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Die Erfindung betrifft ganz allgemein
einen Dehnungsbolzen, insbesondere einen per Innenantrieb zu betätigenden
Dehnungsbolzen, der ein hierin aufgenommenes sphärisches Teil oder eine Kugel aufweist,
mittels der mit geringem Widerstand und auf gleichförmige Weise
eine Hülse
gedehnt werden kann.
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Dehnungsbolzen werden in solche mittels Außenantrieb
zu betätigende
Dehnungsbolzen sowie in solche mittels Innenantrieb zu betätigende
Dehnungsbolzen klassifiziert. Beide Typen von Dehnungsbolzen erfordern
einen "Kraftangriff" an einem Ende des
Bolzens, um eine Hülse
zu dehnen. Der "Kraftangriff', der den Bolzen
beaufschlagt, kann nicht gut kontrolliert werden und kann außerdem manchmal
die Zerstörung
einer Wand bewirken, in welcher der Dehnungsbolzen festgelegt ist.
Da darüber
hinaus nach dem Aufbringen der Kraft der größte Teil des Bolzens vollständig in
der in der Wand gebildeten Bohrung aufgenommen ist, besteht für einen Beobachter
keine Möglichkeit
zu überprüfen, ob
der Bolzen in zutreffender Weise festgelegt ist. Dies beinhaltet
das Risiko einer Beschädigung,
wenn eine große
Belastung auf den Bolzen aufgebracht wird. Weiterhin ist bei einem
Dehnungsbolzen des Innenantriebs ein sich in den Bolzen hinein erstreckendes Werkzeug
erforderlich, um den "Kraftangriff" auf den Bolzen zu übertragen.
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Ein innerhalb des Bolzens vorgesehenes Gewinde
wird daher häufig
durch das Werkzeug während
des Kraftaufbringens beschädigt.
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In der Taiwan-Patentveröffentlichung
Nr. 345 247 des Erfinders ist ein Dehnungsbolzen beschrieben. Dieser
weist eine mit Innengewinde versehene Hülse auf, die eine kegelförmige Bohrung
begrenzt, in welcher ein Kegel beweglich angeordnet ist. In der Hülse ist
ein Antriebselement vorgesehen, welches in Eingriff mit dem Kegel
steht und außerdem
in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde ist. Wenn das Antriebselement
in der Hülse
verschraubt wird, treibt das Antriebselement den Kegel axial durch
die Kegelbohrung in der Hülse,
so daß sich
dadurch die Hülse
radial ausdehnt. Ein Nachteil dieser bekannten Ausbildung besteht
in der großen
Reibungskraft, die dann erzeugt wird, wenn der Kegel in die Nähe des den
kleineren Durchmesser aufweisenden Endes der Kegelbohrung getrieben
wird. Dies beruht auf der großen
Berührungsfläche zwischen
dem Kegel und der Kegelbohrung.
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Weiterhin beschreibt die Taiwan-Patentveröffentlichung
Nr. 390 394 des Erfinders einen Dehnungsbolzen, bei dem das Antriebselement
einstückig
mit dem Kegel ausgebildet ist, so daß ein einheitliches Antriebs-
und Dehnelement beweglich in der Hülse aufgenommen ist. Aus den
selben Gründen
ist jedoch dieses einheitliche Antriebs- und Dehnelement einer großen Reibungskraft
unterworfen, wenn es in die Nähe
des den kleineren Durchmesser aufweisenden Endes der Kegelbohrung
bewegt wird. Da darüber
hinaus die Hülse
des Dehnungsbolzens im allgemeinen nicht mit hoher Präzision gefertigt wird,
ist das einheitliche Antriebs- und Dehnelement in gewissem Ausmaß einer
unerwünschten
Exzentrizität
in Bezug auf die Hülse
unterworfen. Dies macht es noch schwieriger, den Kegel in einer
gleichförmigen
Weise anzutreiben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, den Dehnungsbolzen zur Beseitigung der geschilderten Nachteile
derart auszugestalten, daß er
zum Zweck der leichten Installierung gleichförmig und mit geringer Kraft
betätigt
werden kann, eine präzise
Kontrolle des Dehneffektes und damit des Festlegungseffektes erlaubt,
während
seiner Installation nicht Gefahr läuft, sein Gewinde zu beschädigen, und schließlich einen
ausgezeichneten Festlegungseffekt aufweist.
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Die Merkmale des zur Lösung dieser
Aufgabe geschaffenen Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung ergeben sich
aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den
weiteren Ansprüchen
beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Dehnungsbolzen weist eine
Hülse auf,
in welcher eine mittige Bohrung gebildet ist. Diese ist mit einem
inneren Gewindeabschnitt und einem vorderen Kegelabschnitt versehen. Im
vorderen Endteil der Hülse
sind radiale Schlitze vorgesehen, die teilweise in Verbindung mit
der Kegelbohrung stehen und eine Vielzahl verformbarer Klauen bilden.
In der Kegelbohrung ist wenigstens ein sphärisches Teil oder eine Kugel
aufgenommen, deren Durchmesser größer ist als der kleinste Durchmesser
der Kegelbohrung, wodurch das sphärische Teil wirksam in der
Kegelbohrung gehalten ist. Ein Antriebsglied, das ein Außengewinde
aufweist, steht in der Gewindebohrung in Schraubeingriff mit dieser, so
daß hierdurch
das sphärische
Teil axial beaufschlagt werden kann. Wenn das Antriebsglied verschraubt
wird, wird das sphärische
Teil in Richtung des vorderen Endes der Hülse gedrückt. Aufgrund der kegelförmigen Ausbildung
der Kegelbohrung hat die Bewegung des sphärischen Teils in Richtung des vorderen
Endes der Hülse
zur Folge, daß die
Klauen nach außen
in radialer Richtung gedrückt
bzw. verformt werden und hierdurch den Dehnungsbolzen in einer Bohrung
festlegen, die beispielsweise in einer Wand gebildet ist.
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Der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung weist
die folgenden Vorteile auf:
- 1) Da die Berührungsfläche zwischen
dem sphärischen
Teil und der Kegelbohrung des Dehnungsbolzens klein ist, ist auch
die Antriebskraft zur Überwindung
des Widerstandes beim Festlegen des Dehnungsbolzens beträchtlich
reduziert, wodurch sich der Dehnungsbolzen gleichförmig und leicht
betätigen
bzw. installieren läßt.
- 2) Da das sphärische
Teil automatisch seine Relativstellung in Bezug auf die Kegelbohrung
justiert, ist die Gefahr einer Exzentrizität zwischen dem sphärischen
Teil und der Kegelbohrung automatisch beseitigt.
- 3) Da die Ausdehnung bzw. Verformung der Klauen in Proportion
zur Bewegung des sphärischen Teils
entlang der Kegelbohrung erfolgt und da die Bewegung des sphärischen
Teils von der Axialbewegung des Antriebsgliedes abhängt, die
durch die Schraubbetätigung
gesteuert ist, kann auch das Ausmaß der Ausdehnung oder der Verformung
der Klauen aufgrund des gut kontrollierbaren Schraubvorganges präzise gesteuert
werden.
- 4) Da die Bewegung des sphärischen
Teils durch eine Schraubbewegung des Antriebsgliedes bewirkt wird,
ist kein "Kraftangriff" auf den Dehnungsbolzen
erforderlich. Es ist daher die Gefahr einer Beschädigung des
Innengewindes des Dehnungsbolzens vollständig beseitigt.
- 5) Die Installation des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung kann leicht
dadurch erfolgen, daß zuerst
eine Bohrung in einer Halterung gebildet wird, sodann der Dehnungsbolzen
in die Bohrung eingeführt
und schließlich
das Antriebsglied hineingeschraubt wird. Es ist daher keinerlei "Kraftangriff" oder eine andere
Betätigung
erforderlich, die das Aufbringen einer großen Kraft erfordert.
- 6) Durch das Anordnen von zwei oder mehr sphärischen Teilen in der Kegelbohrung
können
die Klauen, nachdem sie durch das erste sphärische Teil verformt worden
sind, durch das zweite sphärische
Teil in ihrer verformten Stellung gehalten werden.
- 7) Das Antriebsglied kann durch eine Standardschraubmutter gebildet
sein, wodurch die Herstellungskosten des Dehnungsbolzens reduziert
werden.
- 8) Der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung kann
eine Vielzahl von Anwendungen aufweisen. So kann der Dehnungsbolzen
beispielsweise – zusätzlich zu
seiner Anwendung als regulärer Dehnungsbolzen
in der Bauindustrie – eine
vergrößerte mechanische
Festigkeit aufweisen, wenn er in seiner Größe reduziert und einer Wärmebehandlung
unterworfen wird, wodurch der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung in einer in einem
Metallteil gebildeten Bohrung mit Innengewinde aufgenommen und dort
festgelegt werden kann. Dies stellt dann einen leicht begehbaren und
wirksamen Weg zur Verbindung zweier Metallteile dar.
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Die Erfindung wird im folgenden in
Form bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung
in perspektivischer Darstellung,
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2 in
auseinandergezogener perspektivischer Darstellung und
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3 im
Querschnitt;
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4 im
Querschnitt den Dehnungsbolzen, wie er in einer in einer Halterung
gebildeten Bohrung installiert ist;
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5 perspektivisch
eine zweite Ausführungsform
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung;
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6 im
Diagramm mehrere Belastungskurven zur Darstellung der Belastung
des Dehnungsbolzens über
dessen Verschiebung bzw. Dehnung, woraus die hervorragende Wirkung
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung
ersichtlich ist;
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7 perspektivisch
eine dritte Ausführungsform
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung;
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8 eine
vierte Ausführungsform
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung
in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung und
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9 im
Querschnitt sowie;
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10 im
Diagramm mehrere Belastungskurven zur Darstellung der Belastung
des Dehnungsbolzens gemäß 8 über seiner Verschiebung bzw. Verformung.
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Wie aus 1 – 3 ersichtlich, weist der
dort dargestellte Dehnungsbolzen eine Hülse 1 auf, in der eine
mittige Bohrung gebildet ist. Die mittige Bohrung weist einen hinteren
Gewindeabschnitt 14 sowie einen vorderen Kegelabschnitt 13 auf,
dessen kleinster Durchmesser sich nahe dem vorderen Ende der Hülse 1 befindet.
Im vorderen Ende der Hülse 1 sind mehrere
radiale Schlitze 11 gebildet, die in Verbindung mit dem
Kegelabschnitt 13 stehen und mehrere ausdehnbare bzw. verformbare
Klauen 12 bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform
weist der Kegelabschnitt 13 seinen größten Durchmesser entsprechend
dem Nenndurchmesser der Gewindebohrung 14 auf, wobei sich
die Kegelbohrung 13 von der Gewindebohrung 14 aus
in Richtung des vorderen Endes der Hülse 1 verjüngt. In
der Kegelbohrung 13 ist ein sphärisches Teil bzw. eine Kugel 2 aufgenommen,
wobei die Kugel 2 einen Durchmesser aufweist, der größer ist
als der kleinste Durchmesser der Kegelbohrung 13. Auf diese
Weise ist die Kugel 2 in der Kegelbohrung 13 gehalten.
Vorzugsweise weist das sphärische
Teil 2 einen Durchmesser auf, der weitgehend demjenigen
Innendurchmesser der Kegelbohrung 13, der sich etwa mittig
zwischen dem größten Durchmesser
und dem kleinsten Durchmesser der Kegelbohrung 13 befindet,
entspricht oder sogar größer als
dieser ist.
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In der Gewindebohrung 14 ist
ein Antriebsglied 3 angeordnet, das ein Außengewinde 31 aufweist
und hiermit in Schraubeingriff mit dem Innengewinde der Gewindebohrung 14 steht.
Das Antriebsglied 3 steht axial in Eingriff mit dem sphärischen
Teil 2 und ist mittels einer Schraubbewegung axial in Bezug
auf die Hülse 1 bewegbar.
Im hinteren Ende des Antriebsgliedes 3 ist eine sechseckige
Ausnehmung 32 zur Aufnahme eines entsprechend ausgebildeten, nicht
dargestellten Sechskantschraubenschlüssels gebildet, um das Antriebsglied 3 innerhalb
der Gewindebohrung 14 verschrauben zu können. Anstelle der sechseckigen
Ausnehmung 32 kann selbstverständlich auch ein eben verlaufender
Schlitz zur Aufnahme eines Schlitzschraubenziehers oder ein polygonaler
Vorsprung gemäß 5 zur Aufnahme eines Bolzenschlüssels vorgesehen
sein.
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Wenn das Antriebsglied 3 verschraubt
wird, wird das sphärische
Teil 2 in Richtung des vorderen Endes der Hülse 1 gedrückt. Aufgrund
der kegelförmigen
Ausbildung der Kegelbohrung 13 bewirkt die Bewegung des
sphärischen
Teils 2 in Richtung des vorderen Endes der Hülse 1,
daß die
Klauen 12 sich nach außen
verformen und radial ausdehnen. Diese Ausdehnung oder Verformung
der Klauen 12 kann leicht und gleichförmig erfolgen, da die Berührungsfläche zwischen
dem sphärischen
Teil 2 und der Kegelbohrung 13 klein ist, und
die Bewegung des sphärischen
Teils 2 kann mittels entsprechendem Verschrauben des Antriebsgliedes 3 präzise gesteuert und
leicht durchgeführt
werden.
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Wie aus 4 ersichtlich, wird zum Installieren
des Dehnungsbolzens gemäß der Erfindung
zuerst eine Bohrung 41 in einer Halterung 4 gebildet, die
beispielsweise eine Wand zur Aufnahme des Dehnungsbolzens ist. Sodann
wird das Antriebsglied 3 eingeschraubt, um das sphärische Teil 2 axial
zu bewegen, das seinerseits die Klauen 12 nach außen in dichten
Eingriff mit der Innenfläche
der Bohrung 41 drückt.
Hierdurch wird der Dehnungsbolzen sicher in der Bohrung 41 festgelegt.
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Vorzugsweise weisen die Klauen 12 eine rauhe
Außenfläche auf.
Dies kann mittels Rändeln oder
Riffeln erfolgen oder beispielsweise dadurch, daß Widerhaken gebildet werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform
sind an der Außenfläche der Klauen 12 Rändelungen 15 gebildet.
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Die kegelförmige Ausbildung der Kegelbohrung 13 kann
linear oder nichtlinear sein. Bei der dargestellten Ausführungsform
weist die kegelförmige Ausbildung
einen nichtlinearen Abschnitt, der sich direkt von der Gewindebohrung 14 aus
erstreckt, sowie einen linearen Abschnitt auf, der sich vom nichtlinearen
Abschnitt bis zum vorderen Ende der Hülse 1 erstreckt. Nahe
dem vorderen Ende der Hülse 1 oder an
der Stelle, an der die Kegelbohrung 13 den kleinsten Durchmesser
aufweist, ist ein nichtlinearer Abschnitt gebildet.
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Bei der abgewandelten zweiten Ausführungsform
gemäß 5 weist der Dehnungsbolzen ein
langgestrecktes bzw. verlängertes
Antriebsglied 3a auf, das an seinem hinteren Ende einen
polygonalen Vorsprung besitzt. In diesen polygonalen Vorsprung kann
ein nicht dargestellter Schraubenschlüssel eingreifen, um das Antriebsglied 3a zu
verschrauben. Das langgestreckte Antriebsglied 3a kann
sich teilweise über
das hintere Ende der Hülse 1 hinaus erstrecken.
Hierdurch kann eine äußere Vorrichtung, beispielsweise
eine Maschine, direkt hieran angreifen, indem eine nicht dargestellte
Schraubenmutter das Außengewinde
des Antriebsgliedes 3a angreift.
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6 zeigt
die mit Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung
erzielten Versuchsergebnisse. Hierbei wurden drei Proben von Dehnungsbolzen
mit einem Außendurchmesser
von 12 mm untersucht, wobei die Proben A und C von Hand installiert
wurden, während
Probe A mittels eines Drehmomentenschlüssels festgezogen wurde. Sämtliche
Proben können
eine Belastung von bis zu 1100 kgt, ja sogar bis zu 1300 kgt aufnehmen,
ohne daß sie
sich nennenswert verschieben oder gelockert werden. Dies stellt
ein sehr viel besseres Ergebnis als das mit konventionellen Dehnungsbolzen
erzielbare Ergebnis dar. Es lassen sich daher mit dem Dehnungsbolzen
gemäß der Erfindung
exzellente Verankerungs- und Festlegungseffekte erzielen, und zwar
sehr viel bessere Ergebnisse als mit den konventionellen Bolzen.
Weiterhin läßt sich
der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung außerordentlich
leicht und kräftesparend
installieren.
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Bei der weiterhin abgewandelten Ausführungsform
gemäß 7 ist der dargestellte Dehnungsbolzen
derart ausgebildet, daß sich
der lineare Abschnitt der Kegelbohrung 13 bis zum vorderen Ende
der Hülse 1 bzw.
darüber
hinaus erstreckt. Dies ermöglicht
es, daß sich
die Klauen 12 an einer Stelle verformen, die näher zum
vorderen Ende der Hülse 1 liegt.
Außerdem
kann der Herstellungsprozess eines solchen Dehnungsbolzens vereinfacht
werden.
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Bei der weiterhin abgewandelten Ausführungsform
des Dehnungsbolzens gemäß 8 und 9 sind schließlich zwei sphärische Teile 2 vorgesehen,
wobei das erste sphärische
Teil 2 nahe dem vorderen Ende der Hülse 1 angeordnet ist,
während
das zweite sphärische
Teil in Eingriff mit einem Antriebsglied 3 besteht und
beide sphärische
Teile 2 in der Kegelbohrung 13 aufgenommen sind.
Im vorderen Ende des Antriebsgliedes 3 ist eine konkave
Fläche 33 gebildet,
die das zweite sphärische
Teil 2 teilweise aufnimmt.
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Die Anordnung von zwei sphärischen
Teilen 2 weist folgende Vorteile auf:
- (I)
Das zweite sphärische
Teil 2 erteilt den Klauen 12 ein zweites Mal eine
Verformung, so daß diese Klauen 12 in
verformtem Zustand gehalten werden und gewährleistet ist, daß die Klauen 12 wirkungsvoll
in Eingriff mit der Innenfläche
der in der Halterung 4 gebildeten Bohrung 41 verbleiben;
- (II) das Antriebsglied 3b kann verkürzt ausgebildet oder durch
eine Standardschraubenmutter ersetzt werden, um die Herstellungskosten
zu reduzieren, und
- (III) das Antriebsglied 3b befindet sich in größerem Abstand
zu den Klauen 12, wodurch der Schraubeingriff zwischen
dem Antriebsglied 3b und der Gewindebohrung 14 der
Hülse 1 nicht nachteilig
durch die Verformung der Klauen 12 beeinträchtigt ist.
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Aus 10 sind
Testergebnisse ersichtlich, die mit dem Dehnungsbolzen gemäß 8 erzielt wurden. Hierbei
wurde die Belastungskurve A mit dem in 8 dargestellten Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung
erzielt, während
die Belastungskurve B einen konventionellen Dehnungsbolzen des Außenantriebstyps
wiedergibt und Belastungskurve C das mit einem konventionellen Dehnungsbolzen
des Innenantriebstyps erzielte Ergebnis zeigt. Wie deutlich zu erkennen,
ist der Halteeffekt des Dehnungsbolzens gemäß 8 demjenigen der bekannten Dehnungsbolzen
weit überlegen,
da der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung
(Belastungskurve A) eine Belastung von bis zu 1310 kgt aufnehmen
kann, während
die konventionellen Dehnungsbolzen (Belastungskurven B und C) lediglich
939 bzw. 1132 kgt Belastung aushalten können, d.h. also sehr viel weniger als
der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung.
Somit weist der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung im Vergleich
zu den konventionellen Dehnungsbolzen einen exzellenten Halteeffekt
auf.
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Der beschriebene Dehnungsbolzen kann
auf verschiedene Weise zur Anwendung gelangen, beispielsweise zur
Verbindung von Metallteilen. Hierbei kann der Dehnungsbolzen gemäß der Erfindung
mittels einer Wärmebehandlung
in seiner mechanischen Belastbarkeit verbessert und dadurch sicher
in einer Bohrung, die in einem ersten Metallteil gebildet ist, dadurch
installiert werden, daß er
in der beschriebenen Weise ausgedehnt wird. Zu diesem Zweck ist dann
in dem ersten Metallteil eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung
vorgesehen, mit welcher ein zweites Metallteil, das ein Außengewinde
aufweist, in Schraubeingriff gebracht werden kann.
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Hinsichtlich vorstehend nicht näher erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im übrigen
ausdrücklich
auf die Ansprüche
sowie die Zeichnung verwiesen.