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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem montagefreundlichen Käfig für Wälzlager und insbesondere mit zwei oder mehrteiligen Käfigsegmenten und deren Montage.
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Um zu verhindern, dass die Wälzkörper in einem Wälzlager aneinander anlaufen, wird zur Separierung dieser voneinander häufig ein Käfig verwendet. Bisher werden beispielsweise für Kugellager unter anderem Schnappkäfige aus Kunststoff verwendet. Bei diesen sind die Käfigtaschen seitlich einseitig geöffnet, um das Einschnappen der Kugel von der Seite zu ermöglichen. Wenngleich die Montage bei der Verwendung von Schnappkäfigen effizient möglich ist, können sich von Schnappkäfigen geführte Kugeln unter hohen Schiefstellungen der Lagers in der Käfigtasche verklemmen oder aus dieser herausgedrückt werden.
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Um dies zu verhindern werden oft mehrere einzelne Käfigsegmente verwendet, bei denen die Wälzkörper eines Wälzlagers an deren kompletten Umfang von der Käfigtasche umschlossen werden. Somit ist sichergestellt, dass die Wälzkörper, auch bei Schiefstellung des Außen- und Innenrings, sicher im Käfig geführt werden. Beispielsweise bei großen Lagern sind die einteiligen Käfigsegmente bei der Montage jedoch schwer zu handhaben und verursachen einen erheblichen Montageaufwand.
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Für besonders große Wälzlager werden auch zweiteilige Messingkäfige verwendet, die den Wälzkörper nach der Montage am kompletten Umfang umschließen. Allerdings ist auch bei diesen Käfigen das Handling aufgrund der Größe und des Gewichts der einzelnen Käfighälften erschwert. Zudem ist ein Käfig aus Messing kostenintensiver.
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Die Japanische Patentanmeldung
JP 2009 299 820 A schlägt vor, bei einem Wälzlagerkäfig mit einer Mehrzahl von zweiteiligen Segmenten am Ende jedes Segmentes einen hervorstehenden Hakenabschnitt zu bilden, der in einen vertieften Hakenabschnitt an einem in der Längsrichtung benachbarten Segment eingreift, um die Segmente miteinander zu verbinden. Weiterer zugehöriger Stand der Technik ist in den Druckschriften
DE 41 33 813 A1 ,
DE 15 75 714 A ,
US 12 41 669 A und
US 24 17 559 A beschrieben.
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Es besteht somit der Bedarf nach einem verbesserten Käfigkonzept, das gewährleistet, dass die Wälzkörper eines Wälzlagers zuverlässig geführt werden, während der Käfig darüber hinaus effizient zu montieren ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen dies, indem ein Käfigsegment für ein Wälzlager verwendet wird, welches zum einen zumindest eine Tasche für einen Wälzkörper aufweist und welches zum anderen aus einem ersten und einem zweiten Segmentteil besteht. Das erste Segmentteil grenzt in der axialen Richtung an das zweite Segmentteil an und ist mit diesem form- und kraftschlüssig kombiniert oder aber stoffschlüssig verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es, Käfige zu konstruieren bzw. zu verwenden, mittels derer ein Wälzkörper zuverlässig geführt werden kann. Da die Käfigsegmente entlang des Lagerkreises nicht vollständig umlaufen und zumindest zweiteilig sind, sind die einzelnen Elemente darüber hinaus leicht und effizient zu montieren.
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Die Käfigsegmente sind in axialer Richtung geteilt, d. h., sie bestehen aus einem ersten Segmentteil, der sich überwiegend auf einer Seite des Wälzkörpers befindet und aus einem zweiten Segmentteil, der sich auf der in der axialen Richtung gegenüberliegenden Seite des Wälzkörpers befindet. Die beiden Segmentteile sind miteinander verbunden und bilden durch entsprechende Ausnehmungen die Käfigtasche. Dabei bedeutet axiale Richtung in der üblichen Notation eine Richtung entlang der Rotationsachse des Lagers, während eine radiale Richtung jedwede Richtung senkrecht zur Rotationsachse bezeichnet. Tangentiale Richtungen sind im Folgenden sämtliche Richtungen, die tangential zu einem Lagerteilkreis, beispielsweise zur Laufbahn des Lagerinnenrings oder des Lageraußenrings verlaufen.
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Während der Montage werden die beiden Segmentteile zu beiden Seiten eines Wälzkörpers angeordnet und form- und kraftschlüssig kombiniert oder aber stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies ermöglicht es bei einigen Ausführungsbeispielen, einen Lagerkäfig mittels der Käfigsegmente zu bilden, bei dem die Tasche in zumindest einer Ebene (einer Axialebene) vollständig von dem Material des Käfigs umschlossen ist. D. h., ein in der Tasche befindlicher Wälzkörper ist vollständig vom Käfig umschlossen und kann dadurch auch bei großen Lagerschiefstellungen noch sicher geführt werden. Dies wird ermöglicht, ohne die sonst übliche Beeinträchtigung bei der Montage mit sich zu bringen.
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Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele weisen, um die beiden Segmentteile miteinander verbinden zu können, jeweils an beiden Seiten einer Tasche (in der tangentialen Richtung, d. h. in Richtung der benachbarten Taschen) eine Befestigungsvorrichtung auf, mittels derer das erste mit dem zweite Segmentteil verbunden werden kann. Die Befestigungsvorrichtung kann dabei beispielsweise ein Gewinde sein, in das eine Schraube zum Verbinden der Segmentteile gedreht werden kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine Befestigungsvorrichtung eine einfache Bohrung sein, in die ein Stift gepresst oder geklebt wird, sodass über die Bohrung die beiden Segmentteile miteinander verbunden werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Befestigungsvorrichtung auch eine einfache Ausnehmung sein, um Kleber aufzunehmen, der für eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Segmentteile benötigt wird. Als Befestigungsvorrichtung ist somit jede Maßnahme zu verstehen, die geeignet ist, die beiden Segmentteile miteinander zu verbinden.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Befestigungsvorrichtung ferner derart ausgestaltet, dass mit ihr sowohl die beiden Segmentteile eines Käfigsegments miteinander verbunden werden können als auch zueinander benachbarte unterschiedliche Käfigsegmente. Das heißt, über die Befestigungsvorrichtung wird zudem eine Kräfte aufnehmende Verbindung mit dem entlang des Käfigumfangs benachbarten Käfigsegment hergestellt. Dies verbessert die Stabilität des gesamten Käfigs, so dass die Qualität der Führung der Wälzkörper weiter verbessert werden kann, ohne dass bei der Montage des Käfigs zusätzlicher Aufwand betrieben werden muss.
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Bei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, bei denen die benachbarten Käfigsegmente miteinander verbunden werden, sind die beiden Segmentteile darüber hinaus versetzt zueinander angeordnet. Das heißt, die Segmentteile weisen nicht nur einen gemeinsamen, zumindest eine Tasche bildenden Überlappungsbereich auf. In der tangentialen Richtung erstreckt sich zusätzlich das erste Segmentteil weiter als das zweite Segmentteil, wohingegen sich das zweite Segmentteil in der zur tangentialen Richtung entgegengesetzten Richtung weiter erstreckt als das erste Segmentteil. Beim Verbinden des ersten und des zweiten Segmentteils wird somit zumindest eine Tasche des Käfigsegments vom ersten und zweiten Segmentteil direkt gebildet. Die weiteren Taschen ergeben sich, wenn die benachbarten Käfigsegmente mit deren jeweils überstehenden Segmentteilen mit dem überstehenden ersten oder zweiten Segmentteil des ersten Käfigsegments verbunden werden, so dass in diesem ”Überlappungsbereich” die Tasche durch Segmentteile gebildet wird, die zu jeweils anderen Käfigsegmenten gehören. Dies erhöht aufgrund der belastbareren Verbindung die Stabilität des Gesamtkäfigs zusätzlich.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Käfigsegment aus Kunststoff gefertigt, was die Produktionskosten erheblich senken kann und die Formenvielfalt der möglichen Käfige erhöht.
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Wälzlager, die Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Käfigsegmenten verwenden, erlauben somit eine sichere Führung der Wälzkörper, wobei gleichzeitig der Montageaufwand ohne Beeinträchtigung der Stabilität und der Performance des Gesamtsystems verringert werden kann.
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Als Käfigsegment soll hier und im Folgenden ein Teil eines Käfigs verstanden werden, der nicht vollständig entlang des Lagerteilkreises umläuft. So können Käfigsegmente beliebige Winkel, beispielsweise 30°, 60° oder 90° des vollständigen Lagerumfangs abdecken. Anders ausgedrückt, enthält ein Käfigsegment zumindest eine Tasche für einen Wälzkörper, kann aber auch 2, 3 oder eine beliebige Anzahl von Taschen aufweisen, je nach den konstruktiven Anforderungen.
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Wenngleich die anhand der beigefügten Figuren nun besprochenen einzelnen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung jeweils einen Käfig für ein Kugellager zeigen, versteht es sich von selbst, dass alternative Käfigsegmente auch für jedwede andere Wälzkörperform konstruiert und verwendet werden können. Als solche Alternativen kommen beispielsweise Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager, Tonnenrollenlager oder dergleichen in Betracht. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Käfigsegments;
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2 ein Beispiel eines Käfigsegments zum Vergleich;
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3 das Ausführungsbeispiel des Käfigsegments von 2 im eingebauten Zustand; und
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4 ein Beispiel eines Verfahrens zum Montieren eines Lagers.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Käfigsegments 2, welches eine Tasche 4 für einen Wälzkörper aufweist und aus einem ersten Segmentteil 6a und einem zweiten Segmentteil 6b besteht, wobei das zweite Segmentteil 6b in einer axialen Richtung 8 an das erste Segmentteil 6 angrenzt und mit diesem form- und kraftschlüssig kombiniert oder aber stoffschlüssig verbunden ist.
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Wie üblich dient der in 1 dargestellte Kunststoffkäfig bzw. des Käfigsegment dazu, durch Separierung der Wälzkörper in einem Wälzlager eine Berührung der Wälzkörper zu verhindern.
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Bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Kontur der Tasche 4 an die Form einer Kugel angepasst, es handelt sich also um ein Segment eines Käfigs für ein Kugellager. Es versteht sich von selbst, dass bei alternativen Ausführungsbeispielen Käfigsegmente auch für andere Wälzlagertypen verwendet werden können. Für ein Zylinderrollenlager wäre dementsprechend die Form der Tasche zylindrisch oder quaderförmig bzw. der Querschnitt quadratisch oder rechteckig.
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Wenngleich die im Folgenden diskutierten Ausführungsbeispiele schultergeführte Käfigvarianten bzw. Käfigsegmente zeigen, wie dies in 3 noch deutlicher ersichtlich ist, versteht es sich von selbst, dass bei alternativen Ausführungsformen auch Wälzkörpergeführte Käfigsegmente verwendet werden können.
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Aufgrund der Trennung der Käfigsegmente 6a und 6b in der axialen Richtung 8, wie sie in 1 dargestellt ist, kann der Käfig beispielsweise bei bereits vollständig mit Wälzkörpern gefülltem Lager montiert werden, indem zunächst von beiden Seiten des Lagers die Käfigsegmente angelegt werden, woraufhin die Käfigsegmentsegmente miteinander verbunden werden. Um eine Verbindung des ersten Segmentteils 6a mit dem zweiten Segmentteil 6b zu ermöglichen, weisen beide Segmentteile als Befestigungsvorrichtungen jeweils zu beiden Seiten der Käfigtasche 4 Bohrungen 10a bis 10b auf. Mittels dieser Bohrungen können die Segmentteile 6a und 6b miteinander verbunden werden, indem beispielsweise ein Stift in die Bohrungen gepresst, geschraubt oder geklebt wird. Bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen sind die Befestigungsvorrichtungen darüber hinaus so ausgestaltet, dass mittels derselben Befestigungsvorrichtung (über die Bohrungen 10a bis 10d) auch benachbarte Käfigsegmente miteinander verbunden werden können.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Käfigsegmente 6a und 6b jeweils Überstände 12a und 12b aufweisen, deren geometrische Form so gewählt ist, dass sie jeweils mit den korrespondierenden Überständen eines benachbarten Käfigsegments überlappen, so dass mittels eines einzigen Stifts oder einer einzigen Schraube sowohl die Segmentteile 6a und 6b miteinander als auch das Käfigsegment 2 mit den benachbarten Käfigsegment verbunden werden kann. So entsteht ein Käfig, der zwar aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist, welche jedoch jeweils mit den benachbarten Segmenten verbunden sind und so einen vollständig umlaufenden Käfig zu bilden.
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Um dies zu erreichen erstrecken sich die Überstände 12a bis 12a mit den axial verlaufenden Bohrungen 10a bis 10d also in bzw. entgegen der tangentialen Richtung 14, um einen Überlapp mit den in der tangentialen Richtung 14 benachbarten Käfigsegmenten zu erreichen, der zur Verbindung mit denselben verwendet werden kann.
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2 zeigt zum Vergleich ein Käfigsegment 2, welches ebenfalls aus einem ersten Segmentteil 6a und einem zweiten Segmentteil 6b besteht. Auch bei dem in 2 dargestellten Vergleichsbeispiel wird die Käfigtasche 4 durch die beiden miteinander verbundenen Segmentteile 6a und 6b gebildet, die dazu jeweils eine zur Form der Tasche korrespondierende Ausnehmung 13 aufweisen, die an die Kontur des Wälzkörpers angepasst ist. Anders als im in 1 gezeigten Fall, wird der Überlapp, der zum Verbinden des Käfigsegments mit benachbarten Käfigsegmenten verwendet wird, dadurch erreicht, dass die beiden Segmentteile 6a und 6b sich gegenseitig nur in einem Überlappbereich entlang ihrer tangentialen Ausdehnung überdecken bzw. unmittelbar aneinander angrenzen. Zusätzlich erstrecken sich das erste und das zweite Segmentteil 6a und 6b in bzw. entgegen der tangentialen Richtung 14 über den Überlappbereich 20 hinaus. Durch diese Anordnung können die Segmentteile 6a und 6b eines einzelnen Käfigsegments 2 miteinander verbunden werden. Dies kann vorliegend über die Bohrungen 16 erfolgen, die Stifte oder Schrauben oder dergleichen aufnehmen können. Alternativ können die Segmente bzw. die Segmentteile auch miteinander verklebt oder auf andere Art kraft-, form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Wenngleich in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Taschen 4 der Käfigsegmente 2 von zwei symmetrischen Ausnehmungen 13 in den unterschiedlichen Segmentteilen 6a und 6b gebildet werden, können die entsprechenden Ausnehmungen bei alternativen Ausführungsbeispielen auch unsymmetrisch sein, d. h. für die beiden unterschiedlichen Segmentteile unterschiedliche Form haben. Für Kegelrollenlager oder Zylinderrollenlager kann die Ausnehmung sogar nur an einem der Segmentteile 6a oder 6b gebildet sein.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen von Käfigsegmenten kann, wie beispielsweise anhand der Aufsicht auf ein Kugellager in 3 illustriert, ein Käfigsegment, ausgehend beispielsweise von dem Beispiel aus 1 auch dergestalt modifiziert werden, dass dieses zwei Taschen je Segment umfasst. Dadurch kann, verglichen mit dem Beispiel in 2, eine Bohrung, die zum Verbinden der Käfigsegmente bzw. der Segmentteile untereinander erforderlich, ist gespart werden.
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3 zeigt dabei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Käfigsegmente im eingebauten Zustand in einem Radiallager bzw. in einem Kugellager. Das Radiallager weist einen Innenring 30 und einem Außenring 32 auf, der in der radialen Richtung 34 vom Innenring 30 entfernt und konzentrisch zu diesem angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 30 und dem Außenring 32 laufen die Wälzkörper, vorliegend Kugeln, die mittels Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Käfigsegmente 2 geführt werden. Die Käfigsegmente 2 weisen jeweils zwei Käfigtaschen 4 auf und sind mit den jeweils benachbarten Käfigsegmenten über eine Verbindungsbohrung 36 verbunden, die sich axial durch Überstände der Käfigsegmente 2 erstreckt, wie anhand von 1 bereits erläutert wurde.
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Weitere Bohrungen 38 befinden sich jeweils etwa in der Mitte der einzelnen Segmente 2 und dienen dem Verstärken der Verbindung der Segmentteile 6a und 6b der einzelnen Käfigsegmente untereinander.
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Zusammengefasst können Ausführungsbeispiele der Erfindung sowohl als schultergeführte wie auch als wälzkörpergeführte Varianten eingesetzt werden. Um sowohl ein einfacheres Handling des Käfigs, wie auch die sichere Führung des Wälzkörpers in der Käfigtasche zu ermöglichen, besteht der Kunststoffkäfig für Wälzlager aus einzelnen Käfigsegmenten, welche zu einem Käfig zusammengefügt werden. Ein Käfigsegment kann mit einer unterschiedlichen Anzahl von Käfigtaschen ausgeführt werden. Dies können eine oder mehrere Käfigtaschen sein. Ein Käfig kann aus zwei oder mehrehren zusammengefügten Segmente bestehen, wobei sich in jedem Segment eine oder mehrere Käfigtaschen befinden. An beiden Enden eines Käfigsegments können Überstände mit einer axialen Bohrung angeordnet sein, mittels derer die weiteren Segmente zur Komplettierung eines Käfigs oder einer Käfighälfte ausgerichtet und befestigt werden können. In Umfangsrichtung betrachtet folgt auf jede Käfigtasche eine Querbohrung zur Verbindung der Käfigsegmente sowie der Käfighälften. Im Einbaufall sind die einzelnen Käfigsegmente im Lager zu einem Käfig zusammengefügt. Z. B. gegenüber dem Kunststoff-Schnappkäfig für Kugellager, hat die Käfigvariante, bestehend aus einzelnen Segmenten, den Vorteil, dass die Performance des Lagers auch bei hohen Schiefstellungen gewährleistet ist.
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4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Montieren eines Wälzlagers, umfassend:
In einem Bereitstellungsschritt 50, Bereitstellen eines ersten Segmentteils und eines zweiten Segmentteils eines Käfigsegments, welches mindestens eine Tasche für einen Wälzkörper aufweist und aus einem ersten Segmentteil und aus einem zweiten Segmentteil besteht, wobei das zweite Segmentteil in einer axialen Richtung an das erste Segmentteil angrenzt und mit diesem form-, kraft- oder stoffschlüssig verbindbar ist.
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In einem Füllschritt 52, Anordnen eines Wälzkörpers zwischen einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring des Wälzlagers;
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In einem ersten Ausrichtungsschritt 54, Anordnen des ersten Segmentteils zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring des Wälzlagers, sodass sich der Wälzkörper in einer Ausnehmung für die Tasche in dem ersten Segmentteil befindet.
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In einem zweiten Ausrichtungsschritt 56, Anordnen des zweiten Segmentteils auf der dem ersten Segmentteil in der axialen Richtung gegenüberliegenden Seite des Wälzkörpers.
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In einem Verbindungsschritt 58, form-, kraft- oder stoffschlüssiges Verbinden des ersten und des zweiten Segmentteils.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Käfigsegment
- 4
- Tasche
- 6a
- erstes Segmentteil
- 6b
- zweites Segmentteil
- 8
- axiale Richtung
- 10a–10d
- Bohrung
- 12a–12d
- Überstand
- 14
- tangentiale Richtung
- 13
- Ausnehmung
- 16
- Bohrung
- 30
- Innenring
- 32
- Außenring
- 34
- radiale Richtung
- 36
- Verbindungsbohrung
- 38
- weitere Bohrung
- 50
- Bereitstellungsschritt
- 52
- Füllschritt
- 54
- erster Ausrichtungsschritt
- 56
- zweiter Ausrichtungsschritt
- 58
- Verbindungsschritt
