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Die
Erfindung betrifft ein Schneidmesser für Maschinen zum Aufschneiden
von Lebensmittelprodukten, insbesondere für Hochgeschwindigkeitsslicer,
wobei das Schneidmesser ein während
des Schneidebetriebs um eine Drehachse rotierendes Sichelmesser
ist, das an seinem radial äußeren Umfang
eine von einer Kreisform abweichende, insbesondere nach Art einer
Spirale um die Drehachse umlaufende, Schneidkante aufweist, die
in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Schneidebene liegt.
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Derartige
Schneidmesser sind grundsätzlich bekannt.
Die für
den Einsatz an Slicern und insbesondere an Hochgeschwindigkeitsslicern
verwendeten Messer besitzen meistens eine im weitesten Sinne schalen-
oder schüsselartige
Form, d. h. auf ihrer während
des Schneidebetriebs einem aufzuschneidenden Produkt zugewandten
Seite ist der Messerkörper
gegenüber
der durch die Schneidkante des Messers definierten Schneidebene
zurückversetzt. Hierdurch
wird erreicht, dass Stauchungen des aufzuschneidenden Produkts weitgehend
vermieden werden. Diese einseitige Schalen- oder Schüsselform des Messers beeinflusst
also während
des Schneidebetriebs das Produkt selbst praktisch nicht; dem Schneidmesser
ausweichen muss lediglich die gerade abgetrennte Produktscheibe,
was aufgrund deren leichter Verformbarkeit jedoch unproblematisch
ist.
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Für die Praxis
kritisch ist die Größe des so genannten
Schneidenwinkels. Der Schneidenwinkel ist derjenige Winkel, den
eine am radial äußeren Umfang
des Schneidmessers befindliche ebene Fläche, die im Folgenden auch
als Schneidenfläche
bezeichnet wird und deren radial außen liegen des Ende von der
Schneidkante gebildet wird, mit der senkrecht zur Drehachse des
Messers verlaufenden Schneidebene einschließt. Die Größe des Schneidenwinkels, also die
Steilheit der Schneidenfläche,
bestimmt zum einen die Beeinflussung des aufzuschneidenden Produkts
und zum anderen die Art und Weise des Ablegens der jeweils abgetrennten
Produktscheibe durch das Schneidmesser. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass
in Verbindung mit modernen Hochgeschwindigkeitsslicern gerade Sichelmesser
für besonders
hohe Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Diese Schnittgeschwindigkeiten
betragen beispielsweise bis zu 2.000 Schnitte pro Minute, d. h.
mit Sichelmessern ausgestattete Hochgeschwindigkeitsslicer können ohne
weiteres pro Sekunde mehr als 30 Produktscheiben abtrennen.
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In
der Praxis wird die Größe des Schneidenwinkels
in Abhängigkeit
von den produkt- und anwendungsspezifischen Gegebenheiten gewählt. Der längs der
Schneidkante konstante Schneidenwinkel stellt dabei stets einen
Kompromiss in Bezug auf die jeweils aufzuschneidenden Produkte dar.
Ein zu großer
Schneidenwinkel, d. h. eine zu steile Schneidenfläche, gilt
es möglichst
zu vermeiden, da hierdurch ein zu großer Druck auf das Produkt ausgeübt und das
Produkt somit nicht mehr akzeptierbaren Stauchungen ausgesetzt werden
könnte.
Ein kleiner Schneidenwinkel dagegen, d. h. eine relativ flach eingestellte
Schneidenfläche,
ergibt schonende sanfte Schnitte, die das Produkt nicht unnötig stauchen.
Allerdings kann mit einem derart flach eingestellten Schneidmesser
nicht das in den meisten Fällen
gewünschte
Ablageverhalten bezüglich
der jeweils abgetrennten Produktscheiben erzielt werden. Mit einem
zu flach eingestellten Schneidmesser können die Produktscheiben insbesondere
nicht in der eigentlich gewünschten
Weise „abgekeilt" werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Schneidmesser der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, dass es allen produkt- bzw. anwendungsspezifischen
Gegebenheiten gerecht werden kann, wobei insbesondere durch das
Schneidmesser verursachte Produktstauchungen minimiert und die mittels des
Schneidmessers bewirkte Produktablage optimiert werden sollen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist insbesondere
vorgesehen, dass die Schneidkante das radial außen liegende Ende einer Schneidenfläche bildet,
die einen Teil der während
des Schneidebetriebs von einem aufzuschneidenden Produkt abgewandten
Messerrückseite
bildet und mit der Schneidebene einen Schneidenwinkel einschließt, wobei
die Größe des Schneidenwinkels
in Umfangsrichtung variiert.
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Erfindungsgemäß wurde
der bislang eingeschlagene Weg eines längs der Schneidkante konstanten
Schneidenwinkels verlassen. Vielmehr erfolgt bei der Erfindung nunmehr
eine gezielte Änderung
der Größe des Schneidenwinkels
in Umfangsrichtung des Schneidmessers. Unter derartige Änderungen
fallen selbstverständlich
keine herstellungsbedingten Ungenauigkeiten, die zu Abweichungen von
einem konstanten Sollwinkel führen.
Vielmehr wird erfindungsgemäß der Schneidenwinkel
gezielt in einem relevanten Ausmaß längs der Schneidkante variiert,
was im Schneidebetrieb spürbare
Auswirkungen insbesondere auf das Ausmaß der durch das Schneidmesser
verursachten Produktstauchungen sowie auf die Art und Weise der
durch das Messer bewirkten Produktablage hat.
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Die
Erfindung eröffnet
insbesondere die Möglichkeit,
die Größe des Schneidenwinkels
an den Verlauf des Schneidprozesses anzupassen. Für jeden
Umfangsbereich des Schneidmessers kann der Schneidenwinkel in Abhängigkeit
davon gewählt
werden, auf welche Weise dieser Umfangsbe reich während des Schneideprozesses
mit dem jeweiligen Produkt zusammenwirkt. Sichelmesser werden so
eingesetzt, dass sie zu Beginn eines Schneidevorgangs mit einem
Umfangsbereich in das Produkt eintauchen, an welchem der Radius – d. h.
der Abstand der Schneidkante von der Drehachse des Messers – am kleinsten
ist. Ab einem bestimmten Drehwinkel, der einem bestimmten Umfangsbereich
der Schneidkante entspricht, ist der Eintauchprozess des Messers
in das Produkt abgeschlossen. Bis zum Ende des Schneidevorgangs
bewegt sich das Schneidmesser durch das Produkt hindurch, wobei
der Radius aufgrund des insbesondere spiralartigen Verlaufs der Schneidkante
bezüglich
der Drehachse stetig zunimmt. Diese Gegebenheiten können erfindungsgemäß genutzt
werden, um die Größe des Schneidenwinkels
in Abhängigkeit
von dem Drehwinkel bzw. dem Umfangsbereich – z. B. bezogen auf den Eintauchwinkel
bzw. Eintauchbereich – zur
Optimierung des Schneidprozesses insgesamt einzustellen. Grundsätzlich sind
aber den Einstellmöglichkeiten keine
Grenzen gesetzt. Je nach der Beschaffenheit der aufzuschneidenden
Produkte und den Gegebenheiten der jeweiligen Anwendung können die Schneidmesser
aufgrund der erfindungsgemäßen Variierbarkeit
des Schneidenwinkels individuell optimiert werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung
sowie der Zeichnung angegeben.
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So
ist es gemäß einem
Ausführungsbeispiel möglich, dass
sich der Schneidenwinkel stetig vergrößert.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass das Schneidmesser eine bestimmungsgemäße Drehrichtung
aufweist, wobei sich der Schneidenwinkel entgegen der Drehrichtung
vergrößert. Mit
anderen Worten nimmt während
des Schneidevorgangs der Schneidenwinkel zu, d. h. die von der Schneidkante
radial außen
begrenzte Schneidenfläche
auf der Messerrückseite
wird während
des Schneidevorgangs zunehmend steiler.
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Bei
einem Sichelmesser, wie es vorstehend beschrieben wurde, d. h. das
während
des Schneidevorgangs mit dem kleinsten Radius in das Produkt eintaucht,
bedeutet dies somit, dass sich in dieser Ausführungsform der Schneidenwinkel
mit zunehmendem radialen Abstand der Schneidkante von der Drehachse
vergrößert. Dies
stellt eine konkrete Ausgestaltung des allgemeinen, hier ebenfalls
unabhängig
beanspruchten Gedankens dar, die Größe des Schneidenwinkels in
Abhängigkeit
von dem radialen Abstand der Schneidkante von der Drehachse des Schneidmessers,
also von dem Drehwinkel des Messers, zu wählen, d. h. den Schneidenwinkel
als eine Funktion des Drehwinkels zu definieren.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schneidkante
einen Eintauchbereich auf, mit dem das Schneidmesser bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
während
des Schneidebetriebs in ein aufzuschneidendes Produkt eintaucht, wobei
der Schneidenwinkel im Eintauchbereich am kleinsten ist.
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Diese
Ausführungsform
macht sich die Erkenntnis zunutze, dass Produktstauchungen durch das
Schneidmesser in dem Moment am größten sind, wenn das Schneidmesser
in das Produkt eintaucht. Indem für den Eintauchbereich des Schneidmessers ein
vergleichsweise kleiner Schneidenwinkel und insbesondere der kleinste
am Schneidmesser ausgebildete Schneidenwinkel gewählt wird,
werden Produktstauchungen durch das erfindungsgemäße Schneidmesser
folglich minimiert. Ausgehend von dem Eintauchbereich kann dann
der Schneidenwinkel insbesondere stetig zunehmen. Hierdurch wird
erreicht, dass während
des weiteren Verlaufs des Schneidevorgangs und insbesondere nach
Abschluss der Eintauch phase der Schneidenwinkel eine Größe bzw. Steilheit
aufweist, die für
ein gewünschtes
Abkeilen der jeweiligen Produktscheibe bzw. für ein schnelleres und besseres
Ablegen der Produktscheibe sorgt, als dies mit einem durchgehend
flachen Schneidenwinkel der Fall wäre.
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Die Änderung
des Schneidenwinkels erfolgt insbesondere ohne Ausbildung von Stufen
in der Schneidenfläche.
Hierdurch wird das Produkt während
des Aufschneidens so wenig wie möglich
gestört.
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Der
Schneidenwinkel kann bereichsweise konstant sein. Dies ist jedoch
nicht zwingend. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich der Schneidenwinkel
kontinuierlich oder stetig verändert,
insbesondere vergrößert oder
verkleinert.
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Grundsätzlich kann
das Schneidenwinkelprofil, d. h. der Verlauf der Größe des Schneidenwinkels
längs der
Schneidkante, beliebig ausgestaltet sein. Die Rate, mit der sich
der Schneidenwinkel ändert,
kann konstant, in Abhängigkeit
z. B. von dem Drehwinkel des Messers, also von dem jeweiligen Umfangsbereich
der Schneidkante, aber auch für verschiedene
Umfangsbereiche unterschiedlich groß sein.
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In
einem konkreten Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, dass sich der Schneidenwinkel in einem Bereich
von etwa 20° bis
30° ändert. Grundsätzlich kann
die Messerschneide aber auch flachere oder steilere Bereiche aufweisen.
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Je
nach konkreter Ausgestaltung der Messerrückseite kann vorgesehen sein,
dass die Schneidenfläche
eine Breite aufweist, die in Abhängigkeit von
der Größe des Schneidenwinkels
variiert.
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Beispielsweise
kann die Breite der Schneidenfläche
in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm variieren.
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Was
die wirksame Länge
der Schneidkante in Umfangsrichtung anbetrifft, so erstreckt sich
die Schneidkante insbesondere über
einen Winkel zwischen 180° und
360°. In
einer möglichen
Ausgestaltung beträgt
die Länge
der Schneidkante in Umfangsrichtung ungefähr 270°.
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Des
Weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass radial innerhalb der Schneidenfläche eine weitere Fläche ausgebildet
ist, die einen Teil der Messerrückseite
bildet und mit der Schneidebene einen Winkel einschließt, der
in Umfangsrichtung konstant und kleiner als der kleinste Schneidenwinkel
ist.
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Die
Schneidenfläche
und die weitere Fläche können unmittelbar
aneinander angrenzen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass
zwischen der Schneidenfläche
und der weiteren Fläche
wenigstens eine Übergangsfläche ausgebildet
ist.
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Auf
die Herstellung des erfindungsgemäßen Schneidenmessers soll hier
nur insoweit eingegangen werden, als vorzugsweise vorgesehen ist,
dass die Schneidenfläche
durch Anschleifen eines entsprechend hergestellten Vorprodukts gebildet
ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schneidmesser,
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2 teilweise
eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Schneidmessers, und
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3 mehrere Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Schneidmessers
an unterschiedlichen Umfangsbereichen.
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Das
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Sichelmesser umfasst eine
spiralartig um eine Drehachse 11 umlaufende Schneidkante 13,
die sich etwa über
einen Winkelbereich von 270° erstreckt
und in einer senkrecht zur Drehachse 11 verlaufenden Schneidebene
liegt. Der Abstand der Schneidkante 13 von der Drehachse 11,
also der Radius R des Schneidmessers, nimmt kontinuierlich zu, und
zwar entgegen einer Drehrichtung T, in der das Schneidmesser während des
Schneidebetriebs um die Drehachse 11 rotiert.
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Das
erfindungsgemäße Sichelmesser
ist zum Einsatz an einem Hochgeschwindigkeitsslicer bestimmt. Diese
Slicer sind mit einem so genannten Schneid- oder Messerkopf versehen,
der eine die Drehachse 11 festlegende Antriebswelle für das Schneidmesser
aufweist. Zur Aufnahme der Antriebswelle ist in dem Schneidmesser
die in der 1 dargestellte Öffnung 29 ausgebildet.
Weitere Befestigungsmittel, wie insbesondere um die Öffnung 29 herum
angeordnete Bohrungen zum Verschrauben des Schneidmessers am Schneidkopf
des Slicers sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Derartige
Sichelmesser zeichnen sich dadurch aus, dass sie – wie bereits
im Einleitungsteil erwähnt – mit einem
Bereich A in das aufzuschneidende Produkt eintauchen, für den der
Radius R am kleinsten ist. Während
des Schneidevorgangs bewegt sich das rotierende Schneidmesser durch
das Produkt hindurch, wobei nacheinander die hier lediglich beispielhaft
angedeuteten Umfangsbereiche A, B, C und D des Messers mit dem Produkt
zusammenwirken. Für
den Umfangsbereich D ist der Radius R des Messers am größten.
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Wie
aus 2 ersichtlich, besitzt das erfindungsgemäße Sichelmesser
eine schalen- oder schüsselartige
Form. Indem auf diese Weise die Messerinnenseite 27 gegenüber der
senkrecht zur Drehachse 11 verlaufenden Schneidebene 15 zurückversetzt
ist, ist auf der während
des Schneidebetriebs dem aufzuschneidenden Produkt 19 zugewandten
Seite des Messers ein Freiraum 25 vorhanden. Durch diese
Schalen- oder Schüsselform
des Messers werden Produktstauchungen bereits erheblich reduziert.
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Die
Messerrückseite 21 wird
radial außen von
einer ebenen Schneidenfläche 17 gebildet,
die radial außen
von der die Schneidebene 15 festlegenden Schneidkante 13 begrenzt
wird. Radial innen schließt
sich an die Schneidenfläche 17 eine
weitere ebene Fläche 23 an.
Der Querschnitt des erfindungsgemäßen Schneidmessers im Anschluss
an die Schneidenfläche 17 kann
von der in 2 dargestellten Ausführungsform
abweichen und grundsätzlich beliebig
variieren. Das diesbezügliche
konkrete Profil des Messers wird auch im Hinblick auf eine möglichst gute
Eigenstabilität
des Messers gewählt.
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Die
Schneidenfläche 17 schließt mit der Schneidebene 15 einen
Winkel α ein,
der größer ist als
der Winkel β zwischen
der Schneidebene 15 und der weiteren Fläche 23. Die Schneidenfläche 17 besitzt
des Weiteren eine Breite W.
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Erfindungsgemäß ist der
Schneidenwinkel α längs der
Schneidkante 13 nicht konstant. Vielmehr ist vorgesehen,
dass der Schneidenwinkel in Abhängigkeit
von dem Radius R der Schneidkante 13 variiert.
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3 veranschaulicht ein mögliches
Ausführungsbeispiel
für ein
derartiges "Profil" des Schneidenwinkels
in Umfangsrichtung. Die 3a–3d zeigen
jeweils einen Querschnitt des Schneidmessers entsprechend 2 für einen
der in 1 angedeuteten Umfangsbereiche A–D.
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Gemäß 3a ist
im Eintauchbereich A des Schneidmessers, wo der Radius am kleinsten
ist, der Schneidenwinkel α1
ebenfalls am kleinsten. Da in diesem Ausführungsbeispiel der Winkel β zwischen der
Schneidebene 15 und der an die Schneidenfläche 17 angrenzenden
weiteren Fläche 23 in
Umfangsrichtung konstant ist und zwischen Schneidenfläche 17 und
weiterer Fläche 23 an
keiner Stelle in Umfangsrichtung ein oder mehrere Übergangsflächen vorgesehen
sind, ist die Breite W der Schneidenfläche 17 im Eintauchbereich
A am größten.
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Mit
zunehmendem Drehwinkel (entgegen der Drehrichtung T; 1)
verläuft
die Schneidenfläche 17 zunehmend
steiler, d. h. der Schneidenwinkel α nimmt zu. Entsprechend nimmt
die Breite W der Schneidenfläche 17 ab.
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Mögliche Werte
für den
Schneidenwinkel α an
den verschiedenen Umfangsbereichen des Schneidmessers lauten wie
folgt:
| Eintauchbereich
A: | α1 = 20° |
| Umfangsbereich
B: | α2 = 23° |
| Umfangsbereich
C: | α3 = 26° |
| Umfangsbereich
D: | α4 = 30° |
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Der
in Umfangsrichtung, also längs
der Schneidkante 13, konstante Winkel β zwischen Schneidebene 15 und
weiterer Fläche 23 beträgt in diesem
Ausführungsbeispiel
12°.
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Diese
Werte für
die Winkel α und β sind rein beispielhafter
Art und können
je nach aufzuschneidenden Produkten und konkreten Anwendungen beliebig
variieren, und zwar nicht nur hinsichtlich der absoluten Größen, sondern
auch in Bezug auf den grundsätzlichen
Verlauf des "Winkelprofils" in Umfangsrichtung.
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Mit
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
kann erreicht werden, dass aufgrund der flachen Schneidenfläche 17 im
Eintauchbereich A Produktstauchungen beim Eintauchen des Messers
in das Produkt weitestgehend vermieden werden, wobei aufgrund der
zunehmenden Steilheit der Schneidenfläche 17 in Umfangsrichtung
gleichzeitig eine schnellere und bessere Produktablage erzielt wird als
mit einem durchgehend flachen Schneidenwinkel.
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- 11
- Drehachse
- 13
- Schneidkante
- 15
- Schneidebene
- 17
- Schneidenfläche
- 19
- Produkt
- 21
- Messerrückseite
- 23
- weitere
Fläche
- 25
- Freiraum
- 27
- Messerinnenseite
- 29
- Öffnung
- α
- Schneidenwinkel
- β
- Winkel
zwischen Schneidenebene und weiterer Fläche
- T
- Drehrichtung
- R
- radialer
Abstand
- W
- Breite
der Schneidenfläche
- A
- Eintauchbereich
- B
- Umfangsbereich
- C
- Umfangsbereich
- D
- Umfangsbereich