DE102016200949A1 - Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, insbesondere für ein Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher eine hydrostatische Übertragungsstrecke mit einem Geberzylinder (17) umfasst, wobei in dem Geberzylinder (17) eine Hydraulikflüssigkeit (19) zur Betätigung einer Kupplung (4) verschoben wird und ein Druck (p) der Hydraulikflüssigkeit (19) bestimmt wird, welcher mit einer Überdruckschwelle (ps) verglichen wird. Bei einem Verfahren, bei welchem ein Überdruck im hydrostatischen Kupplungsaktor vermindert wird, wird bei Erreichen der Überdruckschwelle (ps) eine Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12) ausgewertet und ein Öffnen oder Schließen des Kupplungsaktors (12) in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12) veranlasst.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher eine hydrostatische Übertragungsstrecke mit einem Geberzylinder umfasst, wobei in dem Geberzylinder eine Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung einer Kupplung verschoben wird und ein Druck der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird, welcher mit einer Überdruckschwelle verglichen wird.
- Aus der
DE 10 2011 085 127 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Doppelkupplung bekannt, die mit einem hydrostatischen Kupplungsaktor betätigt wird. Der hydrostatische Kupplungsaktor weist einen Geberzylinder, einen Nehmerzylinder und eine hydrostatische Strecke zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder auf. Ein Druckbegrenzungsventil wäre zwar in jedem hydrostatischen Kupplungsaktor zur Begrenzung auf einem vorgegebenen Maximaldruckwert sinnvoll. Üblicherweise wird aber darauf aus Kosten- und Strategiegründen verzichtet, da das Druckbegrenzungsventil im Normalfall und nach einem Fehlerfall absolut dicht sein sollt und beim fehlerfall eine nicht definierte Verschiebung zwischen Druck und Weg des Kupplungsaktors entstehen würde. Bei einer solchen Einrichtung zur Betätigung einer Doppelkupplung kann der hydrostatische Kupplungsaktor zusätzlich einen Drucksensor zur Ermittlung von Druckwerten in der hydrostatischen Strecke aufweisen, wobei eine Steuereinrichtung den durch den Drucksensor ermittelten Druckwert abspeichert, auswertet und damit auch vor Überdruck schützen kann. - Unter einem hydrostatischen Kupplungsaktor soll im Weiteren ein Aktor mit einer hydrostatischen Übertragungsstrecke, beispielsweise einer Druckleitung mit Hydraulikflüssigkeit, verstanden werden, deren Druck durch den Drucksensor erfasst wird. Durch die Verschiebung der Hydraulikflüssigkeit in der hydrostatischen Übertragungsstrecke wird die Kupplung betätigt. Zur Betätigung der Kupplung wird ein Kolben im Geberzylinder des Kupplungsaktors durch einen Elektromotor verstellt. Über die Hydraulikflüssigkeit im System wird dadurch ein Kolben im Nehmerzylinder betätigt. Der Kolben des Nehmerzylinders wirkt dabei auf die Hebelfederspitzen einer Tellerfeder, die dann bei Betätigung die Kupplungsplatte von der Kupplungsscheibe abheben und somit die Übertragung von Kupplungsmoment auf die Kupplung unterbricht. Unbetätigt schließt die vorgespannte Hebelfeder die Kupplung.
- Bei der unbetätigt geschlossenen Kupplung mit Hebelfeder steigt der Druck während dem Öffnen der Kupplung bis zu einem Druckmaximum an und fällt danach wieder leicht ab.
- Ein bestehender Überdruckschutz in einem hydraulischen Kupplungsaktor bei den Doppelkupplungsgetrieben besteht darin, dass bei Erreichen eines vordefinierten sehr hohen Druckniveaus der hydrostatische Kupplungsaktor sofort und solange geöffnet wird, bis der Druck wieder unter einen niedrigen vordefinierten Druckwert fällt. Diese Aktion führt der hydrostatische Kupplungsaktor selbstständig durch.
- Bei der Kombination einer unbetätigt geschlossenen Kupplung mit einem hydrostatischer Kupplungsaktor kann der Kupplungsaktor auf eine hohe Position gefahren werden, damit die Kupplung geöffnet wird. Dabei muss zwingend das Druckmaximum überwunden werden. In dieser offenen Kupplungsposition kann der Kupplungsaktor nun längere Zeit verharren. Das Druckmaximum kann sich dabei durch Drehzahleffekte, Verschleiß an den Reibpartnern der Kupplung und/oder durch eine Ausdehnung der Hydraulikflüssigkeit erhöhen. Bei der Temperaturausdehnung kann die Kupplung durch diesen Effekt sogar ganz geöffnet werden, so dass der Druck bei Erreichen mechanischer Begrenzungen am Ende der Druckkennlinie stark ansteigt. Wird die Kupplung nun geschlossen und ist das Druckminimum höher als die erlaubte Druckschwelle, so versucht der hydrostatische Kupplungsaktor in diesem Fall den Kupplungsaktor so schnell wie möglich zu öffnen. Folglich steigt der Druck noch weiter bis zum Druckmaximum an, wodurch der Kupplungsaktor zerstört werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors anzugeben, welches auch bei Kupplungen mit Hebelfeder (Tellerfeder), die von einem hydrostatischen Kupplungsaktor betätigt wird, benutzt werden kann.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei Erreichen der Überdruckschwelle eine Bewegungsinformation des Kupplungsaktors ausgewertet wird und ein Öffnen oder Schließen des Kupplungsaktors in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation des Kupplungsaktors veranlasst wird. Durch die gleichzeitige Auswertung des Druckes und der Bewegungsinformationen kann eine Überdrucksituation, egal in welche Richtung auf der Druckkennlinie sich der Kupplungsaktor bewegt, zuverlässig detektiert und daraus Maßnahmen zur Senkung des in der hydrostatischen Strecke auftretenden Druckes abgeleitet werden. Solche Verfahren sind nicht nur für Kupplungen mit Hebelfeder (Tellerfeder) wirksam, sondern allgemein sowohl für unbetätigt offene Kupplungen als auch für unbetätigt geschlossenen Kupplungen anwendbar. Dabei wird angenommen, dass die Änderungen auf die Druckkennlinie durch die Bewegung deutlich größer ist als andere Effekte und der Kupplungsaktor nur in der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Position verharrt
- Vorteilhafterweise wird der Kupplungsaktor in Richtung öffnender Kupplung bewegt, wenn der Druck die Überdruckschwelle überschreitet und der Kupplungsaktor in seiner Position verharrt. Da hiermit mechanische Begrenzungen des Kupplungsaktors erreicht werden, ist das Öffnen des Kupplungsaktors sinnvoll, was vorteilhafterweise vor dem Erreichen der Überdruckschwelle durch das Druckmaximums eingestellt werden sollte.
- In einer Ausgestaltung wird der Kupplungsaktor in Richtung schließender Kupplung bewegt, wenn die Bewegungsinformation des Kupplungsaktors anzeigt, dass der Kupplungsaktor die Kupplung öffnet und der Druck dabei die Überdruckschwelle überschreitet.
- In einer Alternative wird der Kupplungsaktor in Richtung öffnender Kupplung bewegt, wenn die Bewegungsinformation des Kupplungsaktors anzeigt, dass der Kupplungsaktor die Kupplung vom geöffneten Zustand aus schließt und der Druck dabei die Überdruckschwelle überschreitet. Somit wird in dieser Situation der Kupplungsaktor sicher vor Überdruck geschützt.
- In einer Variante wird der Kupplungsaktor aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle solange geöffnet und geschlossen, bis eine Freigabedruckschwelle erreicht wird, welche kleiner ist als die Überdruckschwelle. Diese Freigabedruckschwelle, welche durch ein kontinuierlich wechselndes Öffnen und Schließen des Kupplungsaktors eingestellt wird, ermöglicht die Betätigung des Kupplungsaktors in einem Druckbereich, in welchem eine Überlastung des Systems verhindert wird.
- In einer Weiterbildung wird die Position des Kupplungsaktors bei Erreichen der Überdruckschwelle als Begrenzungswert gespeichert, wobei beim Öffnen und Schließen des Kupplungsaktors aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle der Begrenzungswert beibehalten wird. Dadurch wird sichergestellt, dass aufgrund der vorgegebenen Position des Kupplungsaktors das Druckmaximum nicht überschritten wird und somit eine Zerstörung oder Beschädigung des hydrostatischen Kupplungsaktors unterbunden wird.
- In einer Ausführungsform wird nach dem Erreichen der Freigabedruckschwelle die Bewegung des Kupplungsaktors in Richtung sich öffnender Kupplung ab dem Begrenzungswert oder die Bewegung des Kupplungsaktors in Richtung sich schließender Kupplung bis zu dem Begrenzungswert erlaubt. Somit wird der hydrostatische Kupplungsaktor in Druckbereichen verfahren, welche eine zuverlässige störungsfreie Betätigung der Kupplung zulässt.
- In einer Ausgestaltung wird der Begrenzungswert der sich öffnenden Kupplung über der Zeit erhöht, während der Begrenzungswert der sich schließenden Kupplung über der Zeit reduziert wird. Da durch den Begrenzungswert der Bewegungsspielraum des Kupplungsaktors begrenzt ist, wird dieser über der Zeit geändert, wobei davon ausgegangen wird, dass der Kupplungsaktor die Überdruckschwelle nicht erreicht.
- Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
- Es zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines Hybridantriebes, -
2 eine Prinzipdarstellung eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems mit einer hydrostatischen Übertragungsstrecke, -
3 eine Druck-Weg-Kennlinie des hydrostatischen Kupplungsaktors. - Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- In
1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Dieser Antriebsstrang1 umfasst einen Verbrennungsmotor2 und einen Elektromotor3 . Zwischen dem Verbrennungsmotor2 und dem Elektromotor3 ist direkt hinter dem Verbrennungsmotor2 eine Hybridtrennkupplung4 angeordnet. Verbrennungsmotor2 und Hybridtrennkupplung4 sind über eine Kurbelwelle5 miteinander verbunden. Der Elektromotor3 weist einen drehbaren Rotor6 und einen feststehenden Stator7 auf. Die Abtriebswelle8 der Hybridtrennkupplung ist mit einem Getriebe9 verbunden, welches ein nicht weiter dargestelltes Koppelelement, beispielsweise eine zweite Kupplung oder einen Drehmomentwandler enthält, die zwischen dem Elektromotor3 und dem Getriebe9 angeordnet ist. Das Getriebe9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor2 und/oder dem Elektromotor3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder10 des Hybridfahrzeuges. Der Elektromotor3 und das Getriebe9 bilden dabei ein Getriebesystem11 , welches von einem hydrostatischen Kupplungsaktor12 angesteuert wird. Die zwischen dem Verbrennungsmotor2 und dem Elektromotor3 angeordnete Hybridtrennkupplung4 wird geschlossen, um während der Fahrt des Hybridfahrzeuges mit dem von dem Elektromotor3 erzeugten Drehmoment den Verbrennungsmotor2 zu starten oder während eines Boostbetriebes mit antreibendem Verbrennungsmotor2 und Elektromotor3 zu fahren. Die Hybridtrennkupplung4 , welche mittels einer Tellerfeder betätigt wird, wird dabei von dem hydrostatischen Kupplungsaktor12 betätigt. Um sicherzustellen, dass beim Wiederstart des Verbrennungsmotors2 durch den Elektromotor3 ein ausreichendes Drehmoment von Elektromotor3 bereit gestellt wird, welches sowohl das Hybridfahrzeug über den Antriebsrädern10 ohne Komfortverlust bewegt und gleichzeitig den Verbrennungsmotor2 auch tatsächlich startet, ist eine genaue Kenntnis einer Kupplungskennlinie der Hybridtrennkupplung4 erforderlich, bei welcher ein Kupplungsmoment über dem Weg des hydrostatischen Kupplungsaktors12 abgebildet ist. - Ein Kupplungsbetätigungssystem
13 mit dem hydrostatischen Kupplungsaktor12 ist in2 dargestellt. Dieses Kupplungsbetätigungssystem13 umfasst auf der Geberseite14 ein Steuergerät15 , das den hydrostatischen Kupplungsaktor12 ansteuert. Bei einer Lageveränderung des hydrostatischen Kupplungsaktors12 wird ein Kolben16 im Geberzylinder17 entlang des Kupplungsaktorweges nach rechts verschoben und verdrängt eine Hydraulikflüssigkeit18 im Geberzylinder17 , wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder17 aufgebaut wird, der über die Hydraulikflüssigkeit18 über eine Hydraulikleitung19 zu einem Nehmerzylinder20 übertragen wird. In dem Nehmerzylinder20 verursacht der Druck p der Hydraulikflüssigkeit18 eine Wegänderung eines Nehmerkolbens21 , die auf die Hybridtrennkupplung4 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Druck p in dem Geberzylinder17 wird mittels eines Drucksensors22 ermittelt, während die von dem hydrostatischen Kupplungsaktor12 zurückgelegte Wegstrecke s entlang des Aktorweges mit einem Wegsensor23 bestimmt wird. - In
3 ist der Druck p über dem Weg s des hydrostatischen Kupplungsaktors12 angegeben, wie er mittels des Drucksensors22 und des Wegsensors23 ermittelt wurde. - Wie ersichtlich, verhält sich der Druck p bei einer unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung
4 , welche mit einer Hebelfeder (Tellerfeder) betätigt wird, nicht linear, da dieser während dem Öffnen der Hybridtrennkupplung4 bis zu einem Druckmaximum ansteigt und danach wieder leicht abfällt. Im oberen Ast der Hysteresekurve der Druckkennlinie wird beim Öffnen der unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung4 von links nach rechts durchlaufen. Der untere Ast der Hysteresekurve der Druckkennlinie wird beim Schließen der unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung4 von rechts nach links durchlaufen. Bei einer Kupplung mit wenig Reibungsstellen kann die Hysteresekurve deutlich enger verlaufen, als in3 dargestellt - Um den hydrostatischen Kupplungsaktor
12 in Verwendung mit der unbetätigt geschlossenen Kupplung vor Überdruck zu schützen, wird durch das Steuergerät15 sowohl der durch den Drucksensor22 ausgegebene Druck mit einer Überdruckschwelle ps verglichen und gleichzeitig die Bewegungsrichtung des Kupplungsaktors12 bei Überschreiten der Überdruckschwelle ps ausgewertet. Ausgehend von dieser Auswertung wird ein gezieltes Öffnen oder Schließen des Kupplungsaktors12 veranlasst. - Bewegt sich der Kupplungsaktor
12 in seiner Endposition nach einer schließenden Bewegung nicht und erreicht der durch den Drucksensor22 gemessene Druck p die Überdruckschwelle ps, wird auf das Erreichen der mechanischen Begrenzung am Kupplung-Offenende der Druckkennlinie geschlossen. Dann wird der Kupplungsaktor12 geöffnet, was bedeutet, dass dieser sich in Richtung Schließen der Hybridtrennkupplung4 bewegt. Bewegt sich der Kupplungsaktor12 zu höheren Positionen s in der Druckkennlinie, was bedeutet, dass die Hybridtrennkupplung4 geöffnet wird und erreicht der Kupplungsaktor12 bei dieser Bewegung einen Druck p, welcher die Überdruckschwelle ps überschreitet, dann wird der Kupplungsaktor12 geöffnet, d.h. die Hybridtrennkupplung4 wird durch die Bewegung des Kupplungsaktors12 geschlossen. - Bewegt sich der Kupplungsaktor
12 zu kleineren Positionen s, was ausgehend von einem geöffneten Zustand einem Schließen der Hybridtrennkupplung4 entspricht und wird dabei die Überdruckschwelle ps erreicht, so wird zur Vermeidung eines weiteren Ansteigens des Druckes p der Kupplungsaktor12 geschlossen, d.h. die Hybridtrennkupplung4 wird geöffnet. - Im Fall des Öffnens des Kupplungsaktors wird das Öffnen und Schließen des Kupplungsaktors
12 aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle ps solange durchgeführt, bis eine Freigabedruckschwelle pF oder im Fall des Schließens des Kupplungsaktors12 der Maximalwert für diese Position erreicht ist. Gegebenenfalls kann für diesen letzten Fall extra eine Maximalwertfreigabeschwelle definiert werden. Diese Freigabedruckschwelle pF stellt eine Druckschwelle dar, die kleiner ist als die Überdruckschwelle ps und bei welcher davon ausgegangen wird, dass der Kupplungsaktor12 in Druckbereichen betätigt wird, wo eine Schädigung des Kupplungsaktors12 zuverlässig unterbunden wird. - Bei Erreichen der Überdruckschwelle ps wird eine Position des Kupplungsaktors
12 durch den Wegsensor23 detektiert, welcher als Begrenzungswert sB in dem Steuergerät15 gespeichert wird. Bei dem weiteren Öffnen/Schließen des Kupplungsaktors12 aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle ps wird der Begrenzungswert sB konstant gehalten. Dies hat zur Folge, dass nach Erreichen der Freigabedruckschwelle pF beim Öffnen des Kupplungsaktors12 maximal die Position des aktuellen Begrenzungswertes sB(Öffnen) erreicht werden kann, während beim Schließen des Kupplungsaktors12 der Begrenzungswert sB(Schließen) die Minimumposition des Kupplungsaktors12 darstellt. Um nach der Einstellung der Freigabedruckschwelle pF den Kupplungsaktor12 wieder normal betätigen zu können, wird der Begrenzungswert sB(Öffnen) über der Zeit langsam erhöht, während der Begrenzungswert sB(schließen) beim Schließen des Kupplungsaktors über der Zeit langsam erniedrigt wird, wodurch der Kupplungsaktor12 wieder einen größeren Bewegungsspielraum erhält. - Aufgrund der vorgeschlagenen Lösung wird der hydrostatische Kupplungsaktor
12 in Kombination mit einer unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung4 sicher vor Überdruck geschützt. Dies ist besonders bei grenzwertig ausgelegten Kupplungssystemen von Bedeutung. Durch Auswertung einer Druckinformation und einer Bewegungsinformation des hydrostatischen Kupplungsaktors12 bei Erreichen von Druckgrenzwerten wird ein gezieltes Öffnen oder Schließen des Kupplungsaktors12 zur Vermeidung von Überdruckschäden veranlasst. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Elektromotor
- 4
- Hybridtrennkupplung
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- Rotor
- 7
- Stator
- 8
- Abtriebswelle
- 9
- Getriebe
- 10
- Antriebsräder
- 11
- Getriebesystem
- 12
- Hydrostatischer Kupplungsaktor
- 13
- Kupplungsbetätigungssystem
- 14
- Geberseite
- 15
- Steuergerät
- 16
- Kolben
- 17
- Geberzylinder
- 18
- Hydraulikflüssigkeit
- 19
- Hydraulikleitung
- 20
- Nehmerzylinder
- 21
- Nehmerkolben
- 22
- Drucksensor
- 23
- Wegsensor
- p
- Druck
- ps
- Überdruckschwelle
- pF
- Freigabedruckschwelle
- sB
- Begrenzungswert
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011085127 A1 [0002]
Claims (8)
- Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher eine hydrostatische Übertragungsstrecke mit einem Geberzylinder (
17 ) umfasst, wobei in dem Geberzylinder (17 ) eine Hydraulikflüssigkeit (19 ) zur Betätigung einer Kupplung (4 ) verschoben wird und ein Druck (p) der Hydraulikflüssigkeit (19 ) bestimmt wird, welcher mit einer Überdruckschwelle (ps) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der Überdruckschwelle (ps) eine Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12 ) ausgewertet wird und ein Öffnen oder Schließen des Kupplungsaktors (12 ) in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12 ) veranlasst wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktor (
12 ) in Richtung öffnender Kupplung (4 ) bewegt wird, wenn der Druck (p) die Überdruckschwelle (ps) überschreitet und der Kupplungsaktor (12 ) in seiner Position verharrt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktor (
12 ) in Richtung schließender Kupplung (4 ) bewegt wird, wenn die Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12 ) anzeigt, dass der Kupplungsaktor (12 ) die Kupplung (4 ) öffnet und der Druck (p) dabei die Überdruckschwelle (ps) überschreitet. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktor (
12 ) in Richtung öffnender Kupplung (4 ) bewegt wird, wenn die Bewegungsinformation des Kupplungsaktors (12 ) anzeigt, dass der Kupplungsaktor (12 ) die Kupplung (4 ) vom geöffneten Zustand aus schließt und der Druck (p) dabei die Überdruckschwelle (ps) überschreitet. - Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktor (
12 ) aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle (ps) so lange geöffnet und geschlossen wird, bis eine Freigabedruckschwelle (pF) erreicht wird, welche kleiner ist als die Überdruckschwelle (ps). - Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Kupplungsaktors (
12 ) beim Erreichen der Überdruckschwelle (ps) als Begrenzungswert (sB(öffnen); sB(schließen)) gespeichert wird, wobei beim Öffnen und Schließen des Kupplungsaktors (12 ) aufgrund des Erreichens der Überdruckschwelle (ps) der Begrenzungswert (sB(öffnen); sB(schließen)) konstant gehalten wird. - Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der Freigabedruckschwelle (pF) die Bewegung des Kupplungsaktors (
12 ) in Richtung sich öffnender Kupplung (4 ) ab dem Begrenzungswert (sB(öffnen)) oder die Bewegung des Kupplungsaktors (12 ) in Richtung sich schließender Kupplung (4 ) bis zu dem Begrenzungswert (sB(schließen) erlaubt wird. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungswert (sB(öffnen)) über der Zeit erhöht wird, während der Begrenzungswert (sB(schließen)) über der Zeit reduziert wird.
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