DE102009029781A1 - Bremsscheibe und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
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Abstract
Eine Bremsscheibe (1) für Scheibenbremsen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, besteht aus einer mindestens einen Reibring (3, 4) umfassenden Reibringanordnung (2) und einem koaxial dazu angeordneten und mit dieser verbundenen Topf (5). Dabei sind an der Reibringanordnung (2) und dem Topf (5) Verbindungsflächen ausgebildet. Der Topf (5) besteht aus einer Leichtmetalllegierung und die Reibringanordnung (2) aus einem Material mit einem gegenüber der Leichtmetalllegierung geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten. An dem Topf (5) und der Reibringanordnung (2) sind Fügeflächen (15, 20, 22) vorgesehen, an denen der Topf (5) mit der Reibringanordnung (2) durch Schrumpfung und Klebung reibkraft- und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
- Im PKW-Fahrzeugbau werden bereits seit einigen Jahren zur Gewichtsreduzierung und Komfortverbesserung Bremsscheiben für Scheibenbremsen entwickelt, bei denen Reibring und Topf aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dies hat den Vorteil, dass der Reibring, auf dem die Reibbeläge der Scheibenbremse zur Anlage kommen, und der auf einer Achse oder einem Radträger befestigte Topf aus den für die entsprechenden Anforderungen geeigneten Materialien bestehen können. Hierzu gibt es bereits verschiedene Vorschläge. So ist beispielsweise aus der
DE 100 32 972 A1 eine Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse mit einem Reibring aus einem Gusswerkstoff und einem Bremsscheibentopf aus Stahl oder einem vergleichbaren hochfesten Material bekannt. Der Bremsscheibentopf ist an seinem kreiszylindrischen Mantel mit Durchbrüchen oder mit Abschnitten reduzierter Wandstärke versehen, um eine ausreichende Elastizität für eine thermische Dehnung des Reibringes zu gewährleisten. Ein zylindrischer Fortsatz des Reibringes und ein Mantel des Bremsscheibentopfes bilden die Fügestelle, die als Press- oder Schrumpfsitz ausgebildet ist und in der die sich überlagernden Abschnitte zusätzlich durch Nieten verbunden sind. - Aus der
DE 10 2006 043 945 A1 ist eine Bremsscheibe für eine KFZ-Scheibenbremse bekannt mit einem Reibring und einem Bremsscheibentopf, welcher mittels mehrerer über den Umfang des Bremsscheibentopfes angeordneter, in radialer Richtung verlaufender Verbindungselemente mit dem Reibring verbunden ist. Nach dem Gießen des Reibringes werden an dessen innerem Umfang mehrere Bohrungen angebracht, in die anschließend Stifte als Verbindungselemente eingesetzt werden. Nach dem Anbringen der Verbindungselemente im Reibring werden diese bei der Herstellung des Bremsscheibentopfes mit dem Material des Topfes umgossen. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsscheibe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der eine Reduzierung der Bremsscheibenmasse bei gleichzeitig reduziertem Fertigungsaufwand erreicht ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe angegeben werden.
- Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Bremsscheibe weist eine reduzierte Bauteilmasse auf und kann auf einfache Weise hergestellt werden, wobei durch die Schrumpfung und Klebung ein großer, kombinierter Kraftschluss erzeugt wird. Es liegt eine stoff- und reibkraftschlüssige Anbindung zwischen Topf- und Reibringanordnung vor, wobei der Stoffschluss durch eine an der Verbindungsfläche aufgebrachte Klebeschicht und der Reibkraftschluss durch eine Übermaßpassung realisiert wird. Durch die Klebstoffschicht wird die bei Welle-Nabe-Verbindungen häufig auftretende Entstehung von Passungsrost als Folge kleiner Relativbewegungen zwischen Welle und Nabe vermieden. Gleiches gilt auch für die Entstehung von Kontaktkorrosion bei direktem Kontakt zweier oder mehrerer Bauteile unterschiedlichen Werkstoffs bei ungleicher Position in der Normalspannungsreihe.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Material für den Topf eine Aluminiumknetlegierung oder eine Aluminiumgusslegierung vorgesehen, d. h. die Topfherstellung ist umformend oder urformend. Als Material für die Reibringanordnung ist Grauguss besonders geeignet, insbesondere auch wegen des deutlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gegenüber Aluminiumlegierungen. Alternativ zu Grauguss kommt für die Reibringanordnung auch ein keramisches oder ein metallmatrix/metallverbund Material in Betracht.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Fügefläche am Topf durch einen zylindrischen Außenumfang eines axialen Abschnitts am Topf gebildet. Die andere Fügefläche kann vorzugsweise durch eine koaxial verlaufende Fläche in einer am inneren Umfang der Reibringanordnung vorgesehenen ringförmigen Aussparung oder durch eine innere Umfangsfläche eines Reibrings gebildet sein. Durch diese Maßnahme wird eine Materialdopplung vermieden und eine direkte Verbindung zwischen Topf und Reibringanordnung geschaffen, was zur Massenreduzierung beiträgt. Es ist außerdem vorteilhaft, dass an der Reibringanordnung eine radiale Anlagefläche für den Topf vorgesehen ist. Diese dient als axialer Anschlag und trägt so zur Positionierung und Ausrichtung von Reibringanordnung und Topf bei. Zur Erleichterung des Fügeprozesses der beiden Bauteile Reibring und Topf ist zweckmäßigerweise an dem stirnseitigen Ende der Aussparung eine Fase angeordnet.
- Für die Klebung kommt vorzugsweise ein anaerober Klebstoff, Epoxidharzklebstoff oder Polyimidklebstoff in Betracht. Ein solcher Klebstoff ist für die zu fügende Materialpaarung und die in einem Kraftfahrzeug vorliegenden Bedingungen geeignet insbesondere im Hinblick auf hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen Betriebsstoffe wie Kraftstoff, Öl, Bremsflüssigkeit, Kühlmittel usw..
- Zur Durchführung des Verfahrens besteht eine Variante darin, das Übermaß der Fügeflächen dadurch zu eliminieren, dass die Temperatur des Topfes abgesenkt wird. Dann kann der Topf in die Reibringanordnung eingesteckt werden und durch anschließenden Temperaturanstieg des Topfes dehnt sich das Material derart aus, dass eine radiale Pressung und gleichzeitige Verklebung erfolgt.
- Eine andere Variante besteht darin, dass die Reibringanordnung derart erwärmt wird, dass das Material sich dehnt und das Radialmaß der Verbindungsfläche größer wird als das Radialmaß der Verbindungsfläche des Topfes. Danach wird der Topf in die Reibringanordnung eingesteckt und die Reibringanordnung wieder abgekühlt, wodurch die radiale Pressung und Verklebung erfolgt.
- Außerdem ist es vorteilhaft, dass zusätzlich zu der reibkraftschlüssigen Verbindung durch Schrumpfen an den Fügeflächen die Reibringanordnung durch Klebung stoffschlüssig mit dem Topf verbunden ist. Durch diese Kombination aus Reibkraftschluss und Formschluss kann das für den Reibkraftschluss benötigte Übermaß verringert werden, was zu einer Kosteneinsparung führt. Diese resultiert aus größeren Toleranzen und einer einfacheren Bearbeitung der Fügeflächen. Drüber hinaus wird die Differenz zur Fügetemperatur reduziert, d. h. die Dauer der Temperatureinwirkung bis zum Erreichen der zum Fügen geeigneten Temperatur wird deutlich verkürzt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Bremsscheibe, -
2 einen axialen Schnitt durch die Bremsscheibe gemäß1 , -
3 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Bremsscheibe, -
4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts durch eine Reibringanordnung, -
5 eine Ansicht auf einen Topf in axialer Richtung, -
6 einen axialen Schnitt durch den Topf gemäß Linie VI-VI in5 , -
7 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Bremsscheibe, -
8 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Bremsscheibe im Bereich der Verbindung von Reibringanordnung und Topf, -
9 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der Bremsscheibe. - Die
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Bremsscheibe1 , die aus einer Reibringanordnung2 und einem Topf5 besteht, wobei die beiden Bauteile fest miteinander verbunden sind. Die Reibringanordnung2 umfasst zwei Reibringe3 ,4 mit zwischen diesen verlaufenden Stegen6 und Kühlluftkanälen7 . Die Reibringe3 ,4 und Stege6 sind einstückig vorzugsweise aus Grauguss hergestellt. Der Topf5 besteht vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, beispielsweise einer Aluminiumknetlegierung oder Aluminiumgusslegierung. Der Topf5 weist einen radialen Abschnitt11 mit zentrischer Öffnung12 und Bohrungen13 für Befestigungsbolzen auf, wobei sich an den radialen Abschnitt ein Konus10 anschließt mit einem axial ausgerichteten vorderen Ende9 , an dem der Topf5 mit der Reibringanordnung2 verbunden ist. - In
2 ist ein axialer Schnitt durch die Bremsscheibe1 gezeigt. Es ist daraus ersichtlich, dass am radial inneren Umfang des Reibrings1 eine umlaufende Aussparung8 vorgesehen ist, die stirnseitig offen ist und zur Aufnahme des vorderen Endes9 am Topf5 dient. Auf das Verfahren zum Verbinden von Reibringanordnung2 und Topf5 wird später noch näher eingegangen. Die übrigen Bezugszeichen in2 stimmen für gleiche Teile mit denjenigen der1 überein. - Die
3 zeigt einen axialen Schnitt durch die Bremsscheibe1 , die aus der Reibringanordnung2 und dem Topf5 besteht. Die Bremsscheibe1 ist rotationssymmetrisch, daher ist diese lediglich bis zu einer Rotationsachse RA dargestellt. Die Reibringanordnung2 umfasst zwei Reibringe3 ,4 mit zwischen diesen verlaufenden Stegen6 und Kühlluftkanälen7 . Die Reibringe3 ,4 und Stege6 sind einstückig vorzugsweise aus Grauguss hergestellt. Die Kühlluftkanäle7 erstrecken sich vom radial inneren Umfang der Reibringanordnung2 bis zum radial äußeren Umfang. Der Reibring3 weist an seiner Stirnseite am radial inneren Ende ebenfalls eine umlaufende Aussparung8 auf, die bezüglich der axialen Tiefe etwas anders bemessen ist als die Aussparung in2 , aber ebenso zur Aufnahme des vorderen Endes9 eines axialen Abschnitts21 des Topfes5 dient. Der Topf5 besteht ebenso wie im Beispiel der1 und2 vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, beispielsweise einer Aluminiumknetlegierung oder Aluminiumgusslegierung und ist als Tiefziehteil oder Gussteil hergestellt. Der Topf5 weist den radialen Abschnitt11 mit zentrischer Öffnung12 und Bohrungen13 für Befestigungsbolzen auf, wobei der radiale Abschnitt über einen Bogen14 in den axialen Abschnitt21 übergeht. - In
4 ist ein Ausschnitt des radial inneren Umfangs der Reibringanordnung dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass die Aussparung8 am Reibring3 eine koaxial verlaufende Fläche15 und eine radial verlaufende Anschlagfläche16 bildet. Die Fläche15 ist auf ein exaktes Radialmaß bearbeitet. An der Stirnseite des Reibrings3 ist an der Aussparung8 eine Fase17 vorgesehen. Die Fläche15 dient zur Verbindung der Reibringanordnung2 mit dem Topf5 , was auch aus3 ersichtlich ist und worauf im Einzelnen später noch eingegangen wird. Die5 zeigt eine Ansicht des Topfes5 in axialer Richtung. - In
6 ist der Schnitt entlang der Linie VI-VI in5 gezeigt. Die zentrische Öffnung11 ist an der in den Topf5 gerichteten Seite mit einer Fase18 versehen, und der radiale Abschnitt11 ist an einer Kreisfläche19 , innerhalb der auch die Bohrungen13 liegen, spanabhebend bearbeitet. Auch an einem zylindrischen Außenumfang20 ist der axiale Abschnitt21 mit seinem vorderen Ende auf ein exaktes Radialmaß bearbeitet. - Dieses Radialmaß ist etwas größer als das Radialmaß der Fläche
15 in4 . Der Topf5 ist beispielsweise als Tiefziehteil hergestellt oder aus einer Aluminiumlegierung gegossen. - Zur Herstellung der Bremsscheibe
1 sind die beiden Bauteile, nämlich Topf5 und Reibringanordnung2 , miteinander zu verbinden. Hierzu wird der Topf5 auf eine Fügetemperatur herabgekühlt, so dass das Radialmaß des axialen Abschnitts21 und vorderen Endes9 geringer ist als das Radialmaß der Fläche15 in der Aussparung8 . An mindestens einer der Fügeflächen, nämlich zylindrischer Außenumfang20 und koaxiale Fläche15 , wird der Klebstoff aufgetragen und bei Fügetemperatur der Topf5 bzw. das vordere Ende9 des axialen Abschnitts21 in die Aussparung8 am Reibring3 eingeführt. Durch Erwärmung des Topfes5 auf Umgebungstemperatur dehnt sich der Topf bzw. der axiale Abschnitt21 radial aus, so dass eine Pressung des zylindrischen Außenumfangs20 gegen die koaxiale Fläche15 erfolgt und dadurch ein Reibkraftschluss bei gleichzeitigem Stoffschluss durch Verklebung erzeugt wird. Das Herstellverfahren für die in1 und2 gezeigte Bremsscheibe ist das Gleiche wie vorstehend beschrieben, die etwas andere Form des Topfes5 mit dem Konus10 hat darauf keinen Einfluss. - Die
7 zeigt einen axialen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Bremsscheibe1 mit einem anders gestalteten Topf5 . Der Topf5 weist einen sich an den radialen Abschnitt11 anschließenden Konus10 und einen axialen Abschnitt21 auf, wobei an dem axialen Abschnitt21 das vordere Ende9 zur Verbindung mit der Reibringanordnung2 ausgebildet ist. - Wie aus
8 deutlich zu sehen ist, liegt das vordere Ende9 des axialen Abschnitts21 mit seinem zylindrischen Außenumfang20 an einer inneren Umfangsfläche22 des Reibringes3 . An dem axialen Abschnitt21 ist ein radialer Bund23 vorgesehen, der an einer radialen Fläche24 des Reibringes3 anliegt, wobei diese Fläche24 als Anschlag zur Begrenzung der Einstecktiefe des vorderen Endes9 in die Reibringanordnung2 dient. - Das Verfahren zum Verbinden des Topfes
5 mit der Reibringanordnung2 ist beim Ausführungsbeispiel der7 und8 das Gleiche wie vorstehend bereits beschrieben. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit denjenigen der1 bis6 überein. - In
9 ist ein axialer Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der Bremsscheibe1 gezeigt, wobei der Topf5 ähnlich gestaltet ist wie in7 gezeigt. Im Gegensatz zu7 ist in9 an der Stirnseite des vorderen Endes9 ein radialer Flansch25 angeformt, der an einer radialen Innenfläche26 des Reibringes3 anliegt. Die Innenfläche26 dient als Anschlagfläche für den Flansch25 . Zur Herstellung dieser Bremsscheibe1 wird der auf Fügetemperatur abgekühlte Topf5 von der Seite des Reibringes4 her durch die Reibringanordnung2 gesteckt, wobei zuvor auf mindestens eine der Verbindungsflächen, nämlich innere Umfangsfläche22 und zylindrischer Außenumfang20 , ein Klebstoff aufgetragen ist. Sobald der radiale Flansch25 an der Innenfläche26 zur Anlage kommt, ist der Topf5 in der Reibringanordnung2 positioniert. Durch Erwärmung des Topfes5 dehnt sich dieser bzw. der axiale Abschnitt21 radial aus, so dass die Pressung und Verklebung an den Verbindungsflächen20 ,22 erfolgt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10032972 A1 [0002]
- - DE 102006043945 A1 [0003]
Claims (16)
- Bremsscheibe (
1 ) für Scheibenbremsen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer mindestens einen Reibring (3 ,4 ) umfassenden Reibringanordnung (2 ) und einem koaxial dazu angeordneten und mit dieser verbundenen Topf (5 ), wobei an der Reibringanordnung (2 ) und dem Topf (5 ) Verbindungsflächen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (5 ) aus einer Leichtmetalllegierung und die Reibringanordnung (2 ) aus einem Material mit einem gegenüber der Leichtmetalllegierung geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und an dem Topf (5 ) und der Reibringanordnung (2 ) Fügeflächen (15 ,20 ,22 ) vorgesehen sind, an denen der Topf (5 ) mit der Reibringanordnung (2 ) durch Schrumpfung und Klebung reibkraft- und stoffschlüssig miteinander verbunden sind. - Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Topfes (
5 ) eine Aluminiumknetlegierung oder eine Aluminiumgusslegierung ist. - Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringanordnung (
2 ) aus Grauguss besteht. - Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringanordnung (
2 ) aus einem keramischen Material oder einem metallischen Verbundwerkstoff besteht. - Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügefläche am Topf (
5 ) durch einen zylindrischen Außenumfang (20 ) eines axialen Abschnitts (21 ) gebildet ist. - Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Fügefläche durch eine koaxial verlaufende Fläche (
15 ) in einer am inneren Umfang der Reibringanordnung (2 ) vorgesehenen ringförmigen Aussparung (8 ) gebildet ist. - Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Fügefläche durch eine innere Umfangsfläche (
22 ) des Reibrings (3 ) gebildet ist. - Bremsscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem stirnseitigen Ende der ringförmigen Aussparung (
8 ) eine Fase (17 ) angeordnet ist. - Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Reibringanordnung (
2 ) eine radiale Anschlagfläche (16 ,24 ,26 ) für den Topf (5 ) vorgesehen ist. - Bremsscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zylindrischen Außen umfang (
20 ) des axialen Abschnitts (21 ) ein radialer Bund (23 ) oder Flansch (25 ) angeordnet ist, der mit der Anschlagfläche (24 ,26 ) zusammenwirkt. - Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen (
15 ,20 ,22 ) bezüglich des Radialmaßes derart gestaltet sind, dass der zylindrische Außenumfang (20 ) am Topf (5 ) ein Übermaß zur koaxialen Fläche (15 ) bzw. inneren Umfangsfläche (22 ) an der Reibringanordnung (2 ) aufweist. - Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Klebung ein anaerober Klebstoff, Epoxidharzklebstoff oder Polyimidklebstoff vorgesehen ist.
- Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der reibkraftschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung durch Schrumpfung und Verklebung an den Fügeflächen (
15 ,20 ,22 ) die Reibringanordnung (2 ) formschlüssig mit dem Topf (5 ) verbunden ist. - Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe (
1 ) für Scheibenbremsen, die eine Reibringanordnung (2 ) und einen koaxial dazu angeordneten Topf (5 ) umfasst, wobei an der Reibringanordnung (2 ) und an dem Topf (5 ) koaxial zu einer Rotationsachse (RA) der Scheibenbremse (1 ) ausgerichtete Verbindungsflächen (15 ,20 ,22 ) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (5 ) aus einer Leichtmetalllegierung und die Reibringanordnung (2 ) aus einem Material mit einem gegenüber der Leichtmetall legierung geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt werden und am Topf (5 ) die Verbindungsfläche (20 ) mit einem Radialmaß gefertigt wird, das gegenüber dem Radialmaß einer Fläche (15 ,22 ) an der Reibringanordnung (2 ) ein Übermaß aufweist, und dass durch Temperaturänderung wenigstens eines der zu verbindenden Teile das Übermaß eliminiert wird und dass mindestens eine Verbindungsfläche (15 ,20 ,22 ) mit einem Klebstoff versehen und der Topf (5 ) in die Reibringanordnung (2 ) eingeführt wird und danach durch entgegengesetzte Temperaturänderung das ursprüngliche Temperaturniveau wieder herbeigeführt wird, wodurch eine radiale Pressung der Verbindungsfläche (20 ) des Topfes (5 ) gegen die Fläche (15 ,22 ) an der Reibringanordnung (2 ) und gleichzeitige Verklebung erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Topfes (
5 ) derart abgesenkt wird, um die Verbindungsfläche (20 ) auf ein Radialmaß zu schrumpfen, welches geringer ist als das Radialmaß der Fläche (15 ,22 ) an der Reibringanordnung (2 ), danach der Auftrag des Klebstoffes und das Einführen des Topfes (5 ) erfolgt, und dass anschließend durch Temperaturanstieg des Topfes (5 ) die Leichtmetalllegierung sich derart ausdehnt, dass die radiale Pressung und gleichzeitige Verklebung erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Reibringanordnung (
2 ) derart angehoben wird, um die Verbindungsfläche (15 ,22 ) auf ein Radialmaß zu erweitern, das größer als das Radialmaß der Verbindungsfläche (20 ) des Topfes (5 ) ist, danach der Auftrag des Klebstoffes und Einführen des Topfes erfolgt und dass anschließend durch Temperaturabsenkung der Reibringanordnung (2 ) das Material derart schrumpft, dass die radiale Pressung und gleichzeitige Verklebung erfolgt.
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