DE102007007810B4 - Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur, umfassend:Ausstanzen eines ersten Blechs (114) mit Seitenkanten (140, 142), die zueinander parallel verlaufen, und einer Endkante (136);Ausstanzen eines zweiten Blechs (112) mit Seitenkanten (130, 132), die nicht parallel zueinander verlaufen, und einer Endkante (128), die konvex gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Blech (114, 112) jeweils an ihrer Endkante (136, 128) von gleicher Breite sind;Anordnen des ersten Blechs (114) und des zweiten Blechs (112) derart, dass ihre Endkanten (136, 128) in Eingriff stehen;Verbinden des Mittelabschnitts der konvex gekrümmten Endkante (128) des zweiten Blechs (112) und des Mittelabschnitts der Endkante (136) des ersten Blechs (114) durch Heftschweißung zu einem Verbund-Rohling;Zusammenrollen des Verbund-Rohlings und Verbinden der nach dem Zusammenrollen aneinandergrenzenden Endkanten (136, 128) durch Stumpfschweißung, um ein Rohr auszubilden, das entlang einem Abschnitt seiner Länge eine Verjüngung aufweist; undHerstellen des Rohrs durch Hydroformung in einem Werkzeug, um die komplexe Gestalt auszubilden.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Hydroformen einer komplex gestalteten Rohrstruktur.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Es ist bekannt, ein Rohr durch Hydroformung herzustellen, indem das Rohr in ein Werkzeug eingeschlossen wird und dann innerer Druck aufgewendet wird, um das Rohr nach außen in Übereinstimmung mit der Gestalt des Werkzeugs zu drücken
- Es ist oft wünschenswert, dass ein solches durch Hydroformung hergestelltes Rohr entlang seiner Länge verschiedene Merkmale, wie beispielsweise Metalldicke oder Material, aufweisen soll. Zu diesem Zweck wurde in der Druckschrift
US 5 333 775 A vorgeschlagen, dass Rohre von unterschiedlichem Material, Umfang und von unterschiedlicher Dicke an ihren Enden zu einem Rohr-Rohling zusammengeschweißt werden könnten, welcher anschließend einer Hydroformung unterzogen werden könnte. - Es wäre wünschenswert, weitere Verbesserungen bei dem Herstellungsverfahren von durch Hydroformung erzeugten Rohrstrukturen von komplexer Gestalt bereitzustellen.
- Herkömmliche Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur sind aus den Druckschriften
US 6 842 957 B2 ,US 6 216 509 B 1 undUS 6 588 084 B2 bekannt. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur umfasst gemäß einer ersten Ausgestaltung folgende Schritte:
- Ausstanzen eines ersten Blechs mit Seitenkanten, die zueinander parallel verlaufen, und einer Endkante;
- Ausstanzen eines zweiten Blechs mit Seitenkante, die nicht parallel zueinander verlaufen, und einer Endkante, die konvex gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Blech jeweils an ihrer Endkante von gleicher Breite sind;
- Anordnen des ersten Blechs und des zweiten Blechs derart, dass ihre Endkanten in Eingriff stehen;
- Verbinden des Mittelabschnitts der konvex gekrümmten Endkante des zweiten Blechs und des Mittelabschnitts der Endkante des ersten Blechs durch Heftschweißung zu einem Verbund-Rohling;
- Zusammenrollen des Verbund-Rohlings und Verbinden der nach dem Zusammenrollen aneinandergrenzenden Endkanten durch Stumpfschwei-ßung, um ein Rohr auszubilden, das entlang einem Abschnitt seiner Länge eine Verjüngung aufweist; und
- Herstellen des Rohrs durch Hydroformung in einem Werkzeug, um die komplexe Gestalt auszubilden.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur umfasst gemäß einer zweiten Ausgestaltung folgende Schritte:
- Ausstanzen eines ersten Blechs mit Seitenkanten, die zueinander parallel verlaufen, und einer Endkante;
- Ausstanzen eines zweiten Blechs mit Seitenkanten, die nicht parallel zueinander verlaufen, und einer Endkante, die konkav gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Blech jeweils an ihrer Endkante von gleicher Breite sind;
- Anordnen des ersten Blechs und des zweiten Blechs derart, dass ihre Endkanten in Eingriff stehen;
- Verbinden der Ecken der konkav gekrümmten Endkante des zweiten Blechs und der Ecken der Endkante des ersten Blechs durch Heftschwei-ßung zu einem Verbund-Rohling;
- Zusammenrollen des Verbund-Rohlings und Verbinden der nach dem Zusammenrollen aneinandergrenzenden Endkanten durch Stumpfschwei-ßung, um ein Rohr auszubilden, das entlang einem Abschnitt seiner Länge eine Verjüngung aufweist; und
- Herstellen des Rohrs durch Hydroformung in einem Werkzeug, um die komplexe Gestalt auszubilden.
- Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich.
- Figurenliste
- Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen:
-
1 eine Perspektivansicht ist, welche drei Blech-Rohlinge als nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt; -
2 eine Perspektivansicht ist, welche zeigt, dass die drei Blech-Rohlinge aneinandergefügt und durch Stumpfschweißung zu einem einstückigen Rohling verbunden worden sind; -
3 eine Perspektivansicht ist, welche zeigt, dass der einstückige Rohling aus2 zu einer annähernd rohrförmigen Gestalt von annähernd kreisförmigem Querschnitt zusammengerollt worden ist; -
4 eine Perspektivansicht ist, welche zeigt, dass eine Naht geschweißt worden ist, um die Seitenkanten des einstückigen Rohlings miteinander zu verbinden und dadurch ein Rohr zu formen; -
5 eine Querschnittsansicht ist, welche das Rohr aus4 zeigt, das in ein Hydroformungs-Werkzeug eingesetzt ist, in dem zwecks Anpassung an die Gestalt des Hohlraums ein interner Druck darauf ausgeübt wird; -
6 eine Perspektivansicht ist, welche zeigt, dass das Rohr aus4 durch Hydroformung zu einer komplexen Gestalt mit durch Hydroformung fertigten Wülsten und Löchern geformt worden ist, um eine Säule für eine Fahrzeugkarosserie zu bilden; -
7 eine Perspektivansicht ist, welche die Säule aus6 im Zustand der Bereitschaft zum Zusammenbau mit anderen durch Hydroformung gefertigten und ausgestanzten Komponenten zeigt, um einen Fahrzeugkarosserie-Seitenring zu bilden; -
8 eine Perspektivansicht ist, welche eine andere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt, in der ein einstückig ausgestanzter Rohling anstelle des in1 und2 gezeigten Rohlings verwendet wird; -
9 eine Perspektivansicht ist, welche eine nicht erfindungsgemä-ße Ausführungsform zeigt, die drei zusammengeschweißte Blech-Rohlinge mit einer nicht-linearen Längsachse aufweist; -
10 eine Perspektivansicht ist, welche eine nicht erfindungsgemä-ße Ausführungsform zeigt, in der ein einstückiger Rohling eine nicht-lineare Längsachse aufweist; -
11 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist, welche drei Blech-Rohlinge zeigt; und -
12 eine Draufsicht ist, welche die drei Blech-Rohlinge aus11 zeigt, die durch Heftschweißung aneinandergefügt wurden und nun bereit sind, zu einer rohrförmigen Gestalt zusammengerollt zu werden. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die nachfolgende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform (bzw. gewisser beispielhafter Ausführungsformen) ist rein beispielhafter Natur.
- In
1 , auf welche nun Bezug genommen wird, sind drei Blech-Rohlinge 10, 12, 14 aus einer Rolle oder einem größeren Blech ausgestanzt worden und werden Ende an Ende aneinandergelegt. Der Rohling 10 ist rechteckig und weist Enden 16 und 18, sowie Seitenkanten 20 und 22 auf. Der Rohling 12 ist ein Rhomboid und weist Enden 26 und 28, sowie Seitenkanten 30 und 32 auf. Die Seitenkanten 30 und 32 sind von gleicher Länge, verlaufen jedoch nicht parallel zueinander. Der Rohling 14 weist Enden 36 und 40, sowie Seitenkanten 42 und 44 auf. Das Ende 18 des Rohlings 10 und das Ende 26 des Rohlings 12 sind von gleicher Breite. Das Ende 28 des Rohlings 12 und das Ende 36 des Rohlings 14 sind von gleicher Breite. -
2 zeigt die Rohlinge 10, 12, 14 so angeordnet, dass ihre jeweiligen Enden miteinander in Eingriff stehen. Der Rohling 10 ist durch Stumpfschweißung mit dem Rohling 12 verbunden. Der Rohling 12 ist durch Stumpfschweißung mit dem Rohling 14 verbunden. Somit ist, wie in2 ersichtlich, die Mehrzahl einzelner Rohlinge zu einem einzelnen Verbund-Rohling 41 von komplexer Gestalt zusammengesetzt worden, der eine sich longitudinal erstreckende Achse 43, sich longitudinal erstreckende Seitenkanten 45 und 46, ein oberes Ende 48 und ein unteres Ende 50 aufweist. Wie in2 ersichtlich, verjüngt sich der Verbund-Rohling 41 entlang seiner Länge, und zwar aufgrund der nicht parallelen Seitenkanten des Rohlings 12 und aufgrund dessen, dass der Rohling 14 breiter ist als der Rohling 10. -
3 zeigt, dass der Verbund-Rohling 41 aus2 um dessen Längsachse 43 herum zusammengerollt oder anderweitig entsprechend geformt worden ist, um eine rohrförmige Gestalt auszubilden, wobei bewirkt wird, dass die Seitenkanten 45 und 46 des Verbund-Rohlings 41 sich einander annähern. -
4 zeigt, dass die Seitenkanten 45 und 46 mit einer durchgehenden Naht 50 zusammengeschweißt worden sind, wodurch ein Rohr 52 gebildet wird, das geeignet ist, um einer Hydroformung unterzogen zu werden. -
5 zeigt ein Rohr 52, das in ein Hydroformungs-Werkzeug eingesetzt ist, welches aus einem unteren Werkzeug 54 und einem oberen Werkzeug 56 besteht, die relativ zueinander schließen, um einen Werkzeughohlraum 57 zu bilden. Verfahren zur Hydroformung sind in der Technik allgemein bekannt und umfassen im Allgemeinen das Platzieren eines Rohrs zwischen einem Werkzeug-Paar, das Schließen der Werkzeuge, um das Rohr einzufassen, und anschließend das Druckbeaufschlagen des Inneren des Rohrs, um das Rohr nach außen zu drücken und in Übereinstimmung mit der Gestalt des Hohlraums in den Werkzeugen zu bringen. Ein Beispiel eines Hydroformungs-Prozesses ist in der DruckschriftUS 5 339 667 A beschrieben. -
6 zeigt das Rohr 52, nachdem das Rohr für die Verwendung als Säule in einer Kraftfahrzeugkarosserie einer Hydroformung unterzogen worden ist. In6 ist ersichtlich, dass das durch Hydroformung behandelte Rohr im Allgemeinen von elliptischem Querschnitt ist und Erhöhungen bei 58, 60 und 62 umfasst, welche im Fall einer Fahrzeugsäule die Montage von Türscharnieren und Türschloss-Schließbolzen vereinfachen. Außerdem weist die Erhöhung 58 Löcher 66 und 68 auf, die durch Hydroformung, beispielsweise durch den auf Hydroformung basierenden Lochbildungsprozess der DruckschriftUS 5 398 533 A , darin ausgebildet worden sind. -
7 zeigt das durch Hydroformung hergestellte Rohr 52 im Zustand der Bereitschaft für den Zusammenbau mit anderen durch Hydroformung gefertigten Rohren und Blech-Stanzteilen, um eine Fahrzeugkarosserie-Seitenringanordnung zu bilden. Im Besonderen umfassen die Komponenten für die Seitenringanordnung ein durch Hydroformung gefertigtes Schwingrohr 74, einen Dachholm bestehend aus den Rohren 76 und 78 und dem Verbindungsrohr 80, sowie das Vordersäulenstanzteil 82 und das Rücksäulenstanzteil 84. - Der vorangegangene Prozess zur Ausbildung eines durch Hydroformung gefertigten Rohrs ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer Fahrzeugkomponente von komplexer Gestalt und mit ausgewählten Merkmalen. In
1 , auf welche nun erneut Bezug genommen wird, ist festzustellen, dass die Rohlinge 10, 12 und 14 eine unterschiedliche Blechdicke aufweisen können. Beispielsweise kann im Fall einer durch Hydroformung gefertigten Säule für eine Kraftfahrzeugkarosserie der Rohling 14 dicker sein als der Rohling 12, und es kann der Rohling 12 dicker sein als der Rohling 10. Auf diese Weise kann die Festigkeit der Säule bedarfsspezifisch angepasst werden, um die größere Festigkeit dort zu bieten, wo sie benötigt wird. Es mag wünschenswert sein, dass der Rohling 14 aus verzinktem Stahl gefertigt ist, während die Rohlinge 10 und 12 aus unbeschichtetem Stahl bestehen können. Oder die Rohlinge 10, 12 und 14 können, falls gewünscht, aus verschiedenen Stahllegierungen bestehen. Darüber hinaus kann die Gestalt des Rohrs entlang dessen Länge von unterschiedlichem Durchmesser sein, und zwar durch die ausgewählte Verwendung von rhomboidförmigen Rohlingen, wie beispielsweise dem Rohling 12, um ein Rohr zu schaffen, das entlang seiner Länge eine Verjüngung aufweist, wenn der Rohling zu seiner rohrförmigen Gestalt zusammengerollt wird. - Eine andere Ausführungsform ist in
8 gezeigt. In8 ist ein Rohling 90 aus einem einzigen Materialstück ausgestanzt worden, um einen Rohling zu erhalten, der die gleiche Gestalt aufweist, wie der Rohling 41 aus2 , welcher durch Zusammenschweißen der drei separaten Rohlinge 10, 12 und 14 zusammengesetzt wurde. Der Rohling 90 ist um eine sich longitudinal erstreckende Achse 92 herum symmetrisch. Der Rohling 90 aus8 weist einen Mittelabschnitt mit einer Verjüngung und Endabschnitte mit parallelen Kanten auf. Der Rohling 90 wird zu einer rohrförmigen Gestalt zusammengerollt und durch Nahtschweißung zu einem Rohr verbunden, welches für einen anschließende Hydroformung geeignet ist. Der einstückige Rohling aus8 kann in jenen Fällen zum Einsatz kommen, in denen die Rohrverjüngung das einzig zu verändernde Merkmal darstellt. -
9 zeigt, dass ein Verbund-Rohling 94 durch Aneinanderfügen und Zusammenschweißen der separat ausgestanzten Rohlinge 96, 98 und 100 gebildet worden ist. Die endständigen Rohlinge 96 und 100 sind voneinander abgesetzt und durch den trapezförmigen, mittleren Rohling 98 verbunden, so dass die longitudinale Mittellinienachse 102 des Verbund-Rohlings 94, wie in9 gezeigt, nicht linear ist. Wenn somit der Verbund-Rohling 94 zusammengerollt und durch Nahtschweißung zu einer rohrförmigen Gestalt verbunden wird, weist das sich daraus ergebende Rohr eine nicht lineare, longitudinale Mittellinienachse 102 auf. Somit kann die durch Hydroformung gefertigte Rohrgestalt im fertigen Zustand nicht-linear und entlang seiner Länge abgesetzt sein. -
10 zeigt, dass der Rohling 104 aus einem einzigen Materialstück ausgestanzt sein kann und eine nicht-lineare, longitudinale Mittellinie 106 aufweist. Wenn somit der Verbund-Rohling 104 zusammengerollt und durch Nahtschweißung zu einer rohrförmigen Gestalt verbunden wird, hat das sich daraus ergebende Rohr eine nicht-lineare Mittellinie. Der einstückige Rohling aus10 kann in jenen Fällen zum Einsatz kommen, in denen die Rohrverjüngung das einzig zu verändernde Merkmal darstellt. -
11 und12 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. In11 sind drei Blech-Rohlinge 110, 112 und 114 aus einer Rolle oder einem großen Blech ausgestanzt worden und werden aneinandergelegt. Der Rohling 110 ist rechteckig und weist Enden 116 und 118, sowie Seitenkanten 120 und 122 auf. Der Rohling 112 weist Enden 126 und 128, sowie Seitenkanten 130 und 132 auf. Die Seitenkanten 130 und 132 sind von gleicher Länge, welche in11 mit „x“ bezeichnet ist, verlaufen jedoch nicht parallel zueinander. Das Ende 126 ist konkav gekrümmt und das Ende 128 ist konvex gekrümmt, so dass die Länge des Rohlings 112 zwischen dem Mittelpunkt des konkav gekrümmten Endes 126 und dem Mittelpunkt des konvex gekrümmten Endes 128 ebenfalls von derselben Länge „x“ ist wie die Länge der Seitenkanten 130 und 132. Der Rohling 114 weist Enden 136 und 138, sowie Seitenkanten 140 und 142 auf. -
12 zeigt die Rohlinge 110, 112 und 114 so angeordnet, dass ihre jeweiligen Enden miteinander in Eingriff stehen. Es ist festzustellen, dass der Rohling 110 und der Rohling 112 an den benachbarten Endkanten 118 und 126 dieselbe Breite aufweisen. Auch der Rohling 112 und der Rohling 114 weisen an ihren benachbarten Endkanten 128 und 136 dieselbe Breite auf. Die Ecken der Endwand 118 des Rohlings 110 sind durch Heftschweißung mit den Ecken der Endwand 126 des Rohlings 112 an dessen Kanten verbunden, wobei ein Zwischenraum zwischen den Rohlingen 110 und 112 frei bleibt, der durch die konkave Gestalt der Endwand 126 des Rohlings 112 bedingt ist. Der Mittelabschnitt der konvex gekrümmten Endwand 128 des Rohlings 112 ist durch Heftschwei-ßung mit der Endwand 136 des Rohlings 114 verbunden. Somit ist, wie in12 ersichtlich, die Mehrzahl von einzelnen Rohlingen zu einem einzigen Verbund-Rohling 141 von komplexer Gestalt zusammengesetzt worden. - Es versteht sich, dass der Verbund-Rohling aus
12 zu einer rohrförmigen Gestalt zusammengerollt wird, wie in3 gezeigt wurde, und dann eine longitudinale Naht geschweißt wird, wie in4 der ersten Ausführungsform gezeigt. Außerdem werden die Stumpfnähte zwischen den Rohlingen 110 und 112 und die Stumpfnähte zwischen den Rohlingen 112 und 114 zur Gänze geschweißt, so dass das dadurch geformte Rohr fluiddicht ist für die nachfolgende Hydroformung zu der gewünschten, endgültigen Form innerhalb von Werkzeugen ähnlich jenen aus5 . - Die Verbund-Rohling-Gestalt, die in
12 gezeigt ist, kann in jenen Fällen, in denen die Rohrverjüngung das einzig zu verändernde Merkmal darstellt, aus einem einzigen Materialstück ausgestanzt werden. - Die vorangegangene Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter Natur und Variationen davon sollen somit in den Bereich der Erfindung fallen. So versteht es sich etwa, dass in
1 zwar drei Rohlinge gezeigt sind, die durch Aneinanderfügen zu einem Verbund-Rohling zusammengesetzt werden, dass es jedoch wünschenswert sein kann, nur zwei Rohlinge oder jede beliebige andere Anzahl von Rohlingen zu verwenden, um die gewünschten Kombinationen aus Verjüngungen, Beschichtungen, Materialdicken und Materiallegierungszusammensetzungen zu erhalten. - Auf diese Art kann eine durch Hydroformung gefertigte Rohrstruktur von komplexer Gestalt und mit unterschiedlichen Merkmalen entlang ihrer Länge in einfacher Weise hergestellt werden, und dies sehr zum Vorteil für die Herstellung von hochfesten Fahrzeugsäulen und anderen Strukturen zur Verwendung in Fahrzeugkarosserien sowie auch für andere Fertigungsartikel. Die durch Hydroformung gefertigte Rohrstruktur kann entweder eine gerade Längsachse oder eine nicht-lineare Längsachse mit abgesetzten Rohrabschnitten aufweisen. Somit kann der Produkt-Konstrukteur zwischen den hier dargelegten Lehren auswählen, um ein in Bezug auf Form und Merkmale sehr variantenreiches Produkt zu entwerfen und herzustellen.
Claims (3)
- Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur, umfassend: Ausstanzen eines ersten Blechs (114) mit Seitenkanten (140, 142), die zueinander parallel verlaufen, und einer Endkante (136); Ausstanzen eines zweiten Blechs (112) mit Seitenkanten (130, 132), die nicht parallel zueinander verlaufen, und einer Endkante (128), die konvex gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Blech (114, 112) jeweils an ihrer Endkante (136, 128) von gleicher Breite sind; Anordnen des ersten Blechs (114) und des zweiten Blechs (112) derart, dass ihre Endkanten (136, 128) in Eingriff stehen; Verbinden des Mittelabschnitts der konvex gekrümmten Endkante (128) des zweiten Blechs (112) und des Mittelabschnitts der Endkante (136) des ersten Blechs (114) durch Heftschweißung zu einem Verbund-Rohling; Zusammenrollen des Verbund-Rohlings und Verbinden der nach dem Zusammenrollen aneinandergrenzenden Endkanten (136, 128) durch Stumpfschweißung, um ein Rohr auszubilden, das entlang einem Abschnitt seiner Länge eine Verjüngung aufweist; und Herstellen des Rohrs durch Hydroformung in einem Werkzeug, um die komplexe Gestalt auszubilden.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , bei welchem das erste und das zweite Blech (114, 112) sich in zumindest einem Merkmal voneinander unterscheiden, das aus einem oder mehreren der Merkmale Materiallegierung, Materialdicke und Beschichtung ausgewählt ist, so dass nach dem Zusammenrollen des Verbund-Rohlings zu einem Rohr das Rohr entlang seiner Länge in Bezug auf seine Merkmale in Bezug auf mehr als nur die Verjüngung unterschiedlich ist. - Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur, umfassend: Ausstanzen eines ersten Blechs (110) mit Seitenkanten (120, 122), die zueinander parallel verlaufen, und einer Endkante (118); Ausstanzen eines zweiten Blechs (112) mit Seitenkanten (130, 132), die nicht parallel zueinander verlaufen, und einer Endkante (126), die konkav gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Blech (110, 112) jeweils an ihrer Endkante (118, 126) von gleicher Breite sind; Anordnen des ersten Blechs (110) und des zweiten Blechs (112) derart, dass ihre Endkanten (118, 126) in Eingriff stehen; Verbinden der Ecken der konkav gekrümmten Endkante (126) des zweiten Blechs (112) und der Ecken der Endkante (118) des ersten Blechs (110) durch Heftschweißung zu einem Verbund-Rohling; Zusammenrollen des Verbund-Rohlings und Verbinden der nach dem Zusammenrollen aneinandergrenzenden Endkanten (118, 126) durch Stumpfschweißung, um ein Rohr auszubilden, das entlang einem Abschnitt seiner Länge eine Verjüngung aufweist; und Herstellen des Rohrs durch Hydroformung in einem Werkzeug, um die komplexe Gestalt auszubilden.
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