DE3517517A1

DE3517517A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE3517517A1
Application number: DE19853517517
Authority: DE
Inventors: Rainer 6105 Ober Ramstadt Seeger; Werner 6271 Walsdorf Volkmar
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-20
Anticipated expiration: 2005-05-16
Also published as: FR2582074A1; GB2175071B; GB2175071A; GB8610582D0; DE3517517C2; FR2582074B1

Description

ALFRED TEVES GMBH - 3 -

Frankfurt am Main

14. Mai 198F, K: Ii ATE 38

P 5754

V/. Volkmar

R. Seeger

Ventilanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung zur Steuerung eLnes Ausgangsdrucks eines Fluids in Abhängigkeit von einem Eingangsdruck des Fluids unter Konstanthaltung des Ausgangsdrucks zwischen einem unteren und einem oberen Druckwert des Eingangsdrucks, mit einer Einlaßkammer und einer Auslaßkamrner, mit einem druckabhängig schaltbaren ersten Ventil zwischen Ein- und Auslaßkammer, dessen Verschlußstück seine Schließstellung unter Federkraft bis zum Anstieg des Eingangsdrucks auf den oberen Druckwert einnimmt, und mit einem durch den Eingangsdruck gegen Federkraft beaufschlagten Kolben, der die durch Federkraft bewirkte Schließbewegung eines Ventilverschlußstücks bis zum Anstieg des Ein^angsdrucks auf den unteren Druckwert blockiert.

Bei einer bekannten Ventilanordnung der gattungsgemäßen Art (DE-OS 30 40 282, Fig. 1) sind zwei Ventile zwischen der Ein- und Auslaßkammer ausgebildet, und zwar das erste in dem Verschlußstück des zweiten. Der Kolben ist in der Auslaßkammer angeordnet und blockiert die Schließbewegung des VentilverschlußstückK riets '/.vielten Ventils bis zum Anstieg des Eingangsdrueks auf den

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unteren der beiden Druckwerte. Diese Ausbildung erfordert mithin zwei Ventile. Da der Kolben ferner in der Auslaßkammer angeordnet ist, wird sein weiterer Hubweg nach Erreichen des unteren Druckwertes, bei dem das zweite Ventil schließt, bis zum Erreichen des oberen Druckwertes, bei dem das erste Ventil öffnet, unterbrochen. Nach Überschreitung des oberen Druckwertes, bei dem das erste Ventil öffnet, bewegt sich der Kolben weiter, gegebenenfalls bis zu einem Anschlag. Bei dieser Weiterbewegung des Kolbens vergrößert sich das Volumen der Auslaßkammer. Die Folge ist eine Verzögerung des Anstiegs des Ausgangsdrucks. Dies ist besonders bei Verwendung der Ventilanordnung in einer Bremsdruckleitung unerwünscht. Auch wenn der Auslaß der Ventilanordnung mit dem Ausgang eines Druckreglers verbunden ist, so daß beide zusammenwirken, wie dies bei Bremsdruckregeleinrichtungen in Kraftfahrzeugen häufig der Fall ist, kann ein durch den Druckregler bewirkter Druckanstieg in der Auslaßkammer der Ventilanordnung zu einer erheblichen Volumenvergrößerung durch Verschiebung des Kolbens führen, noch bevor dieser den Anschlag erreicht. Dies kann ebenfalls zu einer entsprechenden Verzögerung des gewünschten Druckanstiegs und zu einer Desensibilisierung des Regelkreises der Bremsdruckregeleinrichtung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der gattungsgemäßen Art, insbesondere für den Einbau in Bremsdruckleitungen, anzugeben, bei der Verzögerungen des Anstiegs des Ausgangsdrucks, insbesondere nach Überschreitung des oberen Druckwertes, bei geringerem Aufwand weitgehend vermieden sind.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kolben die Einlaßkammer begrenzt ist und die Schließbewegung des Verschlußstücks des ersten Ventils

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bis zum Erreichen des unteren Druckwertes blockiert und unmittelbar nach Erreichen der Schließstellung des Verschlußstücks an einem Anschlag anliegt.

Bei dieser Lösung bestimmt allein das erste Ventil in Verbindung mit dem Kolben und den das Ventilverschlußstück sowie den Kolben belastenden Federn den unteren und oberen Druckwert, zwischen denen das erste Ventil geschlossen bleibt. Ein zusätzliches Ventil mit reibungsbehaftetem Ventilverschlußstück entfällt für diese Funktion. Desgleichen entfällt ein merklicher zusätzlicher Hubweg des Kolbens, sobald der Eingangsdruck den unteren Druckwert überschritten hat. Die Zunahme des Ausgangsdrucks bei ausgangsseitig parallel angeschlossenem zusätzlichem Druckgeber, dessen Ausgangsdruck erhöht wird, erfährt daher keine merkliche Verzögerung, aufgrund einer Zunahme des durch den Druckgeber beaufschlagten Volumens.

Bei einem allmählichen Abbau des Eingangsdrucks der Ventilanordnung wird auch der Ausgangsdruck umgekehrt wie bei einer Steigerung des Eingangsdrucks ohne Hysterese abgebaut. Wenn jedoch der Eingangsdruck schlagartig verringert wird, kann das Feder-Masse-System der Ventilanordnung in Verbindung mit der Reibung des Kolbens diesem Druckabbau nicht in allen Fällen rasch genug folgen. Darüber hinaus kann es zu Schwingungen angeregt werden. Dies gilt in noch höherem Maße für· die gattungsgemäße Ventilanordnung, bei der ein zusätzliches Ventil mit einem federbelasteten Ventilverschlußstück vorgesehen ist.

Um einen weitgehend unverzögerten und schwingungsarrnen Druckabbau zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß parallel zum ersten ein zweites Ventil zwischen Ein- und Auslaßkammer vorgesehen sein, das geöffnet ist, nenn der

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Ausgangsdruck höher als der Eingangsdruck ist, und das als Hutmanschetten-Ventil ausgebildet ist. Ein solches Ventil hat einen einfachen Aufbau bei geringer Masse, so daß es praktisch unverzögert anspricht, ohne Schwingungen auszuführen. Da es praktisch keiner Reibung unterliegt, ist es entsprechend verschleißarm.

Sodann kann das Verschlußstück des ersten Ventils in der geöffneten Stellung mit einem eingangsseitigen Fortsatz an der durch den Eingangsdruck beaufschlagten Stirnfläche des Kolbens anliegen. Der Kolben hält dieses Ventilverschlußstück dann zwangsläufig solange in der geöffneten Stellung, bis der Eingangsdruck den unteren Druckwert überschreitet und den Kolben vom Ventilverschlußstück abhebt.

Dabei kann der Fortsatz in einer axialen Bohrung des Ventilgehäuses mit Spiel geführt sein, so daß dieses Ventilverschlußstück ebenfalls keinem merklichen Reibungsverschleiß unterliegt.

Urn eine Entlüftung eines über die Ventilanordnung mit Druckfluid beaufschlagten Systems durch Anlegen von Unterdruck (eine sogenannte "Vakuumentlüftung") zu ermöglichen, kann ferner dafür gesorgt sein, daß die der Einlaßkammer abgewandte federbelastete Seite des Kolbens mit dem Freien in Verbindung steht. Hierbei hält der Kolben das Ventilverschlußstück des ersten Venxiils zwangsweise in geöffneter Stellung, wenn Ein- oder Auslaßkammer mit Unterdruck beaufschlagt werden, so daß eventuell im System enthaltene Luft entweichen kann.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungspiel«=! näher beschrieben. Es zeilen:

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Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung und

Fig. 2 ein Diagramm der Abhängigkeit des Ausgangsdruck vom Eingangsdruck der Ventilanordnung nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 ist in einer Bohrung 1 eines Gehäuseteils 2 ein Gehäuseteil 3 eingeschraubt und mittels eines Dichtrings 4 gegen die Bohrung 1 abgedichtet. Der Genäuseteil 3 hat eine zur Bohrung 1 koaxiale abgestufte Bohrung 5, in der ein Kolben 6 axial verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 6 ist gegen die Bohrung 5 mittels eines Dichtrings 7 abgedichtet und begrenzt mit einer Stirnfläche eine Einlaßkammer 8 in der den Gehäuseteil 3 axial durchsetzenden abgestuften Bohrung 5. Die Einlaßkamine r 8 ist über die Wand des Gehäuseteils 3 durchsetzende Bohrungen 9 und einen Ringraum 10 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 mit einem Einlaß 11 im Gehäuseteil 2 verbunden. Der Kolben 6 ist durch eine Feder 13 belastet, die sich am Kolben 6 und an einem in die Bohrung 5 eingebördelten Deckel 12 abstützt.

In der axialen Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 ist ferner ein Einsatz 14 druckdicht verstemmt, der eine axial durchgehende abgestufte Bohrung 15 aufweist. Die eine Schulterkante der Bohrung 15 bildet einen Ventilsitz 16 für ein Ventilverschlußstück 17 aus Kunststoff. Das Ventilverschlußstück 17 besteht aus einem Kugelzonenteil 18 mit axialen zylindrischen Fortsätzen 19 und 20. Das Ventilverschlußstück 17 wird durch eine Feder 21 gegen den Ventilsitz 16 bzw. die Stirnfläche des Kolbens 6 gedrückt. Dabei stützt sich die Feder 21 einerseits am Kugelzonenteil 18 des Ventilverschluß-Stücks 17 und andererseits an einer Ringschulter 22 der Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 ab. Der Fortsatz 19

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des VentilVerschlußstücks 17 ist in dem auf seiten des Kolbens 6 liegenden Abschnitt der Bohrung 15 des Einsatzes 14 leichtgängig mit Spiel geführt und läßt im übrigen einen Ringraum zwischen sich und der Bohrung 15 frei. Dieser Ringraum ist über radiale Bohrungen 23 mit der Einlaßkammer 8 verbunden.

Das dem Deckel 12 abgekehrte Ende der Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 steht mit einer Auslaßkammer 24 in Verbindung, an die sich ein Auslaß 25 anschließt.

Zwischen Einlaß 11 und Auslaß 25 ist der Gehäuseteil 3 mit einer äußeren Ringnut 26 versehen, in der ein Ventilverschlußstück 27 in Form einer Nutmanschette eingelegt ist. Eine umlaufende Lippe 28 der Nutmanschette dichtet den Gehäuseteil 3 gegen die Bohrung 1 des Gehäuseteils 2 ab, wenn der Eingangsdruck P höher als der Ausgangsdruck P ist. Die Nutmanschette 27 bildet daher zusammen mit der Bohrung 1 des Gehäuseteils 2 ein Rückschlagventil, das den Durchgang von Druckfluid vom Einlaß 11 zum Auslaß 25 durch den Ringraum 10 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 sperrt, dagegen in umgekehrter Richtung freigibt. Der in der Ringnut 26 anliegende Zylinderabschnitt 29 des Ventilverschlußstücks 27 wird durch einen den Gehäuseteil 3 zwischen Einlaß 11 und Ventilverschlußstück 27 umgebenden C-Ring 30, der axiale Durchgangskanäle in Form von Nuten auf seinem Umfang aufweist, überlappt. Der C-Ring 30 verhindert ein radiales Ausbauchen dieses Zylinderabschnitts 29 bei einer axialen Stauchung der Nutmanschette 27 i infolge eines schlagartigen Durchtritts von Druckfluid von der Auslaß- zur Einlaßseite der Ventilanordnung \ und stellt damit das Öffnen des Ventils 1, 27 durch radiales Anlegen der Lippe 28 am Zylinderabschnitt 29 weiterhin sicher.

Der die Feder 13 aufnehmende Rückraum in der Bohrung !

5 zwischen KoIb in 6 und Deckel 12 steht über eine Druckausgleichbohrun ι 31 mit dem Freien in Verbindung. Die Druckausgleich!) Ehrung 31 ist durch einen G-Ring 32 gegen Verschmutiung abgedeckt, der die Luft weitgehend ungehindert für einen Luftdruckausgleich auf der Rückseite des Kolbe is 6 durch die Bohrung 31 durchlaßt.

Nachstehend wiri die Wirkungsweise der Ventilanordnung nach Fig. 1 unt3r Bezugnahme auf das Druckdiagramm nach Fig. 2 näh.^r erläutert.

In der dargestellten Lage seien der Eingangsdruck P und der Ausgang.^druck P zunächst Null. Bei zunehmendem

et

Eingangsdruck P ^ pflanzt sich der Druck ungehindert über den Einlaß 11, den Ringraum 10, die Bohrungen 9, die Einlaßkamme - 8, die Bohrungen 23, den Ringraum in der Bohrung ^:,5, das geöffnete Ventil 16, 17 und den ausgangssei ;igen Endabschnitt der axialen Bohrung 5 des Gehäusete Is 3 in die Auslaßkammer 24 und den Auslaß 25 fort. Hierbei wird der Kolben 6 durch die Feder 13 bis zum Erreichen eines unteren Wertes P ₁ des Eingangsdruoks P von etwa 1,6 bar, der durch die Feder 13 und di-} wirksame Stirnfläche des Kolbens 6 bestimmt ist, an Einsatz 14 anliegend gehalten. In dieser Lage des Kolbens 6 liegt auch das Ventilverschlußstück 17 nit seinem Fortsatz 19 unter der Kraft der Feder 21 an der Stirnfläche des Kolbens 6 an, wobei das Ventil 16, 7 geöffnet bleibt, da die Feder 21 schwächer als d.e Feder 13 ist. Der Ausgangsdruck P nimmt daher bis zum Erreichen des unteren Wertes P des Eingangsdrucks P im gleichen Maße zu wie der Eingangsdruck P_e. Sobald der Wert P_el überschritten wird, überschreitet d:e durch den Eingangsdruck P auf die Stirnfläche des Kolbens 6 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 13, so daß der Kolben 6 vom Einsatz abgehoben und s> hon bei nur geringfügig höherem Eingangsdruck P_e b s an den durch den Deckel 12 gebilde-

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ten Anschlag verschoben wird. Praktisch gleichzeitig mit dem Abheben des Kolbens 6 vom Einsatz 14 sitzt auch das VentilverschlußstUck 17 au? dem Ventilsitz 16 auf, v/ährend der Kolben 6 bis zu dem als Anschlag ausgebildeten Deckel 12 nur noch eiien sehr kleinen weiteren Hubweg zurückzulegen hat. Durch das Abheben des Kolbens 6 vom Einsatz 14 wird mithin das Ventil 16, 17, gleichzeitig aber auch das /entil 1, 27 geschlossen. Die Feder 21 und die wir-csame Fläche des Ventilverschlußstücks 17 sind so benessen, daß das Ventil IG, 17 erst bei einem sehr viel höheren Wert P _o des Eingangsdrucks P öffnet, öir hier bei etwa

cc G

9 bar liegt. Bis zu diesem Wert P₂ behält der Ausgangsdruck P daher den unteren Wert P₁=P₁ bei. Sobald a al el

der Eingangsdruck P den oberen Wert P _o überschreitet, überschreitet die durch den Eingangsdruck P auf das Ventilverschlußstück 17 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 21, so daß das Ventil 16, 17 öffnet und der Ausgangsdruck P wieder linear mit "tem Eingangsdruck

el

P ansteigt. Nimmt danach der Eingß-igsdruck P von a ti

einem oberhalb von P „ liegenden Wert aus langsam wieder ab, dann wird die in Fig. 2 dargestellte Druckkurve in umgekehrter Richtung durchlaufen: Bei Erreichen des Eingangsdrucks P ~ schließt das Ventil 16, 17 wieder, und bei Erreichen des Eingangsdrucks P ₁ wird es wieder durch den Kolben 6 geöffnet.

Für diese Wirkungsweise wäre das Ventil 1, 27 an sich nicht erforderlich. Wenn der Ausgargsdruck P jedoch

rasch durch schlagartigen Abbau des Eingangsdrucks P abgebaut werden soll, kann eine Verzögerung des Druckabbaus auf der Ausgangsseite cadurch entstehen, daß das Ventilverschlußstück 17 unc der Kolben 6 nicht schnell genug dem eingangsseitigen Druckabbau folgen, da beide aufgrund ihrer Masse und Federbelastung zu einer verzögerten Bewegung und zu Schwingungen (Prellungen) neigen, wenn sie schlagartig mit einer Druckdif-

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ferenz beaufschlagt werden. Eine zusätzliche Verzögerung wird insbesondre bei dem Kolben ß durch die Reibung des Dichtrings 7 und seine eigene Reibung in der Bohrung 6 bewirct.

Eine derartige Ansprechverzögerung wird du:-^%ch das '-'entil 1, 27 verhiidert, da das Ventilverschlußstück 27 aufgrund seiner geringen Masse und Federkraft sowie der nicht vorha idenen Reibung praktisch unverzögert anspricht, so daß der Ausgangsdruck P bei schlagartiger Wegnahme de 3 Eingangsdrucks P entsprechend rasen über das Ventil 1, 27 und die axialen Durchgangskanäle am Umfang des C-Rings 30 abgebaut wird.

Wie Fig. 2 zeigt, tritt bei steigenaem Eingangsdruck P ein höherer Ausgangsdruck als P₁ =1,6 bar erst auf, wenn der Eingangsdruck P den verhältnismäßig hohen Wert P „ - 9 bar überschritten hat, während bis zum Erreichen das Eingangsdrucks P - der Ausgangsdruck P gleich dem Eingangsdruck P ist. Diese Abhängigkeit a e

des Ausgangsdru~ks P vom Eingangsdruck P ist beson-

a e

ders in einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs erwünscht, dessen Vorderradbremsen über einen Hauptbremszylinder und dessen Hinterradbremsen über einen dem Hauptbremszylinder vorgeschalteten Verstärker gespeist werden, der, systembedingt, eine Druckvoreilung aufweist. Gegebenenfalls würde die beschriebene Ventilanordnung zwischen den Verstärker und die Hinterradbremse geschaltet und der obere Wert P „ des Eingangsdrucks P₀ gleich dem Ansprechdruck der Vorderradbremse gewählt. Beide Bremsen würden dann beim gleichen Bremsdruck ansprechen. Auch wenn für gleiche Vorder- und Hinterradbremsen eine Bremsdruckregeleinrichtung vorgesehen ist, kann die beschriebene Ventilanordnung zwisehen Verstärker und Hinterradbrernse geschaltet. Der untere Wert P wird so gewählt, daß er dem Druckabfall

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in dem der beschriebenen Ventilanordnung nachgeschalteten Leitungssystem entspricht.

Wenn die beschriebene Ventilanordnung zur Erhöhung der Ansprechschwelle einer Bremse eingesetzt wird, deren Bremsdruck durch einen parallel zur Ventilanordnung liegenden Druckregler geregelt wird, kann der Druck auf der Ausgangsseite der Ventilanordnung den Eingangsdruck P überschreiten, da der Druckregler die Ausgangsseite zusätzlich mit Druck beaufschlagt. Da im Betrieb, bevor der Druckregler anspricht, der Eingangsdruck P höher als P ₁ ist, liegt der Kolben 6 bei ansprechendem Druckregler bereits am Deckel 12 an, so daß sich der Kolben 6 auch bei steigendem Ausgangsdruck P und damit steigendem Eingangsdruck P nicht weiter verschiebt und somit das Volumen des durch den Druckregler zusätzlich mit Druckfluid beaufschlagten Systems konstant bleibt. Der Druck des Druckreglers kann daher unverzögert im Bremssystem wirksam werden.

Desgleichen wird das Regelverhalten des Druckreglers nicht durch eine zusätzliche Verzögerung im Druckregelkreis in Richtung auf eine Desensibilisierung beeinträchtigt.

Bei einem unterstützten Entlüften c;er Bremsanlage (VakuumentlUften) muß sichergestellt sein, daß die Ventilanordnung in geöffnetem Zustand bleibt, um einen ungehinderten Durchfluß von den Radbremszylindern zum Behälter zu gewährleisten. Die vakuumbeaufschlagte Fläche des Kolbens 6 hat in diesem Fall die gleiche Wirkungsrichtung wie die Feder 13 und unterstützt diese in ihrer Funktion.

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Claims

ALFRED TEVES GMBH Frankfurt am Main 14. Mai 1985 K: N ATS 38 P 5754 W. VoIknar R. Seeger Patentansprüche

1. Ventilanordnung zur Steuerung eines Aus^angsdrucks eines Fluids in Abhängigkeit von einem Eingangsdruck des Fluids unter Konstanthaltung des Ausgangsdrucks zwischen einem unteren und einem oberen Druckwert des Eingangsdrucks, mit einer Einlaßkammer und einer Auslaßkammer, mit einem druckabhängig schaltbaren ersten Ventil zwischen Ein- und Auslaßkammer, dessen Verschlußstück seine Schließstellung unter Federkraft bis zum Anstieg des Eingangsdrucks auf den oberen Druckwert einnimmt, und mit einem durch den Eingangsdruck gegen Federkraft beaufschlagten Kolben, der die durch Federkraft bewirkte Schließbewegung eines Ventilverschlußstücks bis zum Anstieg des Eingangt;-drucks auf den unteren Druckwert blockiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) die Einlaßkammer (8) begrenztund die Schließbewegung des Verschlußstücks (17) des ersten Ventils (lö, 17) bis zum Erreichen des unteren Druckwertes (P₁) blockiert und unmittelbar nach Erreichen der Schließstellung des Verschlußstücks (17) an einem Anschlag (12) anliegt.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, mit einem zum ersten Ventil parallelen zweiten Ventil zwischen Ein- und

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Auslaßkanmer, das geöffnet ist, wenn der Ausgangsdruck höher als der Eingangsdruck ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (1, 27) ein Nutmanschetten-Ventil ist.
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3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (17) des ersten Ventils (16, 17) aus Kunststoff besteht.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das VerschlußstUck (17) des ersten Ventils (16, 17) in der geöffneten Stellung mit einem eingangsseitigen Fortsatz (19) an der durch den Eingangsdruck (P ) beaufschlagten Stirnfläche des Kolbens (6) anliegt.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (19) in einer axialen Bohrung (15) des Ventilgehäuses (12, 3) mit Spiel geführt ist.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einlaßkammer (8) abgewandte federbelastete Seite des Kolbens

(6) mit dem Freien in Verbindung steht.

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