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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dehnspannfutter.
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Hydraulische Dehnspannfutter haben üblicherweise einen Basiskörper, eine Dehnbuchse, die im Basiskörper aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und eine Druckkammer, welche zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper begrenzt ist, wobei mindestens eine Lötregion vorgesehen ist, in welcher die Dehnbuchse an den Basiskörper gelötet ist.
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Ein Schaft eines einzuspannenden Werkzeugs kann in den Aufnahmeraum solch eines Dehnspannfutters eingeführt werden. Die Druckkammer wird dann unter Druck gesetzt, wobei die Dehnbuchse gegen den Schaft des Werkzeugs belastet wird. Der Schaft des Werkzeugs wird dann reibschlüssig im Aufnahmeraum gehalten.
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Wenn das Werkzeug, das im Dehnspannfutter aufgenommen ist, zur Rohbearbeitung verwendet wird, müssen hohe Drehmomente zwischen dem Dehnspannfutter und dem Werkzeug übertragen werden. Damit hohe Drehmomente zuverlässig übertragen werden können, wird die Druckkammer mit hohem Druck beaufschlagt. Dies führt zu hoher Beanspruchung der Lötregion, durch welche die Dehnbuchse fest mit dem Basiskörper verbunden ist.
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Aus der
WO 01/ 60 556 A1 ist ein Dehnspannfutter mit einem Grundkörper und einer Dehnbuchse bekannt, wobei die Dehnbuchse in den Grundkörper eingelötet ist.
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Aus der
US 2011 / 0 140 328 A1 ist ein Dehnspannfutter mit einer Dehnbuchse bekannt, die mittels Elastomerdichtungen gegenüber einem sie aufnehmenden Grundkörper abgedichtet ist. In diesem Dokument ist auch erwähnt, dass die Dehnbuchse und der Grundkörper miteinander verschweißt werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dehnspannfutter bereitzustellen, das sich durch eine hohe Lastaufnahmefähigkeit auszeichnet und der eine Lötregion mit hoher Dauerfestigkeit aufweist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um diese Aufgabe zu erreichen, stellt die Erfindung ein Dehnspannfutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Die Dichtung gewährleistet, dass der Druck, welcher in der Druckkammer zum Einspannen des Werkzeugs erzeugt wird, nicht direkt an der Lötregion vorhanden ist. Dies verhindert, dass der Druck versucht, die zwei aneinander gelöteten Flächen auseinanderzudrücken. Solch eine Last würde senkrecht auf die Ebene wirken, in welcher sich das Lötmaterial befindet, und sie würde folglich in einer Richtung wirken, in welcher die Lastaufnahmefähigkeit der Lötregion verhältnismäßig gering ist. Insbesondere im Falle einer großen Anzahl von Laständerungen, die beispielsweise aus Vibrationen während des Fräsens resultieren und die zu Druckschwankungen in der Druckkammer führen, besteht die Gefahr, dass die Lötverbindung im Laufe der Zeit beschädigt wird. Dank der Dichtung gemäß der Erfindung wird solch eine Last auf die Lötregion verhindert, was daher zu einer deutlichen Zunahme der Betriebslebensdauer und der Lastaufnahmefähigkeit der Lötverbindung zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper führt. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit von elastomeren Dichtungen oder anderen zusätzlichen Komponenten, die verschleißanfällig sind; die Dichtung gemäß der Erfindung kann einzig und allein durch die geeignete Wechselwirkung von Flächen des Basiskörpers und der Dehnbuchse gebildet werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Lagerregion weist hierbei eine doppelte Funktion auf: einerseits bildet sie die Dichtung, welche verhindert, dass die hinter dem Lagerabschnitt liegende Lötregion dem Hydraulikfluid direkt ausgesetzt wird. Andererseits gewährleistet der Lagerabschnitt, dass ein genau definierter Spalt zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper in der Lötregion gebildet wird. Aufgrund seiner Ausrichtung in einer Ebene, die senkrecht zur Mittelachse des Aufnahmeraums ist, dient der Lagerabschnitt als ein axial aktiver Anschlag für die Dehnbuchse, durch welchen Anschlag die korrekte Position der Dehnbuchse innerhalb des Behältnisses im Basiskörper gewährleistet werden kann.
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Gemäß einer Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung durch eine Presspassung zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper ausgebildet ist. Solch eine Presspassung kann mit geringem Aufwand erreicht werden. Sie gewährleistet dauerhafte Vorspannung zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper, so dass die Lötregion nicht mehr dem Hydraulikfluid ausgesetzt wird, durch welches die Druckkammer unter Druck gesetzt wird. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verwendung einer Presspassung ergibt, liegt darin, dass die Position der Dehnbuchse in Bezug auf den Basiskörper selbst im nichtgelöteten Zustand genau aufrechterhalten wird, sobald diese Position während der Montage der Dehnbuchse korrekt festgelegt wurde. Die Dehnbuchse wird daher während des Lötens in ihrer Position in Bezug auf den Basiskörper gehalten, ohne dass separate Befestigung zu diesem Zweck notwendig ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Presspassung durch einen Pressabschnitt ausgebildet ist, dessen Durchmesser sich vom Durchmesser der angrenzenden Lötregion unterscheidet. Dies gewährleistet, dass die für die Presspassung notwendigen Spannungen auf die Pressregion konzentriert werden und nicht auf die angrenzende Lötregion übergreifen. Außerdem kann dank des unterschiedlichen Durchmessers der Spalt, welcher in der Lötregion zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper vorhanden ist und zu einer optimalen Lötverbindung führt, mit hoher Genauigkeit festgelegt werden.
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Vorzugsweise ist in diesem Fall vorgesehen, dass der Pressabschnitt durch einen Abschnitt der Dehnbuchse ausgebildet ist, dessen Durchmesser verdickt ist und auf dessen einer Seite die Lötregion liegt und auf dessen anderer Seite die Druckkammer liegt. Diese Konfiguration hat Vorteile im Hinblick auf die Produktion, da das Behältnis, welches sich innerhalb des Basiskörpers befindet und in welches die Dehnbuchse eingefügt wird, mit einem konstanten Durchmesser in der Region der Presspassung und in der Lötregion hergestellt werden kann, während der verdickte Abschnitt der Dehnbuchse mit geringem Aufwand durch Drechselbankdrehen gefertigt werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lagerabschnitt auf der Dehnbuchse ausgebildet ist. Auch dies ist im Hinblick auf die Gesamtproduktionskosten vorteilhaft, da die verschiedenen Flächen der Dehnbuchse, welche maschinell zu bearbeiten sind, leichter zugänglich sind als die Flächen im Basiskörper des Dehnspannfutters, welche innerhalb des Behältnisses für die Dehnbuchse liegen.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung durch den Lagerabschnitt ausgebildet ist, welcher auf dem Basiskörper angeordnet ist und welcher in eine Rille eingreift, die auf der Dehnbuchse vorgesehen ist, so dass der Lagerabschnitt in der axialen Richtung in Bezug auf die Lötregion versetzt ist. Bei dieser Verbesserung wirkt der Lagerabschnitt ähnlich wie eine Labyrinthdichtung, und in diesem Fall kann die Abdichtwirkung insofern verbessert werden, als der Lagerabschnitt mit einem gewissen Druck in die Rille im Basiskörper eingreift.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Dehnbuchse an ihrem innerhalb des Basiskörpers liegenden Ende einen Pressabschnitt und an ihrem außen liegenden Ende einen Lagerabschnitt aufweist. Bei dieser Verbesserung kann die Dehnbuchse in das Behältnis des Basiskörpers gestoßen werden, wobei das Behältnis vorher mit Lötringen ausgestattet wurde. Der Lagerabschnitt dient in diesem Fall zum Positionieren der Dehnbuchse in der axialen Richtung, während der Pressabschnitt gewährleistet, dass sich die Dehnbuchse während des Lötens nicht aus der während der Montagevorbereitung festgelegten Position bewegt.
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Gemäß einer Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dehnbuchse mit einem Gewinde versehen ist, durch welches die Dehnbuchse in den Basiskörper geschraubt wird, und wobei sich die Lötregion in das Gewinde erstreckt. Das Gewinde bildet eine zusätzliche mechanische Verbindung zwischen der Dehnbuchse und dem Basiskörper, was daher zu einer höheren radiale Starrheit des Dehnspannfutters führt. Insbesondere in Kombination mit einer Presspassung innerhalb des Basiskörpers zwischen Letzterem und der Dehnbuchse wird das Einspannen eines Werkzeugs im Dehnspannfutter insgesamt besonders starr.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei:
- 1a ein Dehnspannfutter in einer Seitenansicht darstellt;
- 1b das Dehnspannfutter in einer Vorderansicht darstellt;
- 1c das Dehnspannfutter in einer Schnittansicht darstellt;
- 2 einen Schnitt durch den mit der Dehnbuchse versehenen Teil eines Dehnspannfutters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 3 einen Schnitt durch den mit der Dehnbuchse versehenen Teil eines Dehnspannfutters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
- 4 einen Schnitt durch den mit der Dehnbuchse versehenen Teil eines Dehnspannfutters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1a bis 1c stellen ein Dehnspannfutter 10 dar, welches eine maschinenwerkzeugseitiges Ende 12 und ein werkzeugbehältnisseitiges Ende 14 aufweist. Das Dehnspannfutter 10 hat einen Basiskörper 16, der aus Metall besteht, und eine Dehnbuchse 18, die ebenfalls aus Metall besteht. Innerhalb der Dehnbuchse 18 ist ein Aufnahmeraum 20 ausgebildet, welcher auf der werkzeugbehältnisseitigen Endfläche des Dehnspannfutters hervorgeht. Zwischen der Außenfläche der Dehnbuchse 18 und der Innenfläche eines Behältnisses 22 im Basiskörpers 16, in welches Behältnis die Dehnbuchse 18 eingefügt ist, ist eine Druckkammer 24 ausgebildet. Diese kann über Leitungen, nicht dargestellt, mit einem Hydraulikfluid versorgt werden, so dass sich ein hoher Druck in der Druckkammer 24 aufbaut. Als Folge dieses Drucks wird die Dehnbuchse 18 teilweise elastisch nach innen belastet, so dass ein im Aufnahmeraum 20 angeordnetes Werkzeug fest eingespannt werden kann.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Dehnbuchse 18 ist an ihrem inneren Ende, das heißt auf der Seite, die vom werkzeugbehältnisseitigen Ende 14 des Dehnspannfutters weggewandt ist, durch eine Lötregion 30 mit dem Basiskörper 16 verbunden. Die Lötregion 30 ist durch einen zylindrischen Spalt zwischen der Außenfläche der Dehnbuchse 18 und der Wand der Behältnisses 22 im Basiskörper 16 ausgebildet. Der Spalt ist mit Lötmaterial gefüllt, das von einem Lötring 32 kommt, der während der Montage der Dehnbuchse 18 im Basiskörper 16 in das Behältnis 22 eingeführt wird.
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Zwischen der Lötregion 30 und der Druckkammer 24 ist eine Dichtung 34 vorgesehen, welche durch eine Presspassung zwischen der Dehnbuchse 18 und dem Basiskörper 16 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist die Dehnbuchse 18 mit einem Pressabschnitt 36 versehen, dessen Außendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Dehnbuchse 18 im Bereich der Lötregion 30 ist. Der Innendurchmesser des Behältnisses 22, der dem Pressabschnitt 36 zugeordnet ist, ist derart ausgewählt, dass die gewünschte Presspassung erhalten wird, wenn die Dehnbuchse 18 in das Behältnis 22 im Basiskörper 16 gestoßen wird.
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Die Presspassung gewährleistet einerseits, dass das Hydraulikfluid, durch welches die Druckkammer 24 gefüllt wird, nicht direkt auf die Lötregion 30 wirken kann, insbesondere nicht auf der Seite der Lötregion 30 vorhanden ist, die der Druckkammer 24 zugewandt ist. Dies verhindert, dass das Hydraulikfluid direkt auf die Lötregion 30 wirkt und versucht, die zwei aneinander gelöteten Flächen auseinanderzudrücken. Außerdem wirkt der Pressabschnitt 36 gleich wie eine stabile Befestigung, durch welche das innere Ende der Dehnbuchse 18 in der radialen Richtung in einer hochstabilen Weise im Basiskörper 16 gehalten wird.
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Die Dehnbuchse ist auf der Außenseite mit einem verdickten Flansch 40 versehen, welcher ebenfalls an den Basiskörper 16 gelötet ist. Die Lötregion besteht hier aus zwei versetzten Regionen, genauer gesagt einer radial ausgerichteten Lötregion 41, welche zwischen der nach innen gerichteten Endfläche des Flansches 40 der Dehnbuchse 18 und dem Basiskörper 16 angeordnet ist, und einer zylindrischen Lötregion 42, welche zwischen dem Außenumfang des Flanschs 40 und dem Basiskörper 16 vorgesehen ist. Ein Lötring 44 wird während der Montage zwischen diesen beiden Lötregionen 41, 42 angeordnet.
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Außerdem ist eine Dichtung 46 zwischen der Lötregion 41, 42 und der Druckkammer 24 auf der Außenseite der Dehnbuchse 18 vorhanden. Die Dichtung 46 ist hier durch einen vorstehenden Lagerabschnitt 48 auf der nach innen gerichteten Endfläche des Flansches 40 der Dehnbuchse ausgebildet, wobei der Lagerabschnitt von außerhalb betrachtet in der axialen Richtung in Bezug auf die Fläche des Flansches 40 der Dehnbuchse 18 vorsteht, welche ein Teil der Lötregion 41 ist. Der Lagerabschnitt 48 bildet in diesem Fall einen axialen Anschlag für die Dehnbuchse 18, welcher definiert, wie weit die Dehnbuchse 18 in das Behältnis 22 im Basiskörper 16 gestoßen werden kann.
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Während der Montage des Dehnspannfutters 10 wird die Dehnbuchse 18 zusammen mit den Lötringen 32, 44 in den Basiskörper 16 gestoßen. Während der letzten Stoßphase wird der Pressabschnitt 36 in den ihm zugeordneten Aufnahmeabschnitt im Basiskörper 16 gestoßen. Dank der Bemessung des Pressabschnitts 36 und des zugeordneten Aufnahmeabschnitts wird die gewünschte Presspassung geschaffen. Die Dehnbuchse 18 kann hineingestoßen werden, bis der Lagerabschnitt 48 abdichtend an der ihm zugeordneten Wand im Behältnis 22 im Basiskörper 16 anliegt. Die resultierende Kontaktkraft kann dadurch beeinflusst werden, wie fest die Dehnbuchse 18 in den Basiskörper 16 gestoßen wird; die Presspassung, welche die Dichtung 34 bildet, erhält die Lagerkraft in der Region des Lagerabschnitts 48 selbst dann aufrecht, wenn keine externen Einpresskräfte mehr einwirken.
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Der Basiskörper 16 und die Dehnbuchse 18 werden anschließend erwärmt, so dass die beiden Teile aneinander gelötet werden. In diesem Fall kann ein Temperatur-/Zeitprofil verwendet werden, durch welches gleichzeitig auch das Dehnspannfutter in der gewünschten Weise ausgehärtet wird.
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Nach Abschluss des Aushärtens ist die Dehnbuchse 18 fest mit dem Basiskörper 16 verbunden. Der Pressabschnitt 36, der in der Art und Weise einer Befestigung wirkt, gewährleistet eine sehr hohe radiale Starrheit auf der Innenseite. Hohe Starrheit wird ebenso auf der Außenseite erhalten, da der Flansch 40 der Dehnbuchse durch die beiden Lötregionen 41, 42, welche in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind, fest mit dem Basiskörper 16 verbunden ist. Alle Lötregionen 30, 41, 42 sind durch eine Dichtung (ausgebildet durch die Presspassung des Pressabschnitts 36 am inneren Ende und durch das feste Anliegen des Lagerabschnitts 48 am Basiskörper 16 am äußeren Ende) in jedem Fall gegen direkte Belastung mit Hydraulikfluid geschützt. In diesem Fall ist es für die Wirkung der Dichtung unwichtig, ob eine kleine Menge Hydraulikfluid die Dichtung überwinden und die entsprechende Lötregion erreichen kann. Dank der Dämpfwirkung der Dichtung haben Druckschwankungen in der Druckkammer 24 selbst in diesem Fall eine deutlich geringere Wirkung auf die Dauerfestigkeit der Lötverbindungen, als dies ohne eine Dichtung der Fall wäre.
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3 stellt ein Dehnspannfutter gemäß einer zweiten Ausführungsform dar. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die aus der ersten Ausführungsform bekannten Merkmale verwendet, und insoweit wird auf die vorstehenden Erläuterungen Bezug genommen.
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Die Innenseite der Dehnbuchse 18 ist auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgelegt.
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Die Verbindung zwischen der Dehnbuchse 18 und dem Basiskörper 16 auf der Außenseite unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein Gewinde 50 auf der Umfangsfläche des Flansches 40 vorgesehen ist und in ein entsprechendes Gegengewinde im Basiskörper 16 geschraubt wird. Die axiale Vorspannung zwischen dem Lagerabschnitt 48 und dem Basiskörper 16 kann demnach durch das Drehmoment, mit welchem die Dehnbuchse 18 in den Basiskörper 16 geschraubt wird, mit höherer Genauigkeit festgelegt werden. Während des Lötens wird das Lötmaterial des Lötrings 44 auch in die Region des Gewindes 50 gezogen, so dass dort eine sehr feste mechanische Verbindung zwischen der Dehnbuchse 18 und dem Basiskörper 16 erhalten wird.
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Eine dritte Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die aus den vorgehenden Ausführungsformen bekannten Merkmale verwendet, und insoweit wird auf die vorstehenden Erläuterungen Bezug genommen.
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In der dritten Ausführungsform wird ebenfalls eine Dichtung 34 in Form einer Presspassung auf der Innenseite verwendet und ist zwischen der Druckkammer 24 und der Lötregion 30 angeordnet. Auf der Außenseite werden zwei versetzte Lötregionen 41, 42 in ähnlicher Weise wie in der ersten Ausführungsform verwendet. Der Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform ist der, dass in der dritten Ausführungsform eine Dichtung 60 verwendet wird, welche ähnlich wie eine Labyrinthdichtung ausgelegt ist. Zu diesem Zweck ist der Basiskörper 16 mit einem zylindrischen Lagerabschnitt 62 versehen, der zur Außenseite vorsteht und in eine Rille 64 auf der Dehnbuchse 18 eingreift. Die Rille 64 ist auf der Endwand des Flansches 40 ausgebildet, welche zur Innenseite gerichtet ist, und in diesem Fall können die Abmessungen des Lagerabschnitts 62 in Bezug auf die Rille 64 derart ausgelegt sein, dass der Lagerabschnitt 62 mit einem gewissen Druck, insbesondere auf der Außenseite, in die Rille eingreift; auf der radial inneren Seite kann ein Teil der Druckkammer 24 an den Lagerabschnitt 62 angrenzen.
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Bei dieser Verbesserung trennen zwei senkrecht aufeinander angeordnete Flächenpaarungen, genauer gesagt die nach außen gerichtete Endfläche des Lagerabschnitts 62 und seine ringförmige Umfangsfläche zusammen mit den Flächen des Flansches 40, welche ihnen zugeordnet sind, die Druckkammer 24 von den Lötregionen 41, 42. Der Lagerabschnitt 62 dient außerdem als ein mechanisches Lager für die Dehnbuchse 18, so dass insgesamt eine hochstabile Konstruktion in der radialen Richtung erhalten wird. Außerdem fungiert die Endfläche des Lagerabschnitts 62 als ein Anschlag während der Montage der Dehnbuchse 18 im Behältnis 22 im Basiskörper 16.
