DE102007008961B3 - Betätigungseinrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung, insbesondere zur Auswahl von Schaltstufen eines shift-by-wire-Gangwechselgetriebes. Die Betätigungseinrichtung umfasst ein mittels Gelenkkugel (3) gegenüber einer Sockeleinrichtung (2) mit Kugelschale (4', 4'') relativbewegbares Betätigungselement (1). Das Betätigungselement (1) ist gegenüber der Sockeleinrichtung (2) innerhalb zumindest einer Schwenkebene zwischen zumindest zwei Schaltstellungen bewegbar. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Betätigungseinrichtung dadurch aus, dass in zumindest einer Ausnehmung der Kugelschale (4', 4'') eine Vorspanneinrichtung mit einem in kugelschalenradialer Richtung biegeelastischen Flächenbereich (7) angeordnet ist. Der biegeelastische Flächenbereich (7) weist ein auf dem Flächenbereich (7) im Wesentlichen zentrisch angeordnetes, an der Gelenkkugel (3) zur Anlage bringbares Druckkontaktelement (8) auf. Die Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements (8) befindet sich in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung in einem Abstand zum Mittelpunkt der Kugelschale (4', 4''), der kleiner ist als der Radius der Gelenkkugel (3). Die Erfindung ermöglicht die Realisierung im Betrieb robuster sowie dauerhaft spielfreier Betätigungseinrichtungen insbesondere für Gangwechselgetriebe. Aufgrund konstruktiver Vereinfachung und Reduzierung der Teileanzahl besteht Potenzial zur Kostenersparnis in Produktion und Montage.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zur manuellen Betätigung insbesondere eines Gangwechselgetriebes gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Gattungsgemäße Betätigungseinrichtungen kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, zur manuellen Anwahl von Schaltstufen bzw. zur Gangvorwahl bei Gangwechselgetrieben von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Bei solchen Betätigungseinrichtungen, bei denen es sich insbesondere um einen zwischen den Vordersitzen eines Kraftfahrzeugs angeordneten Betätigungs- bzw. Wählhebel für ein Automatikgetriebe handeln kann, ist es von Bedeutung, dass eine möglichst spielfreie Lagerung des Betätigungshebels gewährleistet wird, damit vom Bediener bzw. Fahrzeugführer die verschiedenen Funktionsstellungen des Betätigungshebels sicher und mit zuverlässiger haptischer Rückmeldung eingelegt werden können. Eine spielfreie Lagerung des Betätigungshebels ist ferner von Bedeutung, da auf diese Weise unerwünschte Klappergeräusche des Betätigungshebels vermieden werden.
- Der letztere Gesichtspunkt spielt insbesondere bei Betätigungseinrichtungen für Gangwechselgetriebe eine große Rolle, da Schalthebel bzw. Wählhebel im Vergleich zu den meisten anderen Betätigungseinrichtungen am Kraftfahrzeug vergleichsweise große Abmessungen und eine vergleichsweise hohe Masse aufweisen. Aus diesem Grund muss gerade bei Betätigungseinrichtungen für Schalt- und Automatikgetriebe konstruktiv besonderes Augenmerk auf eine dauerhaft spielfreie Führung des Betätigungshebels gelegt werden. Insbesondere bei den zunehmend aus Kunststoff gefertigten Lagereinrichtungen für derartige Betätigungshebel ist die Realisierung einer einerseits spielfreien und andererseits leichtgängigen Lagerung oftmals jedoch schwierig, bzw. vergleichsweise aufwändig und teuer.
- Betätigungseinrichtungen mit spielfrei gelagertem Betätigungshebel sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die
DE 33 07 950 A1 eine Betätigungseinrichtung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der der Schalthebel mittels einer Gelenkkugel in einer entsprechenden Kugelschale im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung aufgenommen ist. Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Betätigungseinrichtung ist die Kugelschale zweiteilig ausgeführt, bzw. umfasst einen zusätzlichen elastischen Ring, der die am Betätigungshebel angeordnete Gelenkkugel in die Kugelschale im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung presst, so dass etwa vorhandenes Spiel zwischen Gelenkkugel und Kugelschale eliminiert wird. - Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Betätigungseinrichtungen sind jedoch aufgrund der zahlreichen notwendigen Einzelteile sowie wegen der Notwendigkeit deren sorgfältiger spielfreier Justierung und Montage aufwändig und damit tendenziell teuer.
- Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung mit einem Betätigungselement zu schaffen, beispielsweise zur Betätigung eines Gangwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs, mit der sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. Insbesondere soll die Betätigungseinrichtung eine dauerhaft spielfreie Führung und Lagerung des Betätigungselements im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung ermöglichen, dabei jedoch lediglich aus einem Minimum an Einzelteilen bestehen, und es soll ein nennenswerter Kostenumfang bei Produktion und Montage eingespart werden.
- Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst in an sich zunächst bekannter Weise ein Betätigungselement, das in zumindest zwei verschiedene Schaltstellungen verbracht werden kann. Dabei ist das Betätigungselement mittels einer Gelenkkugel in einem Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung beweglich gelagert, wobei das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung eine zu der Gelenkkugel formkomplementäre Kugelschale aufweist.
- Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich die Betätigungseinrichtung dadurch aus, dass die Kugelschale zumindest eine Ausnehmung aufweist, wobei in der Ausnehmung der Kugelschale eine Vorspanneinrichtung mit einem in kugelschalenradialer Richtung biegeelastischen Flächenbereich angeordnet ist. Der biegeelastische Flächenbereich weist ein auf dem Flächenbereich im Wesentlichen zentrisch angeordnetes Druckkontaktelement auf, das an der Gelenkkugel des Betätigungselements zur Anlage bringbar ist. Dabei befindet sich die an der Gelenkkugel zur Anlage bringbare Kontaktfläche des Druckkontaktelements in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung in einem Abstand zum Mittelpunkt der Kugelschale bzw. Gelenkkugel, der kleiner als der Radius der Gelenkkugel ist.
- Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Gelenkkugel in der Kugelschale mittels der an der Kugelschale angeordneten Vorspanneinrichtung spielfrei in der Kugelschale gehalten wird. Dies erfolgt dadurch, dass die durch die Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements gebildete Anpressfläche der Vorspanneinrichtung durch die Gelenkkugel aus der kräftefreien Neutralstellung nach außen gedrückt wird. Hierdurch entsteht eine entsprechende Reaktionskraft zurück auf die Gelenkkugel, die die Gelenkkugel in die Kugelschale presst.
- Auf diese Weise wird mit Vorteil ermöglicht, dass die Fertigungsgenauigkeit der Gelenkkugel und/oder der Kugelschale der Betätigungseinrichtung reduziert werden kann, ohne dass Einbußen bei Qualität und Lebensdauer der Betätigungseinrichtung, oder bezüglich der haptischen Eigenschaften der Betätigungseinrichtung zu erwarten sind. Dabei ist jedoch zugleich eine permanent spiel- und klapperfreie Lagerung und Aufnahme der Gelenkkugel in der Kugelschale gewährleistet. Auf diese Weise ist gleichzeitig nicht nur die Gelenkkugel, sondern auch das Betätigungselement – beispielsweise der Wählhebel eines Fahrzeuggetriebes – ebenfalls spiel- und klapperfrei im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gehaltert.
- Die Erfindung lässt sich zunächst einmal unabhängig davon verwirklichen, wie die Kugelschale und die Vorspanneinrichtung konstruktiv verwirklicht sind, solange der biegeelastische Flächenbereich der Vorspanneinrichtung bei der Auslenkung aus der kräftefreien Neutralstellung ausreichende Rückstellkräfte zur spielfreien Halterung der Gelenkkugel in der Kugelschale indiziert.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch besteht die Kugelschale im Wesentlichen aus zwei Kugelhalbschalen, wobei in einer der beiden Halbschalen die Ausnehmung mit dem biegeelastischen Flächenbereich und dem Druckkontaktelement angeordnet ist.
- Vorzugsweise ist dabei sowohl das Druckkontaktelement als auch der biegeelastische Flächenbereich einstückig mit der Kugelhalbschale ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst kostengünstige Herstellbarkeit sowohl der Kugelschale, als auch der durch den biegeelastischen Flächenbereich und das Druckkontaktelement gebildeten Vorspanneinrichtung aus einem Stück. Dies ist insbesondere dann von entscheidendem Vorteil, wenn das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung, bzw. die Kugelhalbschalen, aus Kunststoff gefertigt sind, wie dies bei Betätigungseinrichtungen beispielsweise am Kraftfahrzeug zunehmend der Fall ist.
- Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Sockeleinrichtung im Wesentlichen aus zwei Gehäusehälften gebildet. Dabei ist jede der beiden Gehäusehälften einstückig mit jeweils einer der beiden Kugelhalbschalen ausgebildet.
- Hierdurch wird eine noch weitergehende Kostenreduzierung bei der Herstellung des Sockelgehäuses der Betätigungseinrichtung erzielt, da sich Gehäuse, Schalthebellagerung und Vorspanneinrichtung zur spielfreien Lagerung des Schalthebels somit aus lediglich zwei jeweils einstückigen Kunststoffhalbschalen fertigen lassen. Ferner kann auf diese Weise eine im höchsten Maße vereinfachte, spielfreie Fertigmontage der die Kugelschale umfassenden Gehäusehälften – zusammen mit Gelenkkugel bzw. Schalthebel – ohne jegliche Notwendigkeit der Justage der Schalthebellagerung erfolgen. Hierdurch lassen sich im Vergleich zum Stand der Technik Kosten in erheblichem Umfang einsparen.
- Besonders bevorzugt ist der biegeelastische Flächenbereich der Vorspanneinrichtung durch eine in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung ebene Membran gebildet, wobei die Membran entlang im Wesentlichen ihres gesamten Außenumfangs eingespannt, bzw. entlang Ihrer Außenumfangs einstückig mit der zugehörigen Kugelhalbschale verbunden ist.
- Diese Ausführungsform steht ebenfalls im Dienst einer besonders einfachen und kostengünstigen konstruktiven Gestaltung sowie Herstellbarkeit der Vorspanneinrichtung zusammen mit der zugehörigen Kugelhalbschale.
- Die Ausführung des biegeelastischen Flächenbereichs gemäß dieser Ausführungsform als im Wesentlichen rundum eingespannte Membran ist besonders vorteilhaft insofern, als sich auf diese Weise ausreichende Anpresskräfte zwischen Druckkontaktelement und Gelenkkugel bereits bei minimaler Auslenkung der Membran erzielen lassen. Denn bei Auslenkung der Membran entstehen in der Membranebene aufgrund der Einspannung der Membran entlang ihres gesamten Außenumfangs erhebliche Zugkräfte, wodurch wiederum die zur spielfreien Aufnahme der Gelenkkugel notwendigen Rückstellkräfte der Membran senkrecht zur Membranebene – in Richtung auf die Gelenkkugel – induziert werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 in schematischer isometrischer und teilweise aufgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 in schematischer isometrischer Darstellung das teilweise geschnitten gezeigte Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gemäß1 ; -
3 in schematischer Darstellung das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gemäß1 und2 in rückwärtiger Ansicht; -
4 in vergrößerter Darstellung den schrägen Schnitt A-A durch Sockelgehäuse und Gelenkkugel der Betätigungseinrichtung gemäß3 ; und -
5 in einer4 entsprechenden Darstellung und Ansicht den Schnitt A-A durch das Sockelgehäuse gemäß4 ohne Gelenkkugel. -
1 zeigt in schematischer isometrischer Darstellung eine Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Betätigungseinrichtung, sprich um einen Wählhebel, für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe. - Man erkennt in der Darstellung der
1 zunächst einmal das als stangenförmiger Schalthebel1 ausgebildete Betätigungselement, wobei der Schalthebel1 mittels eines Kugelgelenks3 relativ zu einem Sockelgehäuse2 schwenkbeweglich angeordnet ist. Der Schalthebel1 trägt hierzu eine Gelenkkugel3 , welche wiederum gleitbeweglich in einer im Sockelgehäuse2 der Betätigungseinrichtung angeordneten Kugelschale aufgenommen ist. - Der Schalthebel
1 lässt sich somit in Fahrtrichtung vor und zurück wie auch quer zur Fahrtrichtung seitlich hin und her bewegen, um so beispielsweise die verschiedenen Schaltgassen der Wählhebeleinrichtung bzw. die verschiedenen Schaltstufen des Automatikgetriebes anzuwählen. - Die Kugelschale ist dabei im Wesentlichen durch zwei Kugelhalbschalen
4' und4'' gebildet. Die beiden Kugelhalbschalen4' und4'' wiederum sind einstückig mit jeweils einer der Gehäusehälften5 ,6 des Sockelgehäuses2 ausgeführt, wodurch sich bereits die Herstellung und Montage des Sockelgehäuses2 , bzw. der Betätigungseinrichtung äußerst einfach gestaltet. - Dies geht auch aus der Darstellung gemäß
2 hervor, die das Sockelgehäuse2 der Betätigungseinrichtung in teilweise geschnittener Schrägdarstellung zeigt. Auch hier werden wieder die beiden Gehäusehälften5 ,6 des Sockelgehäuses2 ersichtlich, wobei jede der beiden Gehäusehälften5 ,6 eine der beiden Kugelhalbschalen4' und4'' trägt. In2 gut erkennbar wird auch die im Sinne der konstruktiven Vereinfachung und Kostenersparnis einstückige Ausführung der Kugelhalbschalen4' und4'' mit der jeweiligen Gehäusehälfte5 ,6 . - Zum Zweck der spielfreien Führung der Gelenkkugel
3 zusammen mit dem Betätigungshebel1 im Sockelgehäuse2 , bzw. in der Kugelschale4' ,4'' umfasst die in1 zeichnungsbezogen links angeordnete Kugelhalbschale4'' eine in Form einer kreisförmigen Membran7 ausgebildete Vorspanneinrichtung mit einem mittig auf der kreisförmigen Membran7 angeordneten Druckkontaktelement8 zur Führung der Gelenkkugel3 . Man erkennt, dass die Membran7 bei der Montage der beiden Gehäusehälften5 ,6 des Sockelgehäuses2 der Betätigungseinrichtung durch die Gelenkkugel3 geringfügig nach außen bzw. zeichnungsbezogen links verformt wurde, wodurch in der Ebene der Membran entsprechende Zugkräfte und damit Rückstellkräfte in Richtung auf die Gelenkkugel induziert werden. - Die kreisförmige Membran
7 sowie das darauf angeordnete Druckkontaktelement8 zur Kontaktierung und Führung der Gelenkkugel sind auch in2 gut erkennbar, wobei die Gelenkkugel der besseren Darstellung halber in2 weggelassen wurde. -
3 zeigt nochmals das Sockelgehäuse2 gemäß2 in der rückwärtigen Ansicht. Dabei stellt die in3 eingezeichnete Schnittlinie den Verlauf des schrägen Schnittes A-A durch die Gelenkkugel3 , die Kugelhalbschalen4' und4'' sowie durch die Stange des Betätigungshebels1 dar, wobei die Schnittfläche des schrägen Schnittes A-A in4 wiedergegeben ist. - In
4 erkennt man zunächst einmal die Gelenkkugel3 , die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer zum Zweck der Materialersparnis und höheren Formgenauigkeit skelettiert ausgebildeten Kugel3 aus Kunststoff vorliegt. Der Betätigungshebel1 stellt sich innerhalb der in4 dargestellten Schnittfläche als Ellipse dar, da der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Betätigungshebel1 gemäß3 unter einem spitzen Winkel geschnitten wurde. - In
4 erkennt man ferner die beiden Gehäusehälften5 ,6 , aus denen sich das Sockelgehäuse2 der Betätigungseinrichtung zusammensetzt, wie auch die beiden Kugelhalbschalen4' und4'' , in denen die Gelenkkugel3 des Betätigungshebels1 gleitbeweglich aufgenommen ist. Dabei umfasst die hier zeichnungsbezogen rechts angeordnete Kugelhalbschale4'' wieder die Vorspanneinrichtung mit der kreisrunde Membran7 sowie mit dem auf der Membran angeordneten Druckkontaktelement8 . Deutlich ist zu erkennen, wie die kreisrunden Membran7 aufgrund des Kontakts zwischen dem Druckkontaktelement8 und der Gelenkkugel3 nach außen bzw. zeichnungsbezogen nach rechts verformt wird. Hierdurch werden – aufgrund der umlaufenden Einspannung der Membran7 – innerhalb der Membranebene erhebliche Zugkräfte erzeugt, die wiederum für entsprechende Rückstellkräfte des Druckkontaktelements8 in Richtung auf die Gelenkkugel3 wirken. - In
5 ist nochmals der Schnitt durch das Sockelgehäuse gemäß4 dargestellt, wobei in der Darstellung gemäß5 Gelenkkugel3 und Betätigungshebel1 weggelassen bzw. aus dem Sockelgehäuse2 entnommen sind. Daher befindet sich die Membran7 und das Druckkontaktelement8 in der Darstellung gemäß5 in der kräftefreien Neutralstellung, die sich von der nach außen verformten Stellung gemäß4 unterscheidet. Die kräftefreien Neutralstellung der Membran7 und des Druckkontaktelements8 wird in5 insbesondere anhand der strichliert dargestellten Außenkontur der Membran7 in deren ausgelenkter Stellung gemäß4 ersichtlich. In der kräftefreien Neutralstellung gemäß5 befindet sich somit die der Gelenkkugel3 zugewandte Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements8 der Membran7 näher am Mittelpunkt der Gelenkkugel3 als die Außenoberfläche der Gelenkkugel3 selbst. - Auf diese Weise wird die Gelenkkugel
3 sowie der mit der Gelenkkugel3 verbundenen Betätigungshebel1 mittels der durch die Verformung der Membran7 erzeugten Anpresskräfte spiel- und klapperfrei in der Kugelschale4' ,4'' gehaltert solange, bis eine Betätigung des Wählhebels bzw. Betätigungshebels1 erfolgt. Während der Betätigung legt sich die Gelenkkugel3 sodann entsprechend der jeweils vorliegenden Kraftrichtung der Betätigungskraft in bekannter Weise an dem der Kraftwirkungsrichtung gegenüberliegenden Bereich der Kugelschale4' ,4'' an, so dass die vollen Betätigungskräfte sicher aufgenommen und gleichzeitig unter geringstmöglichen Reibungsverlusten übertragen werden können. - Im Ergebnis wird damit deutlich, dass mit der Erfindung eine Betätigungseinrichtung geschaffen wird, die maßgebliche Vorteile primär bezüglich dauerhafter Spiel- und Wartungsfreiheit aufweist. Insbesondere werden mit der Erfindung die Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Betätigungseinrichtungen mit spielfreier Hebelführung verbessert bzw. beseitigt.
- Die Erfindung leistet damit einen Beitrag zur Realisierung robuster sowie dauerhaft spielfreier Betätigungseinrichtungen insbesondere für Gangwechselgetriebe. Zugleich werden aufgrund der ermöglichten konstruktiven Vereinfachung sowie aufgrund der Reduzierung der Teileanzahl Potenziale zur Kostenersparnis eröffnet.
-
- 1
- Schalthebel, Betätigungselement
- 2
- Sockeleinrichtung, Sockelgehäuse
- 3
- Gelenkkugel
- 4, 4''
- Kugelhalbschalen
- 5, 6
- Gehäusehälften
- 7
- Membran, biegeelastischer Flächenbereich
- 8
- Druckkontaktelement
Claims (5)
- Betätigungseinrichtung, insbesondere zur Auswahl von Schaltstufen eines shift-by-wire-Gangwechselgetriebes, die Betätigungseinrichtung umfassend ein mittels Gelenkkugel (
3 ) gegenüber einer mit einer Kugelschale (4' ,4'' ) versehenen Sockeleinrichtung (2 ) relativbewegbares Betätigungselement (1 ), wobei das Betätigungselement (1 ) gegenüber der Sockeleinrichtung (2 ) innerhalb zumindest einer Schwenkebene zwischen zumindest zwei Schaltstellungen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Ausnehmung der Kugelschale (4' ,4'' ) eine Vorspanneinrichtung mit einem in kugelschalenradialer Richtung biegeelastischen Flächenbereich (7 ) angeordnet ist, der biegeelastische Flächenbereich (7 ) aufweisend ein auf dem Flächenbereich (7 ) im Wesentlichen zentrisch angeordnetes, an der Gelenkkugel (3 ) zur Anlage bringbares Druckkontaktelement (8 ), wobei die Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements (8 ) in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung einen Abstand zum Mittelpunkt der Kugelschale (4' ,4'' ) aufweist, der kleiner ist als der Radius der Gelenkkugel (3 ). - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale im Wesentlichen aus zwei Kugelhalbschalen (
4' ,4'' ) besteht, wobei in einer der beiden Halbschalen (4' ,4'' ) die Ausnehmung mit dem biegeelastischen Flächenbereich (7 ) und dem Druckkontaktelement (8 ) angeordnet ist. - Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Druckkontaktelement (
8 ) als auch der biegeelastische Flächenbereich (7 ) einstückig mit einer Kugelhalbschale (4'' ) ausgebildet sind. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sockeleinrichtung (
2 ) im Wesentlichen aus zwei Gehäusehälften (5 ,6 ) besteht, wobei jede der beiden Gehäusehälften (5 ,6 ) einstückig mit einer der beiden Kugelhalbschalen (4' ,4'' ) ausgebildet ist. - Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biegeelastische Flächenbereich durch eine in der kräftefreien Neutralstellung ebene Membran (
7 ) gebildet ist, wobei die Membran entlang im Wesentlichen ihres gesamten Außenumfangs eingespannt, bzw. einstückig mit der zugehörigen Kugelhalbschale (4'' ) verbunden ist.
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