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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stützvorrichtung zum Abstützen von mehreren additiv gefertigten Bauteilen.
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Bei der additiven Fertigung von Bauteilen, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen (SLM), werden häufig mehrere Bauteile auf einer gemeinsamen Bauplattform hergestellt. Insbesondere werden mehrere gleichartige bzw. identische Bauteile auf einer gemeinsamen Bauplattform hergestellt. Beim additiven Fertigen von Bauteilen bleiben die Bauteile während des Fertigungsprozesses und nach Abschluss desselben mit der Bauplattform verbunden. Um die einzelnen Bauteile weiter verwenden zu können, ist erforderlich, dass diese von der Bauplattform getrennt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass bei herkömmlichen Trennvorgängen von einzelnen Bauteilen das Problem auftritt, dass die einzelnen Bauteile abfallen, wobei ein abgetrenntes Bauteil an anderen, noch nicht von der Bauplattform getrennten Bauteilen anstoßen bzw. anschlagen. Unter Umständen kann ein bereits getrenntes Bauteil auch den Trennprozess stören, beispielsweise, wenn es in Kontakt zu einem Draht kommt, der im Rahmen eines WEDM-Trennverfahrens eingesetzt wird (WEDM = Wire Electrical Discharge Machining; Funkenerodieren mittels eines Drahts). Hierbei können Kurzschlüsse entstehen oder im abgetrennten Bauteil entsteht ein nicht beabsichtigter Schnitt. Hierdurch können Schäden an dem Bauteil oder auch an anderen noch abzutrennenden Bauteilen entstehen. Das Trennverfahren wird gestört und es ist gegebenenfalls ein Eingriff einer Bedienperson erforderlich, um den Schaden zu beheben bzw. den Trennprozess wieder zu starten.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist es, die obigen Nachteile bei Trennverfahren von additiv gefertigten Bauteilen zu vermeiden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Stützvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Trennverfahren nach Anspruch 10 vorgeschlagen. Weitere Ausgestaltungen der Stützvorrichtung bzw. des Trennverfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Bei einer Stützvorrichtung zum Abstützen von mehreren additive gefertigten Bauteilen ist die die Stützvorrichtung dazu eingerichtet, die Bauteile kraftschlüssig oder/und formschlüssig oder/und materialschlüssig wenigstens teilweise zu umgeben, derart dass die Bauteile mit der Stützvorrichtung verbunden bleiben, wenn die Bauteile von einer zugehörigen Bauplattform getrennt werden.
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Die Stützvorrichtung dient also dazu, für die noch mit der Bauplattform verbundenen Bauteile zu sichern, so dass das Abfallen von einzelnen Bauteilen nach dem Trennen von der Bauplattform verhindert werden kann. Die Stützvorrichtung ist also eine von der Bauplattform gesondert bereitgestellte Einrichtung, die insbesondere nach Abschluss des additiven Fertigungsverfahrens in geeigneter Weise relativ zur Bauplattform und den mehreren Bauteilen positioniert wird, so dass die kraftschlüssige oder/und formschlüssige oder materialschlüssige Verbindung mit den Bauteilen hergestellt werden kann.
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Die Stützvorrichtung kann einen um die Bauteile umlaufenden Stützrahmen aufweisen. Dabei kann der Stützrahmen mit der Bauplattform verbindbar oder verbunden sein. Ferner kann der umlaufende Stützrahmen mit einer Vergussmasse befüllbar oder befüllt sein, derart, dass die innerhalb des Stützrahmens angeordneten Bauteile mit der Vergussmasse in Kontakt stehen. Der Stützrahmen ist insbesondere als vieleckiger, insbesondere viereckiger Rahmen ausgeführt. Der Stützrahmen weist mehrere, insbesondere vier oder mehr, miteinander verbundene Rahmenwände auf. Die Rahmenwände bilden zusammen mit der Bauplattform oder zusammen mit einem Stützrahmenboden eine Art Wanne oder Behälter, in die bzw. den die Vergussmasse eingefüllt werden kann. Es versteht sich von selbst, dass am Übergang zwischen Stützrahmen und Bauplattform eine geeignete Abdichtung vorgesehen werden kann, um ein Austreten von Vergussmasse zu verhindern. Der Stützrahmen wird vor dem Einbringen der Vergussmasse mit der Bauplattform verbunden bzw. an der Bauplattform fixiert. Wird ein Behälter verwendet, der einen Stützrahmenboden aufweist, ist es auch denkbar, diesen Behälter zunächst mit einer Vergussmasse zu befüllen und danach die Bauplattform von oben auf den Stützrahmen abzusenken. Dabei werden mit der Bauplattform verbundenen Bauteile in die Vergussmasse eingetaucht.
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Der Stützrahmen mit einer darin ausgehärteten Vergussmasse kann dazu eingerichtet sein, zusammen mit den in der Vergussmasse aufgenommenen Bauteilen von der Bauplattform getrennt zu werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Stützrahmen so ausgebildet ist, dass er nach dem Aushärten der Vergussmasse entfernbar ist und das Trennen der in der Vergussmasse aufgenommenen Bauteile nach dem Entfernen des Stützrahmens erfolgt. Dabei kann der gesamte Verbund aus ausgehärteter Vergussmasse und allen Bauteilen in einem einzigen Prozessschritt von der Bauplattform getrennt werden. Im Ergebnis liegen die mehreren Bauteile abgetrennt von der Bauplattform und aufgenommen bzw. eingebettet in der ausgehärteten Vergussmasse vor.
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Die Vergussmasse kann eine Flüssigkeit ist, die temporär oder dauerhaft aushärtbar ist. Denkbare Flüssigkeiten können sein: geschmolzener Wachs, der beim Abkühlen aushärtet; Wasser, das nach dem Vergießen gekühlt wird bis es im gefrorenen Zustand die Bauteile fest umgibt; Kunststoff, der beim Auskühlen aushärtet.
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Die Stützvorrichtung kann eine Stützplatte aufweisen in der mehrere Aufnahmen ausgebildet sind, wobei jede Aufnahme dazu eingerichtet ist, eines der mehreren Bauteile aufzunehmen. Dabei können die Aufnahmen eine Form aufweisen, die komplementär zu einem Bauteilabschnitt ausgeführt sind, derart, dass die Bauteile kraftschlüssige oder/und formschlüssig in den Aufnahmen der Stützplatte gehalten sind. Eine derartige Stützplatte kann alternativ zu einer Vergussmasse eingesetzt werden. Die Stützplatte kann mit oder ohne umlaufenden Stützrahmen verwendet werden. Die Stützplatte kann beispielsweise in einen zugeordneten Stützrahmen eingesetzt werden, so dass der Stützrahmen zusammen mit der Stützplatte relativ zur Bauplattform und den Bauteilen fixiert werden kann. Die Stützplatten können wieder verwendbar sein, so dass eine Stützplatten nach dem Entfernen der Bauteile 12 erneut eingesetzt werden kann für das Sichern von Bauteilen beim Trennen von der Bauplattform.
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Die Stützplatte kann dazu eingerichtet sein, zusammen mit den in den Aufnahmen aufgenommenen Bauteilen von der Bauplatte getrennt zu werden. Die Bauteile sind dann formschlüssig in den Aufnahmen der Stützplatte gehalten, so dass ein Abfallen von einzelnen Bauteilen beim Trennen von der Bauplattform verhindert ist. Ferner können die Bauteile zusammen mit der Stützplatte und gegebenenfalls mit einem zugeordneten Stützrahmen transportiert werden. Denkbar ist auch eine zwischenzeitliche Lagerung der Bauteile in der Stützplatte bis die einzelnen Bauteile weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen werden.
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Neben einer gesonderten Stützvorrichtung, die nach dem additiven Fertigen der Bauteile eingesetzt wird, ist es auch denkbar, während der additiven Fertigung stegartige Verbindungen zwischen allen Bauteilen so herzustellen, dass sich die Bauteile gegenseitig abstützen können. Dabei können die stegartigen Verbindungen ebenfalls additiv hergestellt werden. In einem solchen Falle ist die Stützvorrichtung durch die Gesamtheit der stegartigen Verbindungen gebildet, die materialschlüssig mit den Bauteilen verbunden sind. Nach dem Trennen der Bauteile von der Bauplattform liegt eine Art Matrix von Bauteilen vor, die untereinander durch die stegartigen Verbindungen verbunden sind. Die stegartigen Verbindungen können anschließend entfernt werden, um die einzelnen Bauteile weiter verarbeiten zu können.
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Ein Verfahren zum Trennen von mehreren additiv gefertigten Bauteilen von einer gemeinsamen Bauplattform, kann folgende Schritte umfassen:
- Bereitstellen einer Stützvorrichtung zum Abstützen von den Bauteilen;
- Anordnen der Stützvorrichtung relativ zu den Bauteilen und zur Bauplattform, so dass zwischen der Stützvorrichtung und den Bauteilen eine kraftschlüssige oder/und formschlüssige oder materialschlüssige Verbindung hergestellt wird;
- Fixieren der der Stützvorrichtung
- Trennen der mit der Stützvorrichtung verbundenen Bauteile von der Bauplattform.
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Bei einem solchen Verfahren kann eine oben bereits beschriebene Stützvorrichtung eingesetzt werden.
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Bei dem Verfahren kann die Bauteile umgebender Stützrahmen der Stützvorrichtung angeordnet werden, der mit einer Vergussmasse aufgefüllt wird, so dass zwischen der Vergussmasse und den Bauteilen eine materialschlüssige Verbindung hergestellt wird.
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Bei dem Verfahren kann eine Stützplatte der Stützvorrichtung bereitgestellt werden, wobei die Stützplatte mehrere Aufnahmen aufweist, und wobei die Stützplatte so angeordnet wird, dass in jeder Aufnahme ein Bauteil teilweise oder vollständig aufgenommen ist, so dass zwischen jedem Bauteil und der Stützplatte eine kraftschlüssige oder/und formschlüssige Verbindung hergestellt wird.
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Bei dem Verfahren können die von der Bauplatte getrennten Bauteile in der Vergussmasse oder in der Stützplatte gehalten werden. Dabei können die von der Bauplattform getrennten Bauteile zusammen mit der ausgehärteten Vergussmasse oder zusammen mit der Stützplatte transportiert werden.
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Bei dem Verfahren können die von der Bauplattform getrennten Bauteile von der Vergussmasse getrennt werden oder von der Stützplatte getrennt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
- 1 zeigt in den Teilfiguren A) bis E) in Schnittdarstellung schematisch und stark vereinfacht eine Bauplattform mit additiv gefertigten Bauteilen und das Verfahren zum Trennen der Bauteile unter Verwendung einer Stützvorrichtung, die einen Stützrahmen und eine Vergussmasse aufweist.
- 2 zeigt in den Teilfiguren A) bis E) in Schnittdarstellung schematisch und stark vereinfacht eine Bauplattform mit additiv gefertigten Bauteilen und das Verfahren zum Trennen der Bauteile unter Verwendung einer Stützvorrichtung, die einen Stützrahmen, einen Stützrahmenboden und eine Vergussmasse aufweist.
- 3 zeigt in den Teilfiguren A) bis F) in Schnittdarstellung schematisch und stark vereinfacht eine Bauplattform mit additiv gefertigten Bauteilen und das Verfahren zum Trennen der Bauteile unter Verwendung einer Stützvorrichtung, die eine Stützplatte und einen optionalen Stützrahmen aufweist.
- 4 zeigt schematisch und stark vereinfacht eine Schnittansicht durch die Stützvorrichtung der 3C etwa entsprechend der Schnittlinie IV-IV.
- 5 zeigt in Schnittdarstellung schematisch und stark vereinfacht eine mögliche temporäre Aufbewahrung von Bauteilen, die in einer Stützvorrichtung entsprechend der 3 aufgenommen sind.
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In 1A ist schematisch und vereinfacht eine Bauplattform 10 dargestellt, auf der mehrere additiv gefertigte Bauteil 12 angeordnet sind. Die additive gefertigten Bauteile 12 sind nach Abschluss des additiven Fertigungsverfahren fest, insbesondere materialschlüssig, mit der Bauplattform 10 verbunden. Die Bauteile 12 sind hier rein beispielhaft als einfache zylindrische Körper dargestellt, die stellvertretend für jedes mögliche Bauteil stehen, das mittels additiven Verfahren hergestellt werden kann. Bei den Bauteilen 12 kann es sich insbesondere um Bauteile für Gasturbinen, insbesondere für Fluggasturbinen handeln.
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Gemäß 1B wird auf die Bauplattform 12 eine Stützvorrichtung 14 angeordnet. In dieser Ausführungsform weist die Stützvorrichtung einen Stützrahmen 16 auf, der die Bauteile 12 umgibt. Anders ausgedrückt bildet der Stützrahmen 16 eine Art umlaufende Begrenzungswand, innerhalb der die Bauteile 12 angeordnet sind. Ein durch den Stützrahmen 16 und die Bauplattform 10 gebildeter Raum wird bzw. ist mit einer Vergussmasse 18 gefüllt. Die Vergussmasse 18 ist anfänglich flüssig und umgibt die Bauteile 12. Nach dem Aushärten der Vergussmasse 18 sind die Bauteile 12 materialschlüssig mit der Vergussmasse 18 verbunden.
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Gemäß 1C kann nach dem Aushärten der Vergussmasse 18 ein Trennvorgang durchgeführt werden, bei dem die Bauteile 12 von der Bauplattform 10 getrennt werden. Das Trennen der Bauteile 12 von der Bauplattform 10 erfolgt dabei beispielsweise mittels WEDM (Wire Electrical Discharge Machining; Funkenerodieren mittels eines Drahts). Auch wenn dies zeichnerisch in der 1 nicht ersichtlich ist, ist es dem Fachmann klar, dass vor dem Trennvorgang im Bereich des Übergangs von der Bauplattform 10 zu dem Stützrahmen 16 ein Zugang vorhanden sein muss, um ein Trennwerkzeug einführen zu können. Es kann auch daran gedacht werden, dass der Stützrahmen 16 nach dem Aushärten der Vergussmasse 18 entfernt wird (nicht dargestellt), etwa vergleichbar zum Entfernen einer Backform (beispielsweise Springform) nach dem Backen eines Kuchens.
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Der Stützrahmen 16 kann aber auch erst nach dem Trennvorgang entfernt werden, so wie dies in der 1D illustriert ist. Die Bauteile 12 sind in diesem Zustand sicher in der Vergussmasse 18 gehalten, obwohl keine Verbindung mehr zur Bauplattform 10 besteht.
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Wie in 1E illustriert, kann die Vergussmasse 18 danach entfernt werden, so dass die einzelnen Bauteile 12 wieder frei zugänglich sind und weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden können.
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In 2A ist die gleiche Ausgangslage mit einer Bauplattform 10 und mehreren Bauteilen 12 wie in 1A dargestellt.
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Gemäß 2B wird eine Stützvorrichtung 14 bereitgestellt, die einen Stützrahmen 16 und einen Stützrahmenboden 20 aufweist. Anders ausgedrückt bilden der Stützrahmen 16 und der Stützrahmenboden 20 einen Behälter bzw. eine Wanne 22. In den Behälter 22 kann die bereits bekannte Vergussmasse 18 eingefüllt werden. Anschließend wird die um 180° gedrehte Bauplattform 10 mit den fest damit verbundenen Bauteilen 12 von oben in die Vergussmasse abgesenkt. Man kann auch sagen, dass die Bauteile 12 mit ihren oberen Enden 12a voraus in die Vergussmasse 18 eingetaucht werden.
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Gemäß 2C erfolgt nach dem Aushärten der Vergussmasse 18 das Trennen der Bauteile 12 von der Bauplattform 10. Wie aus der Darstellung der 2C ersichtlich, werden die Bauteile 12 in der Regel nicht bündig mit der Ebene der Bauplattform abgetrennt, sondern es verbleibt ein kleiner Stumpf oder Ansatz 12b an der Bauplattform. Dies ist beispielshaft nur in der 2C dargestellt, auch wenn dies selbstverständlich für die anderen hier beschriebenen Trennvorgänge gilt, bei denen die schematische Darstellung ein Trennen bündig zur Ebene der Bauplattform suggerieren könnte (siehe insbesondere 1C oder 3D).
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Die Bauteile 12 verbleiben gesichert in der ausgehärteten Vergussmasse 18 und die Bauplattform 10 kann entfernt werden, was in 2D illustriert ist. Die in der Vergussmasse 18 im Behälter 22 aufgenommenen Bauteile 12 können in diesem Zustand temporär transportiert bzw. gelagert werden. Nach dem Entfernen der Vergussmasse 18 (2E) sind die einzelnen Bauteile 12 wieder frei zugänglich und können weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden.
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Unter Bezugnahme auf die 1E und 2E wird darauf hingewiesen, dass das Entfernen der ausgehärteten Vergussmasse beispielsweise durch Erwärmen erfolgen kann, so dass die Vergussmasse wird flüssig wird und die Bauteile aus der flüssigen Vergussmasse entnommen werden können. Als Vergussmasse kommt beispielsweise Wachs in Betracht oder Wasser das gefroren und wieder aufgetaut wird. Denkbar sind auch Vergussmassen aus einem Kunststoff. Schließlich ist es auch denkbar, dass Vergussmassen eingesetzt werden, die thermisch zersetzt werden, etwa durch einen Brennvorgang, ohne dass hierbei die Bauteile 12 beschädigt werden.
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In 3A ist die gleiche Ausgangslage mit einer Bauplattform 10 und mehreren Bauteilen 12 wie in 1A und 2A dargestellt.
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Die Stützvorrichtung 14 gemäß 3B umfasst zumindest eine Stützplatte 24. In der Stützplatte sind auf die Form der Bauteile 12 abgestimmte, insbesondere komplementäre, Aufnahmen 26 vorgesehen. Die Stützplatte 24 wird mit ihren Aufnahmen 26 so angeordnet, dass in jeder Aufnahme 26 ein Bauteil 12 aufgenommen ist. Optional kann die Stützplatte 24 einen Stützrahmen 16 (gestrichelt dargestellt) aufweisen, mit dem die Stützplatte 24 auf der Bauplattform 10 abgestützt werden kann.
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Die Bauplattform 10 und die Stützplatte 24 können anschließend gemeinsam um 180° gedreht werden, so dass die Bauteile mit ihren oberen Enden 12a nach unten angeordnet sind (3C). Danach kann die Bauplatte 10 von den Bauteilen 12 getrennt werden, was in 3D illustriert ist. Bei diesem Trennvorgang sind die Bauteile 12 in der Stützplatte 24, insbesondere in ihren jeweiligen Aufnahmen kraftschlüssig oder/und formschlüssig aufgenommen und gesichert.
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Die Stützplatte 24, ggf. mit einem Stützrahmen 16, kann anschließend mit den darin aufgenommenen Bauteilen 12 transportiert und temporär gelagert werden (3E). Aus der Stützplatte 24 können die einzelnen Bauteile 12 einfach entnommen werden und weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden. (3F).
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4 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Darstellung einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der 3C. Dargestellt ist die Stützplatte 24 mit mehreren Aufnahmen 26 und darin aufgenommenen Bauteilen 12. Die Stützplatte 24 ist von einem umlaufenden Stützrahmen 16 eingefasst. Bezug nehmend auf die 3 und 4 wird darauf hingewiesen, dass der Stützrahmen 16 und die Stützplatte 24 als Einheit ausgebildet sein können. Alternativ ist es auch denkbar, dass unterschiedliche Stützplatten mit unterschiedlich ausgeformten Aufnahmen auswechselbar mit einem (gleichen) Stützrahmen 16 verbunden werden können. Im Beispiel der 4 ist die Stützplatte 24 mit sechzehn Aufnahmen 26 dargestellt. Dies ist eine rein beispielhafte Ausgestaltung und eine Stützplatte 24 kann auch mehr oder weniger Aufnahmen 26 aufweisen. Die Anzahl und Anordnung der Aufnahmen 26 hängt insbesondere davon ab, wie viele Bauteile 12 auf einer gemeinsamen Bauplattform 10 gefertigt werden und welche Dimensionen diese Bauteile 12 aufweisen.
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5 zeigt schematisch und vereinfacht ein Beispiel einer Transport- oder Lageranordnung von Stützvorrichtungen 14. Bei den Stützvorrichtungen 14 handelt es sich um solche entsprechend der 3 mit einer Stützplatte 24 und einem Stützrahmen 16. Die Stützrahmen 16 sind dabei insbesondere so dimensioniert und ausgebildet, dass die Stützvorrichtungen 14 aufeinander stapelbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauplattform
- 12
- Bauteil
- 14
- Stützvorrichtung
- 16
- Stützrahmen
- 18
- Vergussmasse
- 20
- Stützrahmenboden
- 22
- Behälter oder Wanne
- 24
- Stützplatte
- 26
- Aufnahme
