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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen und insbesondere beim Leichtmetalldruckgießen.
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Salzkerne für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Für das Herstellen solcher Salzkerne gibt es im Stand der Technik verschiedene Verfahrensweisen. Bei einer Verfahrensweise wird der Salzwerkstoff zu einem Grünling geformt, der anschließend unter Wärmezufuhr verfestigt wird, wobei das Verfestigen durch ein Bindemittel und/oder durch einen Sintereffekt erfolgt. Diesbezüglich wird z. B. auf die
DE 103 59 547 B3 hingewiesen. Bei einer anderen Verfahrensweise wird der Salzkern aus einer Salzschmelze urgeformt. Diesbezüglich wird z. B. auf die
DE 10 2009 015 984 A1 hingewiesen.
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Die
DE 10 2010 029 077 A1 beschreibt Kerne aus Salz mit gezielter Oberflächenbeschaffenheit. Die Herstellung der Kerne kann bspw. mittels Pressen (Trockenpressen), Kernschießen oder Gießen erfolgen. Die nächstliegende
DE 100 84 785 T1 beschreibt das Herstellen eines Kerns aus wasserlöslichem Salz durch Schmelzen und Abgießen der Salzschmelze in eine Kernform. Einleitend ist auch das so genannte Nasspressen eines pulverförmigen Salzes in einem Presswerkzeug erwähnt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand beim Herstellen von Salzkernen durch Nasspressen zu reduzieren und Fehler zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines mehrteiligen Presswerkzeugs, das wenigstens eine Kavität mit einer Negativkontur des herzustellenden Salzkerns aufweist;
- – Einlegen (wenigstens) einer Salz enthaltenden Packung in die Kavität des geöffneten Presswerkzeugs, wobei diese Packung eine Umhüllung mit einer darin abgepackten und exakt abgemessenen Menge an feuchtem Salz umfasst;
- – Schließen des Presswerkzeugs und Ausführen eines Pressvorgangs, wobei das in der Packung enthaltene Salz unter Zerstörung der Umhüllung formfolgend und formfüllend in die Kavität gepresst, darin verdichtet und die enthaltene Feuchtigkeit oder Flüssigkeit durch Überschreiten eines kritischen Drucks ausgetrieben wird; und
- – Öffnen des Presswerkzeugs und Entnehmen des Salzkerns.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Salz enthaltende Packung in die Kavität eingelegt wird, wobei diese Packung insbesondere an einem definierten Ort in der Kavität abgelegt oder darin eingelegt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Salz enthaltende Packungen in einer Kavität abgelegt werden, die bezüglich der enthaltenen Menge an Salz gleich groß oder unterschiedlich groß ausgebildet sein können. Das Einlegen oder Ablegen erfolgt vorzugsweise manuell, wobei auch ein maschinelles und insbesondere automatisiertes Einlegen vorgesehen sein kann.
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Bevorzugter Weise wird der Salzkern mit Endgeometrie hergestellt, so dass nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug keine weitere formgebende Bearbeitung mehr erforderlich ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Salzkern nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug im Wesentlichen verwendungsfertig bzw. einsatzfertig ist. Das Presswerkzeug kann mehrere Kavitäten aufweisen, so dass zeitgleich mehrere Salzkerne hergestellt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht unter anderem vor, dass das zur Herstellung des Salzkerns benötigte Salz mit einer das Salz enthaltenden Packung, die in einem vorgelagerten Prozess, bspw. auch bei einem Zulieferer, hergestellt wurde, in die Kavität eingebracht wird. Was im Rahmen der Erfindung unter einer Packung verstanden und wie eine solche Packung ausgestaltet bzw. ausgebildet sein kann, wird untenstehend noch näher erläutert.
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Die in die Kavität des Presswerkzeugs eingelegte Packung enthält eine exakt abgemessene bzw. definierte Menge, bzw. definierte Materialmenge oder auch definierte Masse, an Salz, die zur Herstellung des Salzkerns erforderlich ist. Gegebenenfalls kann die erforderliche Menge auf mehrere Packungen verteilt sein. In vorteilhafter Weise können somit unhandliche und/oder schwer zu regulierende Dosierprozesse, die im Stand der Technik zumeist vor Ort, d. h. direkt am Presswerkzeug vorgenommen werden, entfallen. Durch die in der Packung exakt abgepackte Menge an Salz wird auch eine zuverlässige und reproduzierbare Formfüllung der Kavität gewährleistet, was erheblichen Einfluss auf die Maßhaltigkeit der hergestellten Salzkerne hat.
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Das Einlegen der Salz enthaltenden Packung in das Presswerkzeug erfolgt vorzugsweise bei Raumtemperatur. D. h. sowohl die wenigstens eine Packung als auch das Presswerkzeug weisen Raumtemperatur auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Pressvorgang, bei dem das in der Packung enthaltene Salz unter Zerstörung der Umhüllung formfolgend in die Kavität gepresst und verdichtet wird, ein Kaltpressen bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur ist. Somit handelt es sich insgesamt um einen „kalten” Verfahrensablauf bzw. Herstellungsprozess, wodurch gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten „heißen” Herstellungsprozessen mit Temperaturen deutlich oberhalb der Raumtemperatur erhebliche energetische Vorteile erzielt werden. Ferner wird der erforderliche Anlagenaufwand reduziert. So erübrigt sich z. B. eine teure Ofeneinrichtung oder dergleichen.
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Es ist vorgesehen, dass die Packung ein feuchtes Salz oder ein Salz-Flüssigkeit-Gemisch enthält. Ferner ist vorgesehen, dass beim Pressvorgang, bei dem das in der Packung enthaltene Salz unter Zerstörung der Umhüllung formfolgend in die Kavität gepresst und verdichtet wird, die enthaltene Feuchtigkeit oder Flüssigkeit durch Überschreiten eines kritischen Drucks ausgetrieben wird. Das Presswerkzeug kann mit geeigneten Entlüftungslöchern ausgestattet sein. Die mechanischen Eigenschaften des Salzkerns können ausschließlich durch Verarbeitung bei Raumtemperatur erreicht werden.
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Optional kann vorgesehen sein, dass der derart hergestellte Salzkern nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug an Luft, d. h. unter normalen klimatischen Umgebungsbedingungen, oder in einer Ofeneinrichtung, bspw. bei ca. 100°C oder oberhalb 100°C, getrocknet wird, um eine eventuell enthaltene Restfeuchte zu beseitigen. Dieses Trocknen kann direkt nach der Entnahme aus dem Presswerkzeug erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass ein solches Trocknen kurz vor und insbesondere direkt vor dem Druckgießen erfolgt. Ein solches Trocknen ist aufgrund des zu erzielenden Effekts und der Prozessparameter (Temperatur, Druck, Zeit etc.) nicht vergleichbar mit einer thermischen Behandlung bzw. Wärmebehandlung zum Aktivieren eines Bindemittels oder zum Sintern. Ungeachtet dessen kann der derart hergestellte Salzkern einem thermischen Sinterprozess zugeführt bzw. unterworfen werden. Ebenso ist denkbar, dass der Pressvorgang, bei dem das in der Packung enthaltene feuchte Salz oder Salz-Flüssigkeit-Gemisch unter Zerstörung der Umhüllung formfolgend in die Kavität gepresst und verdichtet wird, bereits bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird, was bspw. durch ein beheiztes Presswerkzeug bewerkstelligt werden kann.
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Eine Packung zur Herstellung eines Salzkerns mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, bzw. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, weist eine Umhüllung auf und eine darin abgepackte und exakt abgemessene bzw. dosierte Menge an Salz zur Herstellung des Salzkerns. Eine solche Packung kann auch als Gebinde, Verpackungseinheit, Prepack oder dergleichen bezeichnet werden. Zur Herstellung eines Salzkerns kann die Packung mit dem darin gebrauchsfertig abgepackten Salz als Ganzes in das Presswerkzeug eingelegt werden, was einfach gehandhabt werden kann. In vorteilhafter Weise bietet eine solche Verpackung, neben den bereits oben genannten Vorteilen, die Möglichkeit zum Transport und zur Lagerung über einen längeren Zeitraum, ohne dass das beinhaltete Salz dabei nachteilig seine Eigenschaften verändert, weil dieses durch die Umhüllung vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Somit sind gleichbleibende Verarbeitungseigenschaften gewährleistet.
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Das in der Packung beinhaltete Salz befindet sich insbesondere in einer losen Schüttung in der Umhüllung, was eine gute Formfüllung der Kavität beim Pressvorgang begünstigt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das von der Umhüllung umschlossene Salz, bspw. durch Vakuumierung, kompaktiert ist.
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Für die Umhüllung kommen alle geeignete Verpackungsformen und -materialien in Betracht, wobei gegebenenfalls individuelle Zielsetzungen zu berücksichtigen sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Umhüllung aus einem folienartigen Material gebildet ist, wobei es sich insbesondere um ein beschichtetes Papier, das bspw. eine Wachsbeschichtung aufweist, eine Kunststofffolie, eine Verbundfolie oder eine Metallfolie handelt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Umhüllung beim Pressvorgang innerhalb des Presswerkzeugs zerstört wird. Eine solche Zerstörung beim Pressvorgang ist aber nicht zwangsläufig erforderlich, wobei dies nicht erfindungsgemäß ist. Es ist durchaus denkbar, dass bei bestimmten Salzkernformen und Umhüllungsmaterialien keine Zerstörung während des Pressvorgangs eintritt, sondern dass die Umhüllung bspw. im nachfolgenden Gießprozess zerstört wird oder sich dauerhaft mit dem herzustellenden Druckgussbauteil verbindet und gewünschte Effekte herbeiführt. Wird für die Umhüllung z. B. eine Metallfolie verwendet, so kann diese zur dauerhaften Auskleidung des mit dem Salzkern im Druckgussbauteil erzeugten Hohlraums dienen.
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Bei dem in der Packung beinhalteten Salz kann es sich um ein reines Salz, d. h. Salz einer Sorte, oder um ein Salzgemisch handeln. Bevorzugt sind keine Zusatzstoffe, wie bspw. Sinterhilfsmittel, Bindemittel oder dergleichen, vorgesehen. Gleichwohl können derartige Zusatzstoffe zur Erzielung bestimmter Eigenschaften vorgesehen sein.
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Bei dem in der Packung beinhalteten Salz kann es sich um ein feuchtes Salz bzw. Salzgemisch oder ein Salz-Flüssigkeit-Gemisch, aus reinem Salz oder einem Salzgemisch mit reiner Flüssigkeit oder einem Flüssigkeitsgemisch, handeln, wobei sich ein feuchtes Salz im Wesentlichen nur durch die Menge an enthaltender Flüssigkeit und/oder der noch vorhandenen Rieselfähigkeit von einem Salz-Flüssigkeit-Gemisch, welches insbesondere pastöse Konsistenz aufweisen kann, unterscheidet. Je nach dem kann der von der Umhüllung umschlossene Inhalt durch die Umhüllung vor Feuchtigkeitsaufnahme oder Austrocknen geschützt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem in der Packung enthaltenem Salz um Natriumchlorid, insbesondere als trockenes Salz, oder eine Natriumchlorid-Wasser-Mischung, insbesondere in pastöser Form oder auch als rieselfähiges feuchtes Salz, handelt. Die mittlere Korngröße der Natriumchlorid-Körner kann bei normalverteilt angenommener Korngrößenverteilung im Bereich von kleiner/gleich 10 μm bis größer/gleich 5 mm liegen. Wahlweise kann es sich um eine bimodale oder multimodale Mischung handeln, deren Größenverhältnis von 1:2 (feines Pulver: grobes Pulver) bis 1:30 und deren Mischungsverhältnis von 10:1 (feines Pulver:grobes Pulver) bis 1:200 betragen kann. Der Wasseranteil kann zwischen 5% und 40% liegen.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Salz enthaltenden Packung umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines folienartigen Materials;
- – Abmessen bzw. Abwiegen einer definierten Menge an Salz (feuchtes Salz oder Salz-Flüssigkeit-Gemisch), die zur Herstellung eines bestimmten Salzkerns erforderlich ist;
- – gasdichtes und/oder feuchtedichtes Umhüllen bzw. Umschließen der abgemessenen Menge an Salz mit dem folienartigen Material, wobei das folienartige Material eine das Salz umhüllende bzw. umschließende Umhüllung bzw. Verpackung bildet.
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Das folienartige Material kann bspw. eben, schlauchartig, taschenartig bzw. tütenartig, kuvertartig oder dergleichen ausgebildet sein. Je nach dem wird die abgemessene bzw. abgewogene Menge an Salz von dem folienartigen Material umwickelt, umfaltet oder dergleichen oder eingefüllt. Anschließend wird die Umhüllung verschlossen bzw. versiegelt, was mit einem beliebigen Fügeprozess, vorzugsweise jedoch durch Versschweißen oder Verkleben erfolgt. Es können mehrere Zuschnitte des folienartigen Materials vorgesehen sein, die in der Gesamtheit eine Umhüllung bilden. Das Zuschneiden des folienartigen Materials kann vor oder nach dem Umschließen der Salzmenge erfolgen.
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Die Herstellung der Packung stellt quasi einen dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns vorgelagerten Prozess dar, der zeitlich und/oder räumlich getrennt ausgeführt werden kann, bspw. auch bei einem Zulieferer. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns kann somit um die vorausgehenden Verfahrensschritte zur Herstellung der das Salz enthaltenden Packung ergänzt werden, so dass das Gesamtverfahren, mit entsprechenden Weiterbildungen und Ausgestaltungen, zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- – Bereitstellen eines folienartigen Materials;
- – Abmessen bzw. Abwiegen einer definierten Menge an Salz, die zur Herstellung eines bestimmten Salzkerns erforderlich ist;
- – Umhüllen der abgemessenen Menge an Salz mit dem folienartigen Material;
- – Bereitstellen eines mehrteiligen Presswerkzeugs, das wenigstens eine Kavität mit einer Negativkontur des herzustellenden Salzkerns aufweist;
- – Einlegen der Salz enthaltenden Packung in die Kavität des geöffneten Presswerkzeugs;
- – Schließen des Presswerkzeugs und Ausführen eines Pressvorgangs, wobei das in der Packung enthaltene Salz, insbesondere unter Zerstörung der Umhüllung, formfolgend in die Kavität gepresst und darin verdichtet wird; und
- – Öffnen des Presswerkzeugs und Entnehmen des Salzkerns.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 veranschaulicht in einer schematischen Abfolge das erfindungsgemäße Herstellen eines Salzkerns.
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2 veranschaulicht in einer schematischen Abfolge das Herstellen einer Salz enthaltenden Packung zur weiteren Verwendung beim Herstellen eines Salzkerns gemäß 1.
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1a zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Presswerkzeug 100, das ein Werkzeugunterteil 110A mit einer Kavität 111 und ein Werkzeugoberteil 110B mit einer korrespondierend zur Kavität 111 ausgebildeten Gegenkontur 115 umfasst. Mit dem Presswerkzeug 100 kann der in 1b in einer Seitenansicht dargestellte komplex geformte Salzkern 200, der für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen und insbesondere beim Leichtmetalldruckgießen vorgesehen ist, erzeugt werden.
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Zur Herstellung des Salzkerns 200 wird eine Salz enthaltende Packung 300 in das geöffnete Presswerkzeug 100 eingelegt, wobei die Packung 300 aus einer Umhüllung 310 mit einer darin abgepackten und exakt abgemessenen Menge an Salz 320, die zur Herstellung des Salzkerns 200 benötigt wird, besteht. Anschließend wird das Presswerkzeug 100 geschlossen und es wird ein Pressvorgang durchgeführt, wobei die beiden Werkzeugteile 110A und 110B mit hoher Kraft zusammengepresst werden, was mit dem Pfeil F veranschaulicht ist. Hierbei wird das in der Packung 300 enthaltene Salz 320 unter Zerstörung der Umhüllung 310 von der Gegenkontur 115 formfolgend in die Kavität 111 gepresst und verdichtet. Eine Schließvorrichtung, Presse oder dergleichen zum Erzeugen der Presskraft F für den Pressvorgang ist nicht dargestellt.
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Nach dem Pressvorgang und nach Öffnen des Presswerkzeugs 110 kann der komplex geformte Salzkern 200 aus dem Presswerkzeug 100 entnommen werden. Das Entnehmen kann durch im Werkzeugunterteil 110A verbaute Auswerfer 110A vereinfacht werden. Der Salzkern 200 weist Endgeometrie auf. Gegebenenfalls wird der Salzkern 200 nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug 100 oder vor dem Einbringen in ein Druckgießwerkzeug noch einem Trocknungsprozess zur Beseitigung von enthaltener Restfeuchte oder einem Sinterprozess unterzogen. Der Salzkern 200 kann nun in an und für sich bekannter Weise in einem Druckgießwerkzeug angeordnet werden, um in einem herzustellenden metallischen Druckgussbauteil Hohlräume auszubilden. Als Gusswerkstoffe kommen insbesondere Leichtmetalle wie bspw. Aluminium, Magnesium, Zink und dergleichen in Betracht.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Salzkern 200 weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf, womit insbesondere eine hohe Kernfestigkeit, auch bei den hohen Gießtemperaturen, und/oder Kerndichte gemeint ist. Die guten bis sehr guten mechanischen Eigenschaften des Salzkerns 200 können nur durch Verarbeitung des bereitgestellten Salzes 320 bei Raumtemperatur erreicht werden, so dass das erläuterte Verfahren in diesem Fall auch als kaltes Verfahren bzw. als kalter Herstellungsprozess bezeichnet werden kann.
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Im Zusammenhang mit 2 wird nachfolgend die Herstellung der Salz enthaltenden Packung 300 erläutert. 2a zeigt einen Zuschnitt 310' eines folienartigen Materials, wobei es sich insbesondere um eine Kunststofffolie mit einer geeigneten Dicke bzw. Stärke handelt. Auf dem folienartigen Material 310' ist eine zuvor mehr oder weniger exakt abgemessene bzw. abgewogene Menge an Salz 320, wobei es sich um trockenes Salz, feuchtes Salz oder ein Salz-Flüssigkeit-Gemisch handeln kann, mit Körnern unterschiedlicher Korngröße abgelegt, das pulverförmige oder pastöse Konsistenz aufweisen kann. Die Menge an Salz 320 ist so bemessen, dass daraus ohne weiteres Zutun oder Wegnehmen der Salzkern 200 in der zuvor anhand der 1 beschriebenen Weise hergestellt werden kann. Das Salz 320 wird nun vollständig mit dem folienartigen Material 310' umhüllt, wobei das folienartige Material 310' eine gas- und feuchtedichte Umhüllung 310 um das Salz 320 herum bildet. Dies zeigt 2b. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich das in der Umhüllung 310 aufgenommene Salz 320 im Zustand einer losen Schüttung befindet.
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Der vorausgehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrensabläufe können anders ausgestaltet werden, wozu insbesondere auch auf die obenstehenden Erläuterungen hinsichtlich bevorzugter Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung verwiesen wird. Sämtliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen, Abwandlungen und Alternativmöglichkeiten, die im Rahmen des fachmännischen Wissens und Könnens liegen, sollen in der beanspruchten Erfindung mit umfasst sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass alle erläuterten Verfahrensschritte grundsätzlich automatisierbar sind.
