DE2505780A1

DE2505780A1 - Regeleinrichtung fuer eine pumpe

Info

Publication number: DE2505780A1
Application number: DE19752505780
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch; Emil Knodel; Gerhard Dipl Ing Nonnenmacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-02-12
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE2505780C2; FR2300915B1; US4158529A; GB1518735A; FR2300915A1; CH606809A5

Description

•3O.I.1975 Wd/Ht

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 St u t t g a r t

Regeleinrichtung für eine Pumpe

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln einer verstellbaren Pumpe, die von einer Antriebsmaschine^ insbesondere Brennkraftmaschine j angetrieben ist,-welche auch eine gegen eine Drossel fördernde Meßpumpe antreibt, deren dem Quadrat der Antriebsmaschinen-Drehzahl proportionale Druck auf ein entgegen der Kraft einer Reglerfeder verschiebbares Steuerventil einwirkt, welches Verstellmittel für das (die) Stellglied(er) der Pumpe(n) steuert. ·

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■ — ρ —.

- 2 - R. §5H

Bei derartigen, bekannten Einrichtungen sind der Drosselquerschnitt und die Vorspannung der Reglerfeder am Steuerventil so aufeinander abgestimmt, daß sich beim Unterschreiten der Nenndrehzahl der Antriebsmaschine um einen bestimmten Betrag das Steuerventil so weit verschiebt, daß die Pumpe(n) zurückgestellt wird (werden). Da die Verstellung der Pumpe(n) im allgemeinen gegenüber den Drehzahl-Änderungen der.Antriebsmaschine sehr schnell erfolgt, besteht die Gefahr der Instabilität durch übersteuern der Pumpe(n).

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung der ein gangs erwähnten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, auf ein fache Weise ein übersteuern der Pumpe(n) zu vermeiden und die Stabilität der Regeleinrichtung zu verbessern.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Kraft der Reglerfeder beim Verringern des Fördervolumens der Pumpe(n) abnimmt. ' - ·

Auf diese Weise wird die Grenzlast-Solldrehzahl der Antriebsmaschine mit fortschreitender Pumpenrückstellung etwas reduziert. Die Regeleinrichtung erhält damit einen Proportionalbereich. Bei richtiger Dimensionierung kann damit das Regelsystem wirksam stabilisiert werden. Dieser Proportionaleinfluß führt dazu, daß einer bestimmten Drehzahlreduzierung der Antriebsmaschine auch eine definierte Rückstellung der Fördermenge der Pumpe(n) zugeordnet werden kann.

Eine solche Regeleinrichtung eignet sich insbesondere für Mehrfachpumpen, die synchron angetrieben und deren Stellglieder gekoppelt sind.

Es ist aber auch zweckmäßig, durch Anordnung identischer Steuerventile mit Proportionalglied an zwei oder mehr Verstellpumpen eine annähernd gleiche Verstellung dieser Pumpen ohne Kopplung

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zu erreichen. Dies erlaubt die Verwendung zusätzlicher Druckregler in den Einzelkreisen (Druckabschneidung).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Dies zeigt in

Fig. 1 eine Regeleinrichtung für eine Doppelpumpe in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1;

Fig. H eine konstruktive Ausgestaltung einer Einzelheit im Längsschnitt;

Fig. 5 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels nach Fig'. 2 im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die mit konstanter Drehzahl zwei miteinander verbundene, verstellbare Pumpen 11 und 12 antreibt. Die die Fördermenge der Pumpen bestimmenden Stellglieder sind mit 13 und 14 bezeichnet und durch ein gemeinsames Gestänge 15 gekoppelt.

Das Stellglied 14 der Pumpe 12 wird mit Hilfe eines Kraftverstärkers 16 eingestellt, welcher zwei druckbeaufschlagte Kolben 17, 18 aufweist, von denen der Kolben 18 einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt.

Die Pumpe 12 saugt über eine Saugleitung 19 Druckmittel aus einem Behälter 20 an und fördert es über eine Druckleitung 21 in einen ersten Verbraucherkreis 22. Die Pumpe 11 saugt Druckmittel über eine Saugleitung 23 ebenfalls aus dem Behälter an und fördert es über eine Druckleitung 2k in einen zweiten Verbraucherkreis 25.

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Von der Leitung 22 führt eine Leitung 26 zu einem als sogenannte Druckwaage ausgebildeten Steuerventil 27, welches zwei SchaltsteUungen I und II einzunehmen vermag. Von der Leitung 26 zweigt eine Leitung 36' ab, welche zum Kolben 17 des Kraftverstärkers 16 führt. Vom Kolben 18 des Kraftverstärkers führt eine Leitung 28 an die der Leitung 26 entgegengesetzte Seite des Steuerventils 27. Auf das Steuerventil wirkt eine Reglerfeder 29 ein, deren Vorspannung mit Hilfe eines. Fortsatzes 15' des Gestänges 15 veränderbar ist.

Von der Brennkraftmaschine 10 wird ebenfalls mit der Drehzahl η eine Meßpumpe 30 angetrieben, Vielehe Druckmittel über eine Saugleitung 31 ansaugt und in eine Leitung 32 fördert, welche über eine in ihr angeordnete Drossel 33 zum Behälter 20 führt. Die Drossel 33 kann als Festdrossel oder als verstellbare Drossel ausgeführt sein. Von der Leitung 32, und zwar vor der Drossel 33, führt eine Steuerleitung 3^ zum Steuerventil 27, und der in dieser herrschende Druck wirkt der Reglerfeder 29 entgegen. Vom Steuerventil 27 führt noch eine Entlastungsleitung 35 zum Behälter 20.

Die Brennkraftmaschine 10 treibt die Pumpen 11, 12 und die Meßpumpe 30 mit synchroner Drehzahl an. Dabei entsteht an der Drossel 33 je nach der Größe der Drehzahl ein deren Quadrat proportionaler Druck, wobei der Druck vor der Drossel 33 auf das Steuerventil 27 einwirkt. Wenn dieser Druck eine bestimmte Größe erreicht hat, wird das Steuerventil 27 entgegen der Kraft der Reglerfeder 29 in seine Schaltstellung I verschoben, worauf die Leitung 26 mit der Leitung 28 in Verbindung kommt.

Der von der Pumpe 12 erzeugte Druck wirkt über die Leitungen 26, 26' stets auf den flächenkleineren Kolben 17 des Kraftverstärkers l6 und, im nunmehrigen Fall, über die Leitung 28 auch auf den flächengrößeren Kolben 18. Da beide Drücke gleich groß sind, werden die Pumpen 11 und 12 infolge ihrer mechanischen Kopplung auf grösse'res Fördervolumen, im Regelfalle auf ihre Maximalförder-volumen, eingestellt. Durch eben dieses Gestänge wird nun auch über den Fortsatz 15' die Reglerfeder 29 verstärkt vorgespannt.

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Bei stärkerer Belastung der Brennkraftmaschine - z. B. durch hohen Druck an den Pumpen 11 oder 12 oder durch mechanische Verbraucher - sinkt deren Drehzahl, damit auch der Druck vor der Drossel 33, da ja die Drehzahl der Meßpumpe ebenfalls sinkt. Hat der Druck einen bestimmten Wert erreicht, so bringt die Reglerfeder 29 das Steuerventil 27 in seine Schaltstellung II, worauf Druckmittel vom Kolben 18 über die Leitung 28 und die Leitung 35 zum Behälter abströmen kann. Die Pumpe wird daraufhin auf kleinere Fördermenge eingestellt. Durch Rückstellung der Pumpe(n) nimmt die Belastung der Brennkraftmaschine 10 ab. Gleichzeitig wird die Vorspannung der Feder 29 verringert. Bei etwas reduzierter Drehzahl ergibt sich ein neues Kraftgleichgewicht des Steuer-Ventils 27. Steigt bei abnehmender Last wieder die Drehzahl,gelangt das Steuerventil in.Stellung I, und die Pumpen werden wieder auf größeres Fördervolumen verstellt. Die Beeinflußung der Reglerfeder bringt eine proportionale Charakteristik in den Regelkreis, was zur Stabilisierung der Regelung entscheidend beiträgt.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen rtach der Fig. 1 dadurch, daß die Stellglieder 37, 38 der beiden verstellbaren Pumpen 39, 40 nicht miteinander gekoppelt sind. Vielmehr ist jeder Pumpe ein eigenes Steuerventil zugeordnet, dasjenige der Pumpe 40 ist mit 41 bezeichnet, dasjenige der Pumpe 39 mit 42. Beide Pumpen sowie die Meßpumpe 43 sind wiederum von einer gemeinsamen, nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben. Die Drossel 44 ist in Reihe mit der Meßpumpe geschaltet. Diese beaufschlagt über Leitungen 45, **6> ^7 die Steuerventile 4l, 42, die wiederum von Reglerfedern 48, 49 belastet v/erden. Das Stellglied 38 beeinflußt die Reglerfeder 48, das Stellglied 37 die Reglerfeder 49, und zwar beide Federn genau in derselben Weise, wie oben beschrieben.

Die Verstellung der Stellglieder 37, 38, erfolgt prinzipiell in derselben Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1. Sie ist jedoch konstruktiv etwas anders dargestellt. Die beiden verschieden großen Kolben sind bei der Pumpe 40 mit 50, 51j bei der

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Pumpe 39 mit 52, 53 bezeichnet. Die flächenkleineren Kolben 51> 53 sind stets vom Förderdruck der Pumpen beaufschlagt, die flächengrößeren Kolben 50 und 52 wiederum über die Steuerventile 4l, 42. Die Vorspannung der Reglerfedern 48, 49, nimmt bei Verringern des Pumpenfordervolumens ab,und umgekehrt.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 unterscheidet sich von den beiden anderen dadurch, daß hier beim Verstellen der Pumpen-Stellglieder nicht die Reglerfeder des Steuerventils beeinflußt wird, sondern die der Meßpumpe nachgeschaltete, nunmehr verstellbare Drossel. Man erhält auf diese Weise ebenfalls einen Proportionaleinfluß.

Die beiden von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Pumpen 55,

56 besitzen wiederum Stellglieder 57, 58 von denen das Stellglied

57 von einem Kraftverstärker 59 eingestellt wird, welcher genau dem Kraftverstärker l6 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entspricht. Beide Pumpenstellglieder 57₉ 58 sind mechanisch gekoppelt mittels eines Gestänges 60, das einen Fortsatz 6l hat, welcher das Stellglied 62 für eine Drossel 63 bildet, die in der Förderleitung 64 der Meßpumpe 65 liegt. Diese Leitung führt zum Behälter 20. Das Steuerventil 66 - genauso ausgebildet wie die oben beschriebenen - ist einerseits von einer fest eingestellten Regelfeder 66' belastet, andererseits über eine Leitung 67 von der Leitung 64 her durch die Meßpumpe beaufschlagt. Das Steurventil 66 steuert wiederum, je nach Druck vor der Drossel 63, den Kraftverstärker 59 und damit die Fördermengen der Pumpen 55» 56 bzw. die Belastung der Brennkraftmaschine.

Der oben beschriebene, stabilisierende Proportionaleinfluß wird bei diesem Ausführungsbeispiel über die veränderliche Drossel 63 erreicht. Beim Zurückstellen der Pumpen auf geringeres Fördervo-, lumen nimmt der Drosselquerschnitt ab, und umgekehrt. Das bewirkt eine Stabilisierung der Regelung.

Die ..oben beschriebenen Regeleinrichtungen sind selbstverständlich auch für Einfachpumpen anwendbar, sind aber an Doppelpumpen dar-

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- 7 - R. , % b S V.

gestellt, da die Übertragung von der Doppelpumpe auf die Einfachpumpe einfacher vorstellbar ist.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. .¹I zeigt eine konstruktive Ausbildung z. B. des Steuerventils 27 nach der Fig. 1.

Das Steuerventil besitzt ein Gehäuse-Mittelteil 7O₃ das beidseitig durch Deckel 71, 72 dicht verschlossen ist. Der Deckel 72 und damit das gesamte Ventil sind an die Pumpe 12 angeflanscht, und zwar an einer Stelle, wo der Kolben 18 für das Stellglied Ik der Pumpe geführt ist. Achsgleich zur Bohrung 12' ist im Gehäuse-Mittelteil 70 in einer Bohrung 73 ein Steuerschieber IH dicht gleitend geführt. Auf diesen wirken von beiden Seiten her Kölbchen 75, 76 ein, deren außenliegende Stirnseiten von der Leitung' 28 her beaufschlagt sind. Das Kölbchen 75 ist in einer Bohrung 77 geführt, das Kölbchen 76 in einer Bohrung 78.

Auf die der Pumpe zugewandete Stirnseite des Steuerschiebers 7^ wirkt über einen Federteller 79 das eine Ende der Reglerfeder 29 ein, deren anderes Ende am Kolben 18 anliegt. Der Federteller taucht mit Spiel in eine Bohrung 72' des Deckels, in welche auch die Leitung 28 mündet. Da die Leitung 28 auch zur außenliegenden Stirnseite des Kölbchens 75 führt, ist die Wirkung des Servodrucks in der Leitung 28 auf den Steuerschieber 7^ kompensiert. Somit wirkt auf den Steuerschieber lH nur der Druck der Meßpumpe 30 über die Leitung 3^ und. eine Bohrung 80. Diesem Druck entgegen wirkt auf den Steuerschieber die Reglerfeder· .29.

In die Bohrung 73 münden noch drei Querbohrungen 8l, 82, 83· An die Bohrung 8l ist die Leitung 26 angeschlossen (zu der Pumpe 12), an die Bohrung 83 die zum Behälter 20 führende Leitung 35 - diese hat über eine Querbohrung 84 auch Anschluß zur rechten Stirnseite des Steuerschiebers - und an die Bohrung 82 die Leitung 28. Am Außenumfang des Steuerschiebers 7 ^ ist eine Ringnut 85 ausgebildet, über welche - je nach Lage des Steuerschiebers - Verbindung von der Bohrung 81 zu der Bohrung 82, bzw. von 82 zu 83 hergestellt wird. Die Funktion ist weiter oben beschrieben. Der Steu-

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- 8 - Ri₁ λ 5 3 j

erschieber 74 hat die Funktion einer sogenannten Druckwaage, d. h. er pendelt zwischen den Stellungen T und II nach Figur 1.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eines der Steuerventile 41, 42, wie es im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 dargestellt ist. Hier wird im Gegensatz zur Pumpe der Fig. 4 das Fördervolumen vergrößert, wenn der Kolben 50 mit Hochdruck beaufschlagt wird.

Das Gehäuse 86 besitzt eine Längsbohrung 87, in der ein Steuerschieber 88 dicht gleitend geführt ist. Auf jede seiner Stirnseiten wirkt ein Kölbchen 89, 90, von denen das Kölbchen 90 von einer Feder 91 belastet ist, die sich am flächengrößeren Kolben 50 der Verstelleinrichtung der Pumpe 40 abstützt. Das Kölbchen 89 ist von einer Feder 93 belastet, die sich an einer Verschlußschraube 94 des Gehäuses abstützt. Die Federn 91 und 93 übernehmen im Zusammenwirken die Funktion der Reglerfeder 48 nach der Schemazeichnung in Fig. 2.

Am Steuerschieber 88 sind zwei Ringnuten 95, 96 ausgebildet, von denen die Ringnut 95 mit einer Querbohrung 97 zusammenwirkt, welche Verbindung zum Behälter 20 hat. Die Ringnut 96 wirkt mit einer Querbohrung 98 zusammen, von der eine Leitung 99 zum Auslaß der Pumpe 40 führt. Eine dritte Querbohrung 100 hat über die Leitung 47 Verbindung zur Meßpumpe 43, während der dem Kölbchen 89 zugewandte Endraum der Bohrung 87 über einen Kanal 101 mit der Querbohrung 97 verbunden ist. Die den Kolben 50 aufnehmende Bohrung 50* ist über eine Längsbohrung 102 mit dem die Feder 93 aufnehmenden Raum verbunden, welche über eine Querbohrung 103 mit der Bohrung 87 Verbindung hat. Die Funktion ergibt sich aus dem Beschreibungsteil zur Fig. 4.

Anstelle der verstellbaren Federn 29, 48, 49 bzw. der verstellbaren Drossel.63 können auch das Fördervolumen oder die Drehzahlanpässung der Meßpumpe 30 vom Stellglied der Pumpe(n) so beeinflußt werden, daß die oben beschriebene Proportionalcharakteristik erzielt wird.

Claims

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Ansprüche

( 1.1 Einrichtung zum Regeln wenigstens einer verstellbaren Pumpe, die von einer Antriebsmaschine, insbesondere.Brennkraftmaschine, angetrieben ist, welche auch eine gegen eine Drossel fördernde Meßpumpe antreibt, deren dem Qua- . drat der Antriebsmaschinen-Drehzahl proportionale Druck auf ein entgegen der Kraft einer Reglerfeder verschiebbares Steuerventil einwirkt, welches Verstellmittel für das (die) Stellglied(er) der Pumpe(n) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Reglerfeder (29, 48, '^9) beim Verringern des ■ For* dervolumens der Pumpe(n) (11, 12; 39 > ^Q) abnimmt.

2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerfeder über ein an der (den) Pumpe(n) angeordnetes Verstellglied (15, 15', 37, 38) beeinflußt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch . gekennzeichnet, daß mehrere von der Antriebsmaschine angetriebene Pumpen (11, 12) vorgesehen sind, deren Stellglieder (13, I¹O miteinander gekoppelt sind, und daß nur ein Steu^w erventil (27) mit einer Reglerfeder (29) vorhanden ist, welche mittel- oder unmittelbar durch das Stellglied mindestens einer Pumpe derart beeinflußt ist, daß ihre Spannung beim Rückstellen der Pumpe auf kleineres FBrdervolumen abnimmt, und umgekehrt.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pumpe (39_S 40) ein eigenes Steuerventil (41, 42) zugeordnet ist, dessen Reglerfeder (48, 49) wieder vom jeweiligen Stellglied der entsprechenden Pumpe (37> 38) beeinflußt ist, daß aber nur eine Meßpumpe (43) und eine dieser nachgeschaltete Drossel (44) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (33j 44) für einen bestimmten Betriebszustand der Antriebsmaschine auf einen festen Durchflußquerschnitt eingestellt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5? dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen wahlweise in einei gemeinsamen Verbraucherkreis oder in getrennte Verbraucherkreise fördern.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehreren Pumpen Verstellmittel (16) nur für eine Pumpe vorgesehen sind und die Stellglieder der anderen Pumpen mit den Verstellmitteln (16) der ersten Pumpe (12) verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet _f daß als Verstellmittel (16) für das Stellglied (14) einer Pumpe (12) zwei druckbeaufschlagte Kolben (17,. 18) vorgesehen sind, von denen der eine stets von der Förderseite der zu verstellenden Pumpe beaufschlagt ist, der andere, flächengrößere Kolben dagegen über das Steuerventil (27).

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9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 ~ 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil als druckbeaufschlagtes Wegeventil ausgebildet ist mit einem Steuerschieber, auf den entgegen der Flüssigkeitsdruckkraft die Reglerfeder einwirkt.

10. Einrichtung zum Regeln wenigstens einer verstellbaren Pumpe, die von einer Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, angetrieben ist, welche auch eine gegen eine Drossel fördernde Meßpumpe antreibt und der an dieser dem Quadrat der Brennkraftmaschinen-Drehzahl proportionale Druck auf ein entgegen der Kraft einer Reglerfeder verschiebbares Steuerventil einwirkt, welches Verstellmittel für das (die) Stellglied (Stellglieder) der Pumpe(n) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel (63) bei Rückstellen des Fördervolumens der Pumpe(n) verringert.wird, und umgekehrt . '

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (62) der Drossel mittel- oder unmittelbar an die Stellglieder oder Stellmittel (57, 58) der Pumpen (55, 56) angeschlossen ist, während die Reglerfeder hiervon unbeeinflußt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (27) einen in einem Gehäuse (70*) in einer Bohrung (73) dicht gleitend angeordneten Steuerschieber (7*0 aufweist, dessen eine Strinseite von.der Meßpumpe beaufschlagt ist, seine andere Stirnseite über ein von "

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der Reglerfeder (29) belastetes Kölbchen (?6), daß in die
den Steuerschieber (7*0 aufnehmende Bohrung (73) Querbohrungen münden, von denen eine (81) den Förderdruck der Pumpe(n) führt, eine andere (83) drucklos ist und eine dritte (3*0 Verbindung hat zum flächengrößeren Kolben (18) des Verstellmittels für die Stellglieder (13, Ik) der Pumpen (11, 12).

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

die Reglerfeder im flächengrößeren Kolben (18) des Verstellmittels der Pumpe (12) angeordnet ist.

1*1. Einrichtung, nach einem der Ansprüche 1 - S₃ dadurch gekennzeichnet, da.ß die Änderung <ier Kraft an <ier Re gier feder <93) mittels einer zweiten Feder (91) erfolgt, die der Reglerfeder entgegenwirkt und deren Spannung mit abnehmendem Fcrder-

volumen der Pumpe(n) zunimmt, und umgekehrt. /

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