DE102012019025A1

DE102012019025A1 - Deoxidation von schräggewalzten Hohlblöcken

Info

Publication number: DE102012019025A1
Application number: DE102012019025.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Thieven
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN104661767B; EP2900394A1; US20150196942A1; JP5976227B2; CN104661767A; US9833820B2; EP2900394B1; BR112015005734A2; MX357207B; ZA201500905B; RU2015115637A; JP2015530258A; MX2015003808A; RU2610376C2; WO2014048670A1; SA515360180B1; ES2609026T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres oder Rohrvorproduktes aus einem Vollkörper mittels eines Walzwerks, umfassend mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze sowie eine einen Lochstopfen tragende und von innen in das Rohr oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem vollständigen Lochen des Vollkörpers mittels des Lochstopfens ein fluidiertes Deoxidationsmittel und/oder ein Inertgas zu der der Walze zugewandten Seite des Rohres oder Rohrvorproduktes zugeführt wird und beim Zurückziehen des Lochdorns durch das Rohr oder Rohrvorprodukt in das Innere des Rohres oder Rohrvorproduktes eingeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Walzwerk zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze sowie eine einen Lochstopfen tragende und von innen in das Rohr oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Zuführen und Einführen von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas zu der der wenigstens einen Walze zugewandten Seite des Rohres oder Rohrvorproduktes vorgesehen ist.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres oder Rohrvorproduktes aus einem Vollkörper mittels eines Walzwerks, umfassend mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze, insbesondere Schrägwalze, sowie eine einen Lochstopfen tragende und von innen in das Rohr oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Walzwerk zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
2. Stand der Technik
Die Herstellung von Hohlblöcken wie Rohren oder Rohrvorprodukten aus metallischen Vollkörpern erfolgt seit Jahrzehnten mittels des dem Fachmann hinlänglich bekannten Lochdornprozesses, bei dem ein Lochstopfen von einer Dornstange getragen wird und in einem Warmumformprozess einen metallischen Vollkörper kontinuierlich zu einem Hohlblock umformt. Das Werkstück wird bei diesem Umformprozess üblicherweise zwischen zwei von außen angreifenden Schrägwalzen gehalten, über die eine Drehbewegung auf das Werkstück aufgebracht wird. Die Wanddicke des Hohlkörpers wird dabei üblicherweise vom Abstand zwischen dem Lochstopfen und der oder den Außenwalzen bestimmt.
Bei diesem Warmumformprozess entsteht aufgrund der sich bei der Umformung bildenden Oberflächen und des Kontakts mit der Luftatmosphäre Walzzunder, der sowohl den Umformprozess selbst stören als auch die Oberflächenqualität des Rohres oder Rohrvorprodukts verringern kann.
Daher wird einerseits versucht, die Menge an gebildetem Zunder auf ein Minimum zu begrenzen, und andererseits den dennoch gebildeten Walzzunder vor den nächsten Fertigungsprozessstufen wieder zu entfernen. Ein Ansatz zur Entfernung des Walzzunders ist beispielsweise die Anwendung fluidierter Deoxidationsmittel und das Einblasen von Inertgasen zumindest zum Schutz der Hohlblockinnenoberflächen des hergestellten Rohres oder Rohrvorprodukts. Derartige Verfahren sind beispielsweise in der DE 1427828 , der DE 3405771 , der CH 655516 sowie der WO 2011/083101 beschrieben.
Das Einblasen des Deoxidationsmittels erfolgt dabei in einer besonderen Deoxidationsstation nach dem Lochwalzvorgang durch Ankopplung einer Einblasvorrichtung auf der einen Seite und gegebenenfalls einer Absaugvorrichtung auf der anderen Seite des Hohlblocks. Eine Alternative hierzu wird in der WO 2011/154133 und der DE 1427828 angeregt, bei denen bei oder unmittelbar nach dem Lochen Inertgas oder Deoxidationsmittel durch Bohrungen in der Trägerstange des Lochstopfens oder durch Bohrungen im Lochstopfen selbst in den Hohlblock eingeblasen werden.
Auch wenn dieser Verfahrensweg bislang noch nicht hinlänglich erprobt wurde, ist jedoch eine Vielzahl von Problemen sowohl anlagenseitig als auch bei der Prozessführung zu erwarten.
Das Einblasen des Deoxidationsmittels in einer eigenen Deoxidationsstation benötigt große Mengen an Inertgas, um zuerst den zwischenzeitlich gebildeten losen Innenzunder auszublasen und dann die eingedrungene Umgebungsluft aus dem Hohlblock zu drücken sowie danach Überschussmengen an Deoxidationsmittel auszudrücken, da diese sich bevorzugt auf der ersten Hälfte des Hohlblocks absetzen. Es besteht somit das Problem, dass eine unnötig große Menge an Deoxidationsmittel verwendet werden muss, um die gesamte Hohlblocklänge zu erreichen. Überschüssiges Deoxidationsmittel wird teils in der Walzwerksanlage ausgeworfen, teils verbrennt es unter heftiger Flammenentwicklung.
Diejenigen Verfahren, bei denen während oder kurz nach Ende der Lochung der Deoxidationsmittel durch die Trägerstange eingeblasen werden sollen, erfordern eine aufwendige Konstruktion des Widerlagers beim Schrägwalzen, der Trägerstange des Lochstopfens oder des Lochstopfens selbst. Weiterhin besteht die Gefahr der Verstopfung der Zuführungsleitung und der Auslasskanäle durch die zum Verklumpen neigenden, in der Regel starkhygroskopischen, Deoxidationsmittel, insbesondere auch aufgrund des Umstands, dass die Lochstopfen und die Trägerstangen von außen und/oder innen wassergekühlt werden.
3. Aufgabe der Erfindung
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer die Verbesserung der Einftragung und der Gleichmäßigkeit der Auftragung des Deoxidationsmittels auf der Innenrohrfläche erreichbar sind. Darüber hinaus bestand die Aufgabe der Erfindung darin, die Verwendung der Menge an Deoxidationsmittel auf das erforderliche Minimum zu beschränken.
Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mittels eines Verfahrens, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, sowie mittels eines Walzwerks, umfassend die Merkmale des Anspruchs 9, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
4. Zusammenfassung der Erfindung
Im erfindungsgemäßen Sinne wird unmittelbar nach dem vollständigen Lochen des Vollkörpers mittels des Lochstopfens ein fluidiertes Deoxidationsmittel und/oder ein Inertgas zu der der Walze zugewandten Seite des Rohres oder Rohrvorproduktes zugeführt und beim Zurückziehen des Lochdorns durch das Rohr oder Rohrvorprodukt in das Innere des Rohres oder Rohrvorprodukts eingeführt. Dies bedeutet, dass sobald der Lochstopfen durch den Vollkörper vollständig hindurchgetreten ist und eine Öffnung des Hohlblocks, Rohres oder Rohrvorprodukts durchgehend erhalten ist, zeitnah, insbesondere in einem Zeitraum von 10 Sekunden nach dem Durchstoßen des Vollkörpers, vorzugsweise innerhalb von 5 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von einer Sekunde nach dem vollständigen Lochen des Vollkörpers, Inertgas, Deoxidationsmittel oder eine Mischung hiervon zu der der wenigstens einen Walze, insbesondere Schrägwalze, zugewandten Seite des Rohres oder Rohrvorprodukts zugeführt wird und dann insbesondere durch Einwirkung des beim Zurückziehen des Lochdorns durch das Rohr oder Rohrvorprodukt erzeugten Unterdrucks in das Innere des Rohres oder Rohrvorprodukts eingebracht wird.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird somit der durch das Zurückziehen des Lochdorns im Hohlblock sich bildende Unterdruck zum Einsaugen von Inertgas und/oder eines durch Trägergas fluidierten Deoxidationsmittels verwendet. Dabei wird das Deoxidationsmittel und gegebenenfalls auch das Inertgas durch das freie, beidseitig angeordnete Ende des Hohlblocks eingefördert.
Hierdurch wird nicht nur ermöglicht, dass der Kontakt der sich neu gebildeten Rohrinnenoberfläche mit dem Luftsauerstoff auf das notwendige Minimum begrenzt, die Zufuhr von Deoxidationsmittel und/oder Inertgas unter Einwirkung des beim Zurückziehen des Lochdorns erzeugten Unterdrucks erzielt auch eine geringere Verbrauchsmenge von Deoxidationsmittel und/oder Inertgas aufgrund einer sofortigen Bedeckung der Hohlblockinnenoberfläche nach dem Lochen und eine Verwirbelung des Deoxidationsmittels und/oder Inertgases sowie eine Verteilung im Hohlblock ohne die sonst üblicherweise erforderlichen Überschussmengen an Trägergas, Inertgas und/oder Deoxidationsmittel.
Vorrichtungsseitig wird hierfür im erfindungsgemäßen Sinne eine Vorrichtung zum Zuführen und Einführen von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas zu der der wenigstens einen der Walze zugewandten Seite des Rohres oder Rohrvorprodukts vorgesehen. Die mit der Vorrichtung erzielbaren Effekte sind dieselben wie die oben bereits in Bezug auf das Verfahren beschriebenen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas bereits vor dem Zurückziehen des Lochdorns, so dass sichergestellt ist, dass durch das Zurückziehen des Lochdorns keine Umgebungsluft, sondern ausschließlich Inertgas, Deoxidationsmittel oder eine Mischung hieraus mittels Unterdruck in das Hohlblockinnere eingeführt wird.
Besonders bevorzugt wird, wenn eine Prozesssteuerung das Zurückziehen des Lochdorns und das Zuführen von fluidisiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas gleichzeitig startet, um hierdurch den Verbrauch an Inertgas und/oder Deoxidationsmittel auf das erforderliche Minimum zu beschränken.
Ebenfalls wird bevorzugt, wenn das Einströmen von Luft in das Innere des Rohres oder Rohrvorprodukts zumindest bis zum Beginn der Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas zumindest weitestgehend unterbunden wird. Dies kann beispielsweise durch Einführen von Inertgas durch die der Walze, insbesondere Schrägwalze, abgewandte Seite des Werkstücks bereits während des noch nicht abgeschlossenen Lochdornprozesses erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas unter einem Überdruck von nicht mehr als einem bar, vorzugsweise nicht mehr als 0,25 bar. Hierdurch wird lediglich die Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas vorteilhaft unterstützt, das Einführen und die Verteilung von Deoxidationsmittel und/oder Inertgas innerhalb des Hohlblocks wird jedoch weitestgehend von dem durch den Lochstopfen erzeugten Unterdruck bewirkt.
Da der Lochstopfen in der Regel nur etwas kleiner als der Innendurchmesser des Hohlblocks ist, bildet sich beim Zurückziehen des Stopfens ein Unterdruck auf der dem Widerlager abgewandten Seite des Lochstopfens, somit der der Walze zugewandten Seite des Lochstopfens. Durch diesen Unterdruck wird die Sogwirkung ausgenutzt, um Inertgas und/oder fluidiertes Deoxidationsmittel in den Hohlblock selbst einzuziehen. Weil hierbei die eingeblasenen Medien nicht zuerst den Widerstand einer im Hohlblock vorliegenden Luftmasse überwinden müssen und durch die Sogwirkung des Lochstopfens eine starke Verwirbelung erzeugt wird, sind weniger Inertgas und/oder Deoxidationsmittel sowie eine gleichmäßigere Verteilung des Letzteren im Hohlblock zu erwarten. Da außerdem das Einführen von Inertgas und/oder Deoxidationsmittel bei stetiger Vergrößerung des innerhalb des Hohlblocks zur Verfügung stehenden Raumes erfolgt, kommt es auch nicht zu dem in der Praxis gelegentlich beobachteten Zurückschlagen des Medienstroms durch die schlagartige Ausdehnung der gasförmigen Medien im Kontakt mit dem heißen Hohlblockinneren.
Es wird bevorzugt, wenn dem Deoxidationsmittel ein Trägergas beigemischt ist. Hierdurch wird die Zufuhr und das Verteilen des Deoxidationsmittels zu dem Werkstück und innerhalb des Hohlblocks besonders vorteilhaft unterstützt. Insbesondere kann durch das Trägergas die Fluidierung des Deoxidationsmittels durch Vermischung mit einem gasförmigen Medium erreicht werden.
Es wird zudem bevorzugt, wenn das Deoxidationsmittel pneumatisch zugeführt wird. Hierdurch wird ein besonders einfaches und beherrschbares Verfahren angewendet, bei dem die Zufuhr von Deoxidationsmittel mit besonders leicht und genau einstellbaren Drücken und zuverlässig zu dem Werkstück gewährleistet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird wie eingangs bereits beschrieben ein Walzwerk zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung offenbart. Das Walzwerk umfasst mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze, insbesondere Schrägwalze, sowie eine einen Lochstopfen tragende und von innen in das Rohr oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange. Eine Vorrichtung zum Zuführen und Einführen von fluidisiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas ist vorgesehen, welche bevorzugt ein Mittel zum zumindest einseitigem Abdichten des Rohres oder Rohrvorprodukts gegenüber der Umgebungsatmosphäre umfasst. Ein derartiges Mittel kann beispielsweise in der Form eines Deckels, der die vom Lochstopfen erzeugte durchgehende Öffnung vollständig abdeckt, erhalten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein Speicher für ein Inertgas sowie ein Speicher für ein Deoxidationsmittel sowie Ventile zum Steuern der Zufuhr aus den jeweiligen Speichern zu dem Rohr oder Rohrvorprodukt vorgesehen.
Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn eine Prozesssteuereinheit zur Steuerung der Zufuhr von Deoxidationsmittel und/oder Inertgas sowie zur Steuerung des Lochstopfens vorgesehen ist. Durch diese Prozesssteuereinheit kann die Zufuhr von Inertgas und/oder Deoxidationsmittel auf die Bewegung des Lochstopfens abgestimmt werden, wodurch eine sichere Prozessführung mit optimierter Mengenzufuhr von Inertgas und/oder Deoxidationsmittel abhängig von den Prozessgegebenheit erreichbar ist.
5. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf drei Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
1 eine schematische Ansicht des Verfahrens zum Herstellen eines Rohres oder Rohrvorprodukts aus einem Vollkörper mit einem Walzwerk gemäß dem Stand der Technik,
2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Walzwerks vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 eine schematische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Walzwerk bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6. Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische Ansicht auf ein Walzwerk 1 zum Lochdornen eines Werkstücks 2 mittels einer einen Lochstopfen 3 tragenden Dornstange 4. Unter Einwirkung von zwei außen anliegenden Schrägwalzen 5a, 5b wird das Werkstück 2 gedreht und gleichzeitig in Richtung des Pfeils 6 befördert, um so kontinuierlich aus einem metallischen Vollblock ein Rohr 2 oder Rohrvorprodukt mit einer durch den Lochstopfen 3 neu erzeugten Innenoberfläche 7 auszubilden.
2 zeigt eine schematische Ansicht auf ein Walzwerk 1 gemäß der Erfindung, bei dem eine Vorrichtung 8 zur Zufuhr von Deoxidationsmittel und Inertgas auf das den Walzen 5a, 5b zugewandte Ende des Rohres 2 vorgesehen ist. Der Lochstopfen 3 ist soeben durch den Körper 2 vollständig hindurch gestoßen und die Zufuhr der Vorrichtung 8 erfolgt entlang der durch den Pfeil 9 angedeuteten Richtung. Die Vorrichtung 8 umfasst einen Deckel 10 zum Abdecken des der Walze zugewandten Seite des Rohres 2 sowie Ventile 11, 12 zur Steuerung der Zufuhr von Deoxidationsmittel und Inertgas durch die Vorrichtung 8 hindurch in das Rohr 2 hinein.
3 schließlich zeigt einen Zustand, bei dem das Walzwerk 1 das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Während der Lochstopfen 3 zusammen mit der Dornstange 4 aus dem Rohr 2 entlang der Richtung des Pfeils 13 herausgezogen wird, wird Deoxidationsmittel und Stickstoff als Inertgas aus den Speichern 14, 15 über die Vorrichtung 8 in das Rohr 2 zugeführt und hier unter Einwirkung des Unterdrucks innerhalb des von der Dornstange 4 freigegebenen Raums in das Innere des Rohrs 2 und auf dessen Rohrinnenwand 7 hin gefördert und verwirbelt. Die Vorrichtung 8 umfasst zudem ein Ventil 16 über das die Zufuhr von Stickstoff aus dem Speicher 15 in den Speicher 14 für Deoxidationspulver gesteuert werden kann, um so das Deoxidationspulver durch den Stickstoff aus dem Speicher 15 in den fluidierten Zustand zu überführen. In dieser bevorzugten Ausführungsform dient der Stickstoff aus dem Speicher 15 somit auch als Trägergas für das Deoxidationspulver aus dem Speicher 14.
Bezugszeichenliste

1: Walzwerk
2: Rohr
3: Lochstopfen
4: Dornstange
5a: Walze
5b: Walze
6: Pfeil
7: Rohrinnenwand
8: Vorrichtung
9: Pfeil
10: Deckel
11: Ventil
12: Ventil
13: Pfeil
14: Speicher
15: Speicher
16: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1427828 [0004, 0005]
DE 3405771 [0004]
CH 655516 [0004]
WO 2011/083101 [0004]
WO 2011/154133 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rohres (2) oder Rohrvorproduktes aus einem Vollkörper mittels eines Walzwerks (1), umfassend mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze (5) sowie eine einen Lochstopfen (3) tragende und von innen in das Rohr (2) oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange (4), dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem vollständigen Lochen des Vollkörpers mittels des Lochstopfens (3) ein fluidiertes Deoxidationsmittel und/oder ein Inertgas zu der der Walze (5) zugewandten Seite des Rohres (2) oder Rohrvorproduktes zugeführt wird und beim Zurückziehen des Lochdorns (3) durch das Rohr (2) oder Rohrvorprodukt in das Innere des Rohres (2) oder Rohrvorproduktes eingeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von fluidisiertem Deoxidationsmittel und/oder ein Inertgas vor dem Zurückziehen des Lochdorns (3) beginnt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder ein Inertgas innerhalb von 10 Sekunden, vorzugsweise innerhalb von 5 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von 1 Sekunde, nach dem vollständigen Lochen des Vollkörpers erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozesssteuerung das Zurückziehen des Lochdorns (3) und das Zuführen von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas gleichzeitig startet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einströmen von Luft in das Innere des Rohres (2) oder Rohrvorproduktes zumindest bis zum Beginn der Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas zumindest weitestgehend unterbunden wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas unter einem Überdruck von nicht mehr als 1 bar, vorzugsweise nicht mehr als 0,25 bar, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Deoxidationsmittel ein Trägergas beigemischt ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deoxidationsmittel pneumatisch zugeführt wird.
Walzwerk (1) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine von außen an den Vollkörper oder das Rohrvorprodukt angreifende Walze (5) sowie eine einen Lochstopfen (3) tragende und von innen in das Rohr (2) oder Rohrvorprodukt eingreifende Dornstange (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (8) zum Zuführen und Einführen von fluidiertem Deoxidationsmittel und/oder Inertgas zu der der wenigstens einen Walze (5) zugewandten Seite des Rohres (2) oder Rohrvorproduktes vorgesehen ist.
Walzwerk (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) ein Mittel (10) zum zumindest einseitigen Abdichten des Rohres (2) oder Rohrvorproduktes gegenüber der Umgebungsatmosphäre umfasst.
Walzwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (15) für ein Inertgas sowie ein Speicher (14) für ein Deoxidationsmittel sowie Ventile (11, 12) zum Steuern der Zufuhr aus den jeweiligen Speichern (14, 15) zu dem Rohr (2) oder Rohrvorprodukt vorgesehen sind.
Walzwerk (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozesssteuereinheit zur Steuerung der Zufuhr von Deoxidationsmittel und/oder Inertgas sowie zur Steuerung des Lochstopfens (3) vorgesehen ist.