprüche an die Genauigkeit der Steuerung
zulässig.
Da sich die Masse des von der Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffs
bei Temperaturänderungen und bei gleichbleibendem Druck und Volumen ändert, wird die Versorgungsspannung des elektrischen
Weggebers 31 zusätzlich von dem Kraftstofftemperaturgeber
33 korrigiert, dessen Steuersignal T„ dem Steuersignal T, des
Lufttemperaturgebers 32 entgegenwirkend geschaltet ist, da in der Regel bei gleichen Temperaturen der Ansaugluft und des
Kraftstoffs keine Korrektur des Steuersignals S notwendig ist.
Die multiplikative Verknüpfung beider Signale T5. und T„ mit
PL kann in vorteilhafter Weise über eine Brückenschaltung 46
vorgenommen werden, die nachfolgend zu den Figuren 3 und 4
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näher beschrieben und in Figur 2 strichpunktiert angedeutet ist. Das Ausgangssignal der Brückschaltung 46 ist mit S^ bezeichnet
und wird dann anstelle der Signale T^ und T^. als die
Versorgungsspannung des Absolutdruckgebert 28 korrigierendes
Signal in die Verknüpfungsschaltung 45 eingegeben.
Die in Figur 2 vereinfacht dargestellte und zu dieser Figur beschriebene
multiplikative Verknpüfung der im Saugrohr des Motors
herrschenden Lufttemperatur IV mit der Kraftstofftemperatur
T.. geschieht in vorteilhafterweise, wie bereits in Figur
2 strichpunktiert angedeutet, durch die in Figur 3 dargestellte Brückenschaltung 46, die in jedem Brückenzweig je einen der
Temperaturgeber 32 und 33 aufweist, und die mit dem Eingang eines als Proportionalverstärker mit einstellbarer Verstärkung
ausgebildeten Differenzverstärkers 47 gekoppelt ist. Die je einem Brückenzweig zugeordneten Lufttemperaturgeber 32 und Kraftstofftemperaturgeber
33 sind zum Abgleich der temperaturabhängigen Steuerspannung mit je einem Abstimmwiderstand 48, 49 zusammengeschaltet
und die beiden Temperaturgeber 32 und 33 sind vorzugsweise als NTC-Widerstände ausgebildet. Zum Abgleich der
beiden Brückenhälften können letztere auch an zwei verschiedene Versorgungsspannungsquellen U und U„ angeschlossen werden, wie
dies in Figur 4 dargestellt ist. Das Ausgangssignal ST des Differenzverstärkers
47 kann zur Korrektur des Steuersignals S des Regelverstärkers 38 direkt in das elektronische Steuerglied
eingegeben werden. Am wirkungsvollsten und kostengünstigsten ist es aber, wenn - wie in Figur 2 angedeutet - das Ausgangs^
signal S„ des Differenzverstärkers 47 die Versorgungsspannung
des im Absolutdruckgeber 28 enthaltenen Weggebers 31 korrigiert, was in der Verknüpfungsschaltung 45 vorgenommen wird.
Bei Messungen am Motor hat es sich herausgestellt, daß eine Luft- und Kraftstofftemperaturkorrektur des Drucksignals pL
nicht nötig ist, wenn die Temperaturen beider Medien gleich
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sind. Deshalb ist die Brückenschaltung 46 nach den Figuren und 4 so aufgebaut, daß bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur,
die in den Differenzverstärker 47 eingegebene Brüekenspanungsdifferenz Null ist. Ist jedoch eine geringe
Korrektur notwendig, dann kann die Brückenschaltung 46 so eingestellt werden, daß bei gleichen Temperaturen die Brückenspannungsdifferenz
einem vorbestimmten Wert entspricht.
Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen eine Ansaugluft- und Kraftstofftemperaturkompensation bzw. -korrektur bei Steuereinrichtungen,
durch die die Stellung des Fördermengenverstellgliedes 3 der Einspritzpumpe 2 in Richtung größerer Einspritzmenge
begrenzt wird. Die gleiche Korrekturschaltung kann auch dann angewendet werden, wenn anstelle der die elektronische
Steuerschaltung 8 enthaltenden Steuereinrichtung eine elektronische Regelschaltung vorhanden ist, die neben
einem oder ohne mechanischen Drehzahlregler die Stellung des Fördermengenverstellgliedes in allen Betriebsbereichen des
Motors bestimmt. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung der Brückenschaltung
nur eine Verstärkerelektronik für beide Temperaturkompensationen, d. h. der Ansauglufttemperaturkompensation und
der Kraftstofftemperaturkompensation benötigt wird.
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- li -
Claims (8)
1.) Steuereinrichtung zur temperaturabhängigen Beeinflussung eines
die Stellung des Fördermengenverstellgliedes und damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors
bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes 3 das von einer
elektronischen Steuerschaltung ansteuerbar ist, die wenigstens einen von einer Betriebsmitteltemperatur des Motors beeeinflußbaren
Temperaturgeber (Lufttemperaturgeber) zur temperaturabhängigen Korrektur des die Stellung des Servostellgliedes beeinflussenden
Steuersignals aufweist, dadurch gekennzeichent}
daß zur exakten Anpassung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge
der Einspritzpumpe (2) an die dem Motor zugeführte Luftmasse als Ansauglufttemperaturgeber (32) und ein Kraftstofftemperaturgeber
(33) einander entgegenwirkend in die elektronische Steuerschaltung (8) eingefügt sind, und daß die Differenz ihrer
Aus gangs signale (T,. und T„) das Steuersignal (S) der Steuerschaltung
(8) beeinflussen.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ansauglufttemperaturgeber (32) und der Kraftstofftemperaturgeber
(33) in einer den Eingang eines Differenzverstärkers (^7)
beaufschlagenden Brückenschaltung (^6) gekoppelt sind, und das
Ausgangssignal (S^) des Differenzverstärkers (^7) an die das
Servostellglied (7) steuernde elektronische Steuerschaltung (8) angeschlossen ist.
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265Q24Ö
R.
3· Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die - vorzugsweise als NTC-Widerstände ausgebildeten - Temperaturgeber
(32, 33) so geschaltet sind, daß bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur die in den Differenzverstärker (47)
eingegebene Brückenspannungsdifferenz Null ist oder einem vorbestimmten
Wert entspricht.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet j daß zum Abgleich der temperaturabhängigen Steuerspannung
der beiden Temperaturgeber (32, 33) jedem Temperaturgeber
ein Abstimmwiderstand (72, 73) zugeschaltet ist oder die
Brückenhälften an verschiedene Versorgungsspannungsquellen (U.,
U„) angeschlossen sind (Figuren 3 und 4).
5. Steuereinrichtung nach einem, der Ansprüche 2 bis 4, mit einem
der luftdruckabhängigen Korrektur des Steuersignals dienenden, den Luftdruck im Saugrohr des Motors messenden und in ein entsprechendes
Signal umwandelnden Luftdruckgeber, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruckgeber als Luftmassengeber dient und
als ein den absoluten Luftdruck (pr) im Saugrohr des Motors
messender und in ein Drucksignal (S.) umwandelnder Absolutdruckgeber (28) ausgebildet ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangs signal (S13J des Differenzverstärkers (47) multipli-
- 13 -
809819/0193
kativ in einer Verknüpfungsschaltung (15) mit dem Signal (pL)
des Absolutdruckgebers (28) zusaramengeschaltet ist.
des Absolutdruckgebers (28) zusaramengeschaltet ist.
7. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (47) ein Proportionalverstärker
mit einstellbarer Verstärkung ist (Figur 3),
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 1J3 dadurch
gekennzeichnet, daß durch das Ausgangsignal (Sm) des Differenzverstärkers
(47) die Versorgungsspannung eines im Absolutdruckgeber (28) enthaltenen Weggebers (31) korrigierbar ist. .,
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