DE1945591A1

DE1945591A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen von Metallrohren

Info

Publication number: DE1945591A1
Application number: DE19691945591
Authority: DE
Inventors: Matthews Raymond Arthur
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-09-19
Filing date: 1969-09-09
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3570297A; ES371280A1; JPS5028912B1; NL6914242A; GB1220766A; BE739132A; FR2018435A1; BR6912563D0

Description

Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein ait de« Ziehen Ton Metallrohrteilen mit Hilfe von Formvorrichtungen, um auf diese Veise den Rohrquerschnitt zu ändern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die sich in erster Linie zum Ziehen von Metallrohrteilen, die einen im wesentlichen einheitliehen Anfangsdurohmesser aufweisen, auf eine konische oder verjüngte Endform eignet.

Bisher war das Verjüngen von Metallrahren fur verschiedene Iraemgniaae, die von verhältniSMässig kleinen Gegenstände«, Beispielsweise Schäften voa GeIfschlagern, »is

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Poientanwäl*· DJpJ.-ίοα Martm LkAl, Kpl.-Wrrtsch.-lne. Αχ·Ι Hansmann, DipL-Phyi. Sebastian Harrmaim

ιιir torai PATeNTANWALT OR. REINHOLO SCHMIDT

zu größeren Gegenständen, beispielsweise Lichtaasten reichten, ein langwieriger, teuerer und ofteaIs auch komplizierter Arbeitsprozess, der spezielle Maschinen erforderte und oftaale auch das Eingehen von Koaproaissen verlangte, beispielsweise ein progressives Abstufen des Rohrdurchaesaers, ein Schweißen einer Längsnaht, ua Blechaaterial in die verjüngte Bohrfora zu bringen oder die Verwendung von sogenannten "verlorenen" Foraen, die gewöhnlich nur für einen Verjüngungsvorgang oder allenfalls für einige wenige benutzbar waren, bevor sie weggeworfen oder zur weiteren Verwendung überholt wurden. Drehen oder Walzen konischer bzw. verjüngter Rohre ist eine andere Möglichkeit, die sich/gewisse Zweoke als zufriedenstellend erwiesen hat, jedooh erfordert dieses Arbeitsverfahren einen außerordentlich teueren Maiohinenpark und führt zur Erzeugung eines Rohres, dessen Uafang Fehler aufweisen kann, die Böglicherweise unter Biegebeanspruohungen zua Bruch führen.

Geaäß einea weiteren bekannten Vorschlag wurden zur Verjüngung von Metallrohren ana-dehnbare Foraringe aus Veiohaetall verwendet, die sich strecken konnten, wenn ein Rohr und ein verjüngter Dorn durch den Hing hindurchgedrüokt wurden, so daß sich der Ring iaaer weiter ausdehnt* während das Rohr rund ua den Dorn zu einer konischen oder verjüngten Fora zusaaaengestaucht wurde, dl· der Konizität des Dornt entsprach. Ein Beispiel für diesen Vorschlag ist in der U.S.A. Patentschrift 252 423 beschrieben. Eine aodernere Verbesserung dieser Verfahrensweise ist in dar U.S.A. Patentsohrlft 5 32? 513 dargestellt, wobei ein ausdehnbarer Zugring, zusaaaengeiatst aus einea speziellen Metall, zua Zusaaaendrücken *es laares avf eiaea verjlngtea Dorn benetzt wird. Ven das Fora- »der Zngrimg dieser Pateatschrift wird gesagt, um* er eis* scr Terjingimg v#n a«hr als einea Bohr eigne, »ever 4ie Kaltverforaug «es Spexlalaatalls ihm so

beeinträchtigt hat, daß er «ich nicht sehr richtig dehnen und zusammenziehen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Formvorrichtung zum Ziehen ren zähen oder dehnfähigen Metallrohren auf verjüngten Dornen zu schaffen, so daß eine glatte, kontinuierliche Verjüngung und konstante Wandstärke entsteht, wobei eine Forst a\it veränderlicher öffnung verwendet wird, Bit der sioh eine große Zahl Werkstücke verjüngen läßt uad die sich in bezug auf die Abmessungen, Verjttngungsgrade und Materialien, die behandelt werden können, in einem weiten Mafia anpassen läßt· Das neuartige Verfahren und die zugehörige Formvorrichtung sollen sehr schnell anpaßbar sein und sich wiederholt zum Verjüngen sowohl von klein auf groß als auch von groß auf klein verwenden lassen und eine sehr viel größere Produktioneleistungsfähigkeit aufweisen als bekannte und teuere Fönen, Des weiteren sollen sie keinen komplizierten Maschinenpark und Spezialsohmiermittel mehr erfordern, wie dies bei den bekannten VorjUngungsverfahren der Fall war. Auch soll verhindert werden, daß bei den Rohren Fehler in der Umfangsoberfläohe auftreten. Zusammenfassend wird also durch die Erfindung beabsichtigt, eine gewerblich brauchbare Form und ein Verfahren zu schaffen, mit denen sich Rohre verschiedener Typen und Größen im großen Maßstab im Rahmen einer Massenproduktion verjüngen lassen, wobei Über einen längeren Zeitraum nur eine einzige Form benutzt wird, ohne daß an dieser Form Bruchstellen, Kalthärtungszenen oder andere nachteilige Erscheinungen auftreten.

Die Erfindung macht sioh die Erkenntnis zunutze, daß speziell geformte Ringe aus nichtmetallischen Plastikmaterialien, beispielsweise aus hartem und zähem Nylon, das seit langem bekannt und im Handel erhältlich ist, hart genug sind, wenn sie in geeigneter Weise geformt und unter einem im wesentlichen

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gleichförmigen Druck gepreßt worden sind, ta zähe Metallrohre verschiedenartigster Zusammensetzungen und Wandstärken rund um konische Dorne zusammenzudrücken und ein Rohr glatt auf die Konizität des Dorns zu ziehen, wobei zwischen dem Ziehring und dem Rohr eine nur sehr kleine Reibung auftritt. DarUberhinaus können sich derartige Ringe wiederholt in einem erheblichen Bewegungebereich plastisch ausdehnen und zusammenziehen, ohne zu reißen oder sich kalt zu verformen. Im einzelnen befaßt sich die Erfindung auch mit der speziellen Formgebung des Form- oder Ziehrings, dem Pressen oder Abstützen des Rings mit Strömungsmitteldruck, der auf eine sehr einfache Weise im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn sich die Öffnung der Form mit dem Durchmesser des Rohres ändert, und schließlich auch mit der Versteifung oder Verspannung der Form für spezielle, unter hoher Belastung vor sich gehende Ziehvorgänge·

AusfUhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstande· sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung »igen:

Fig. 1 eine Teilseitenansicht einer Rohrziehvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Formanordnung, wobei der erste Verfahrensschritt dargestellt ist und Teile der Vorrichtung zur Verdeutlichung der Darstellung weggebrochen oder im Querschnitt gezeigt sind,

Fig. 2 «ine Teilseitenansicht, die ähnlich einem Teil von Figur 1 ist und die ganze Länge des zu ziehenden und teilweise weggebrochenen und im Querschnitt dargestellten Rohres zeigt,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Formvorrichtung,

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Fig. h eine vergrößerte Teilquerechnittsansicht von in Figur 2 gezeigten Teilen, wobei die Teile in die Lage bewegt worden sind, die duroh die Linie k-k in Figur 2 angedeutet ist und einen Zustand des Formring· zeigen, wie er sioh Möglicherweise im Betrieb einstellt,

Fig. 5 eine der Figur 4 ähnliche Ansicht, wobei die Teile die durch die Linie 5-5 von Figur 2 angedeutete Lage bewegt sind,

Fig. 6 eine vergrößerte, abgebrochene Seitenansicht eines Domes,

Fig. 7 eine vergrößerte, abgebrochene Seitenansicht eines zu verjüngenden Rohrabsohnitts, der teilweise im Querschnitt dargestellt ist,

Fig. 8 eine abgebrochene Seitenansicht des Rohrabsohnitts nach der Verjüngung.und der Endbearbeitung,

Fig. 9 eine der Figur 2 ähnliche und hauptsächlich in Querschnitt dargestellte Ansicht, aus der die Formvorrichtung in den Zustand dargestellt ist, in dem sie sich vor Beginn der Verjüngung eines Rohrabschnitts befindet, und zwar von dem größeren Ende in Richtung auf das kleinere End·,

Figur 10, eine der Figur 9 ähnliche Ansicht, die die Formvorrichtung in einer Mittelstellung und einem Zwischenzustand bei Verjüngung des Rohrabschnitt· zeigt,

Fig. 11 eine einen Teil von Figur 10 ähnliche Ansicht, der jedoch den Zustand der Formvorrichtung in der Näh· dea End·· des Verjüngmngsprozesses zeigt,

Fig. 12 «in· Quersohnittsansioht längs einer lotrechten Quere··«· durch eine abgeänderte Ausfiihritngsform der Formvorrichtung, wobei spezielle Verstärkungselemente Vervendung finden,

Fig. 13 «ine Quersohnittsansicht im wesentlichen längs der Linie 13-13 In Figur 12 und

Fig. 1% ein· vergrößerte perspektivische Ansioht eines der Verstärkungselement·.

In der Zeichnung ist eine Formvorrichtung iO dargestellt, die auf eine» Ständer 11 gelagert ist, weloher von einer Üblichen Horizontalziehhank nach oben ragt, wobei ein Abschnitt 13 eines Rohres Über einen verjüngten Dorn Ik geschoben ist und bereit liegt, gezogen zu werden. Xn der Üblichen Weise ist der eine Endteil 15 des Rohrabschnitts "zugespifcst" um den Durchmesser soweit zu reduzieren, daß der Endteil sich lose durch einen Foraring 17 in der Formvorrichtung erstreckt sowie in eine in dem Ständer vorhandene horizontale Bohrung 18 hinein, wo der Endteil von einem Spannfutter 19 ergriffen wird, das auf dem Ende einer Stange 20 angeordnet ist, die bei 21 mit der hin- und hergehenden Kolbenstange 22 eines horizontalen Hydraulikzylinders 23 verbunden iat.

Der Zylinder 23 ist bei 2k an dem linken Teil der Ziehbank 12 angelenkt, so daß die Kolbenstange 22 bei Zufluß von unter Druck stehendem Strömungsmittel zum rechten Endteil des Zylinders durch eine Zuflußleitung 25 nach links geschoben wird, um das Spannfutter 19 nach links zu ziehen und dadurch das Rohr 13 durch den Formring 17 zu ziehen. Eine zweite Strömungsmittelleitung 27 let an das linke Bnde des Zylinders angeschlossen, damit der Riiokwärtshub der Kolbenstange durchgeführt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Ziehbankanordnung nur eine Konstruktionsform einer Vielzahl von bekannten Ziehbanktypen ist und daß die Ziehbankkonstraktion nicht erfindungswesentlich ist.

Wäfeend des Vorwärtshubes der Kolbenstange 22, und zwar in der Zeichnung gesehen nach links, werden das 'Rohr 13 und der Dorn 1% gemeinsam durch die Forvorrichtung 10 gezogen, tie hierbei in einer Aussparung 28 auf der rechten Seite des Ständers 11 stationär gehalten wird. Auf diese Weise wird das Rohr mit Hilfe der Öffnung des Formrings 17

seiner äußeren Abmessung und seiner Fora nach an den Dorn, der sich innerhalb des Rohres befindet, angepaßt.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal des Erfindungsgegenstandes ist der Ring 17 aus einem verhältnismässig harten und zähen, nicht metallischen Plastikmaterial zusammengesetzt, das sich wiederholt in Ringform innerhalb eines beträchtlichen Bewegungsbereiches ausdehnen und zusammenziehen kann, ohne daß es bricht oder erhärtet· Der Ring 17 weist einen zentralen Durchgang (Figur 3) auf, zwischen dessen Enden sich ein Steg 29 befindet, τοη dem aus sich ein glockenförmiger Körper 30 in Richtung auf das Eintritteende ausbreitet. Ferner wird eine im wesentlichen konstante Druckkraft gleiohmässig rund um einen in radialer Richtung federnden Ringkörper 31 «us Plastikmaterial verteilt, auf dessen Innenseitenoberflache sich der Steg befindet, und der Formring wird als Ganzes innerhalb der Vorrichtung 10 fest gegen axiales Federn unter der von dem Zylinder 23 ausgeübten Zugkraft abgestützt.

Bei dieser Anordnung hat sich herausgestellt, daß verhältnismässig harte Plastikmaterialien in der Lage sind, zähe Metallrohre gegen einen Dorn zusammenzudrücken, wenn ein zur Rohrfestigkeit in einem bestimmten Verhältnis stehender Stützdruck auf die Außenseite des elastischen Ringkörpers 31 einwirkt, und dass derartige harte Plastikmaterialien auch axialen Kräften widerstehen können, die das Bestreben haben, den Stegbereich aus der Form herauszuquetschen, wenn das Rohr durchgezogen wird. Auf diese Weise wird die das Rohr zusammendrückende Kraft über die ganze Länge des Rohres aufgebracht, um das Rohr auf dem Dorn zu verjüngen, ohne daß der Ring in irgendeiner Weise in Mitleidenschaft gezogen wird. Darüberhinaus wird angenommen, daß die spezielle Formgebung des glockenförmigen Körpers 30 und die veränderliche Dicke des Ringkörpers neben

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de« Steg eine neuartige Stauch- oder ¥·Izwirkung des Ringkörpers zur Folge haben, wodurch der wirksame Stegbereich veranlaBt wird, sich innerhalb des Forarings axial zu bewegen, während nahezu die gleiche Stegbreite beibehalten wird, woduroh eine Erhöhung des Reibungswiderstandes der Rohrbewegung aiit wachsendem Rohrdurohmesser vermieden wird. In jedem Fall besitzen die neuartige Formvorrichtung und das erfindungsgemäfie Verfahren die hier gezeigte Eigenschaft, verformbare Rohrabschnitte unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung wirkungsvoll über längere Produktionszeiträume hinweg zu verjüngen.

In diesem Fall hat der Formring 17 die Gestalt einer Nylonspule oder -rolle, die mit in Axialrichtung getrennten Ringflansohen oder Köpfen 32 (siehe Figuren 3-5) ·η den Spulenenden versehen ist, welche durch eine Umfangsnut 33 getrennt sind, die eine gekrümmte Bodenoberfläche 3% (Figur 3) aufweist und vorzugsweise in Axialriohtung etwa in der Mitte der Spule liegt. Der Durchgang bildet die veränderliche Öffnung der Form und erstreckt sich axial duroh die Spule oder Rolle hindurch, wobei der glockenförmige Körper 30 sich am rechten Ende des Durchgangs befindet und ein Entlastungeteil 35 links angeordnet ist. Der glockenförmige Körper und der Entlastungsteil sind hier ziemlich identisch und laufen in beiden Richtungen bogenförmig von dem zentralen Steg 29 weg.

Obgleich der Erfindungsgegenstand nicht auf ein derartiges bogenförmiges Auseinanderstreben beschränkt werden soll, wird doch angenommen, dall die Krümmung des glockenförmigen Körpers in Verbindung mit der Krümmung der Bodenoberflache 34 der Nut 33 die Wirkungsweise des Zugrings 17 verstärken, indem sie die progressive Walzwirkung des Steges herbeiführen, die oben Beschrieben und in den Figuren k und 5 bildlich erläutert ist. Obgleich der Steg 29 anfänglich eine kreisförmige Linie ist, in die der glockenförmige

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Körper 30 und der Entlastungsteil 35 alt einer weichen KrÜMMung Münden, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, und sich etwas gegen dae Rohr abflachen kann, sobald der Stütz- oder Gegendruck, der so groß ist, daß er das Rohr 13 sind um den Dorn 1% zusammendrücken kann, sich in der Nut 33 entfalten kann, führt die zunehMende Vergrößerung des DorndurohMessers und des RohrdurohMsssers in der Fon während des Ziehvorgangs dazu, daß das Rohr Mit deM Foγμ-ring in iawer größereM Abstand von der Ursprungslinie nach rechts in Eingriff kosrnt. Anstelle eines bloßen Ausflaohens zwisohen der Ursprungslinie und deM sich bewegenden Berührung β - oder Eingriffspunkt scheint sich jedoch der Mittelteil des Ringes von deM Rohr weg nach außen zu wölben, und zwar in deM Maße, wie dies der Raum in der Nut 33 zuläßt, um einen verhältnisMfissig schMalen Steg Mit deM Rohr in Berührung zu halten und dadurch auf das Rohr eine Im wesentlichen konstante Bearbeitungskraft auszuüben.

Um dies zu erreichen, wurde der federnde Ringkörper so gebaut, daß er Mit deM schMalsten Abschnitt sich gegen den ursprünglichen Steg abstützt, und daß von dieseM Abschnitt in Richtung auf das Eintrittsende des Durchgangs die Dieke nach rechts allMählioh zuniMMt. Man erkennt, daß dies dadurch erreicht wird, daß die KrÜMMung der Bodenoberfläche 3* der Nut 33 auf der gekrÜMMten inneren Oberfläohe des gleokemförMigen Körpers 30 und des federnden Ringktfrpers zentriert wird, wobei beide Zentren etwa in einer Ibeme lotrecht so der Achse des Rings angeordnet sind, und die Nat sohMaler als der Ringkörper ist. Daraus ergibt sioh die rollende, fahrend Wirkung des Steges, der verhältniSMässig loiuul bleibt, während sioh der Mittelteil der Durohgangswand selbst außer Reibungsberührung Mit den Teil des Rohres hebt, der bereits abgeschrägt oder verjüngt worden ist, wie dies in den Figuren % und 5 gezeigt ist.

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Das bevorzugt· Mittel zur Ausübung einer gleichmässigen Stützkrsft auf den flexiblen Ringkörper 31 ist Mtromungs-■itteldruok. Zu dieses Zweck sowie zur Schaffung einer stabilen axialen Abstützung für den Ring 17 als Ganzes ist die Vorrichtung 10 mit eines Gehäuse ausgestattet, das den Ring umgibt und mit der Nut 33 so zusammenwirkt, daß eine abgedichtete, den Ringkörper einhüllende Kauer entsteht, um rund um den Ringkörper unter Druck stehendes Strömungsmittel aus einer geeigneten, nicht dargestellten Quelle, beispielsweise einer Pumpe einzuschließen.

Das hier gezeigte Gehäuse weist einen zylindrischen Körper 37 gleicher Länge wie die Spule bzw. Rolle auf, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß die Spulenköpfe 32 in einem Preßsitz aufgenommen werden.Außerdem besitzt das Gehäuse ein Paar kreisrunder Stirnringe 38, die durch Schraubenbolzen 39 an den Stirnseiten des Gehäusekörpers befestigt sind und mit Mittelbohrungen 40 rersehen sind, die größer als der Durchmesser irgendeines Teils ist, das durch die Formvorrichtung laufen soll. Zwecks optimaler Abdichtung kann die Spule eine leiohte übergrlfe aufweisen und durch die Klemmwirkung der Schraubenbolzen in dem Gehäuse zusammengepreßt werden. Vie aus den Figuren 1-5 ersichtlich ist, führt eine Zufuhrleitung 51 von der Druckquelle durch ein Paßstüok 42 im das Gehäuse sowie in die darin taefindliohe Mut 33 hinein. Das Paßstück 42 ist in eine Einlaßöffnung 43 im Körper 37 eingeschraubt, die mit der Nut 33 axial fluchtet. Omr in der Kammer erzeugte Stützdruck wird während des ven dem kleineren Ende in Riohtung auf das größere Ende erfolgenden Verjüngens mit Hilfe eines Druckentspannungsventils 44 (Figur 1) gesteuert, um dadurch Strömungsmittel aus der Kammer abzulassen, sebald durch Auewölben und Ausdehnen des federnden Ringkörpers 31 der Druck zum Ansteigen neigt. Semit wird der Druck im wesentlichen automatisch konstant gehalten nnd dient als auf Veränderungen des Kammervolumens ansprechender Zeiger.

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Bei der oben beschriebenen Anordnung und dem Aufbau der Vorrichtung kann mit einem Rohrziehvorgang begonnen werden, indes ein konventioneller Dorn 1%, wie er aehr deutlich in Figur 6 dargestellt iit, im Inneren eines zugespitzten Rohres 13 der in Figur 7 dargestellten Art angeordnet wird, wobei die Größenverhältnisse zwischen Dorn und Rohr so gewählt sind, daß das größere Ende des Dornet eng in das nicht zugespitzte Ende des Rohres paßt, während ein Zapfen 45 ■■ kleineren Ende des Dernes in deai zugespitzten Teil des Rohres angeordnet wird. Daraufhin wird der zugespitzte T_eil in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Weise durch den Formring 17 gesteokt und von des Spannfutter 19 erfaßt, so daß er bereit liegt gezogen zu werden, wobei der kleinere Endteil des Denies sich innerhalb des Steges 29 befindet.

Bis zu diesem Zeitpunkt sollte die Kammer 33 drucklos sein, damit sich das Rohr 13 frei in den ungespannten Formring 17 einsetzen läßt. Daraufhin wird die Formvorrichtung 10 "aufgepumpt", um den Steg 29 zusammenzuziehen und so stark gegen das Rohr zu drücken, daß das Rohr fest auf dem Dorn 14 zusammengedruckt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß ein so hoher Druck zur Einwirkung gelangen kann, daß das Rehr so dicht auf dem Dorn festgeklemmt wird, daß die auf das Rohr einwirkende Zugkraft die Zugefestigkeit des Rohres übersteigt. Falls dies geschieht, kann ein Rohr aufgerissen werden. Demzufolge sollte der zur Einwirkung gelangende Druck auf den Wert begrenzt werden, der ausreicht, um das Rohr zusammenzudrücken und einen derartigen Zusammendruckvorgang aufrechtzuerhalten, solange das Rohr gezogen wird.

Der geeignete Druck ändert sich natürlich mit der Dicke und Zusammensetzung des Rohres.So ist beispielsweise fUr ein verhältnismässig dünnwandiges Aluminiumremr, beispielsweise 6061-T6 mit einer Dicke von 1,5 ■*! das von 2,54 auf

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1,27 ca rer j ling t wird, ein Druck von etwa 352 kp/oa in der Foravorrichtung ausreichend, während ein diokerwandiges Rohr aus Stahl einen Druck von etwa 1*10 bis 1760 kp/oa odar htther erfordert. Versuche mit dea jeveiligen Rohrtyp zeigen «ohne11 dee geeigneten Druckbereich an.

Nachdea die Formvorrichtung 10 "aufgepuapt" werden ist, wird der Ziehzylinder 23 betätigt, ua das Rohr 13 und den Dorn 14 als eine Einheit durch den Foraring 17 hindurchzuziehen. Da der Druck ausreicht, ua das Rohr zuaaaaenzudriicken, wird die ganze Rohrwand in den glookenftfraigen Körper 30 des Foraringes hineingedrüokt und geführt und zwar durch eine glatte Rollbewegung, wie sie bei 47 in Figur 4 gezeigt ist, und wird duroh den Sing auf den Dorn gebügelt. Da der Durohaesser des verjüngten Teils des Rohres zuniaat, aufl der kleinste Durchaesser das Foradurohgangs entsprechend wachsen, und der UrsprungHohe Stegbereioh beult sich von dea Rohr aus nach außen, wie dies bei 48 in Figur 4 gezeigt ist, während der wirksaae Steg entlang des glookenfttraigen Körpers in Richtung auf das Eintrittsende des Durchgangs vorwärtsschreitet. Deazufelge befindet eich der augenblickliche Bereich oder das augenbÜBcliohe Band dichter FreBberUhrung zwisohen dea Foraring, und das Rohr bleibt relativ sohaal.

Diese Wirkung setzt sieh in dea MaBe fort, wla sich der Foraring 17 relativ zu dea Rohr 13 bewegt, und sieh die größeren Enden des Rohres «nd des Dorne 14 dea Feraring nähern, wobei die Zustände der Teile in dar Nähe des Endes des Ziehhube in Figur 5 gezeigt sind, woraus ersichtlich ist, daß der Steg längs der Krttaavng das gleckeafOraigen Körpers bis zu einer Stelle vorwärts bewegt wurde, an der der Durchaesser des Durchgangs annähernd gleich dea Durchmesser des größeren Endes des Rohres ist. Während der

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weiteren Bewegung des Rohres aus dieser Lage breitet der Foraring das freie Ende des Rohres auf dea Dorn glatt aus und gleitet dann τοη dea Dorn herunter· ' Bs wird darauf hingewiesen, daß der Ring iai wesentlichen ungedehnt bleibt, bis der in der Kaaaer herrschende Druck geändert wird, um den Ring in seinen Ausgangszustand zurückzubringen.

Wenn der Ziehvorgang beendet worden ist, wird der zugespitzte Endteil 15 des Rohres 13 abgeschnitten, so daß ein fertiges Rohr 13a entsteht, wie es in Figur 8 gezeigt ist, das die gewünschte Verjüngung entsprechend der Verjüngung des verwendeten Dorne aufweist· Die rund usi den Umfang erfolgende Verteilung irgendwelcher kleiner Schäden, die in dea ursprünglichen Rohrrohling vorhanden gewesen sein können, ist vermieden worden, und die verjüngte Wand hat die gleiohe Dicke wie die Wand des ursprünglichen Rohres. In dea Ziehprozess zur Erzeugung einer Reihe identisoher Rehre wird der Zugring jetzt duroh Veränderung des Druckes in der Kaaaer in seinen Ausgangazustand zurüokversetzt, so daß die Vorrichtung 10 für einen weiteren Ziehvorgang bereitsteht.

In den Figuren 9 bis 11 ist eine Foraverriohtung dargestellt, «ie ait der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten identisch ist, wobei die Grundteile alt demselben Bezugszeichem bezeichnet sind. In diesea Fall beginnt jedoch der Ziehvorgang aa größeren Ende eines Dorne 14 und setzt sich dann im Siehtang auf das kleinere Ende fert. Die einzigen wesentlichen Unterschiede bei dieser Verfahrensweise bestehen in der Verankerung des Rohres 13 alt dea größeren Ende des Dorne and in der Benutzung ein·· umgekehrt verjüngten Fmmrmmgaabsohnitts 49, der an dem größeren Ende als keaxiale Verlängerung befestigt ist, die alt dea Zapfen 50 im Verbindung steht.

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Wie aiis den Figuren 9 und 10 hervorgeht, hat die FUhrungaverlängerung 49 ein· koaxial· Gegenbohrung 41, die in ihreai größeren Ende einen Sitz sur Aufnahme des größeren Endes de« Dorna mit einer Spielpaesung bildet. Ein Hit Gewinde versehener Zapfen 52 hält die beiden Teile fest zusanen, und das End« des Rohres 13 wird in dem Zwischenraum zwischen dem Dorn und der Verlängerung eingeschnappt gehalten.

Venn der Ziehvorgang aiit dea Foraring 17 in zusaaaengezogenea Zustand beginnt, wird dann der Ring etwas weiter ausgedehnt als der Größe des Rohres 13 auf dea Dorn 14 entspricht, indea einfach und schnell die Verlängerung 49 durch den Ring gezogen wird, bis der Steg des Ringes am rechten Ende der Verlängerung angekoaaen ist. Dieser einleitende Vorgang bewirkt, daß sich der federnde Ringkörper 31 kurz vor dar bei 31a in Figur 10 gezeigten Stelle nach außen beult and die für die Berührung alt dea Rohr geeignete Fora anniaat. Dann geht der Ziehvorgang, nachdea ein Druck zur Einwirkung gelangt ist, der ausreicht, ua das Rohr rund ua den Dorn zusaaaenzudrUoken, in der oben beschriebenen Veise weiter. Natürlich wird der federnde Ringkörper jetzt in zunehaendea Maß« durch den in der Nut 33 herrschenden Gegendruck rund ua da· Rohr und den Dorn zusaaaengezogen, und der Stegbereich wandert progressiv von dea Eintrittsende des F«radurchgangs fort, wenn der Durchaesser des Rohr·· abniaat, und kehrt la wesentlichen in die noraale, zusaaaengezogene Lage zurück,wenn da» kleinere Ende de· Dorne· durch den Ring in der in Figur gezeigten Veise hindurchgezogen wird. IAi den Stütz- oder Gegendruck ia wesentlichen konstant zu halten, kann ein gewöhnlicher Druckspeicher 53 (Figur 9) verwendet werden, alt dea zusätzliches Strömungsmittel der Kammer bei dem gewählten Draok zugeführt wird.

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Der wesentliche Vorteil dieser Verfahrensireise besteht in der Tatsache, daß ror dem Ziehvorgang das Bohr nioht zugespitzt zn werden branoht. Durch Verwendung der Führung0-verlängerung 49 zur Ausdehnung des Sings 17 vor dem Zusammenziehen wird die Verformung des Rings in demselben Bewegungsbereich gehalten, der bei dem Verfahren naoh den Figuren 1 bis 5 ermittelt wurde.

Wenn die Vorrichtung 10 für verhältniemässig hoohbelastete ZiehvorgMnge verwendet wird, mufi der Formring 17 natürlich so ausgelegt sein, dafl er höhere Gegendrücke aufnehmen kann, wobei in dem federnden Ringkörper 31 entsprechend dickere ¥andabschnitt vorgesehen werden müssen· Auoh können steifere Plastikmaterialien benutzt werden, beispielsweise mit einer Faserrerstärkung derart, wie sie in dem unter dem Namen "Nylafil" verkauften Material Verwendung finden. Der Formring muß aber nioht nur höhere Gegendrücke aufnehmen, sondern auoh größeren Axialkräften widerstehen, die bestrebt sind, den Stegbereioh zusammen mit dem Rohr durch die Form zu ziehen.

Zum Zwecke größerer axialer Festigkeit unter derartigen Belastungen läßt sich die Formvorrichtung 10 in der in den Figuren 12-1% gezeigten Weise auoh so abändern, daß mehrere radial bewegliche, in Axialdichtung steife Streben 54 rund um den Formring 17 verteilt angeordnet sind. In diesem Fall sind diese Streben Bleohmetallfinger, die, wie am besten aus Figur 14 ersiehtHöh ist, einen U-fÖrmigen Querschnitt aufweisen und an inen äußeren Enden auf Stiften 55 drehbar sind, die die Seitenwand· einer in dem Körper 37a des Gehäuses vorhandenen Nut 57 überspannen. Die Finger werden vorzugsweise im Gegenuhrzeigersinn (Figur 12) um die Gelenkstifte 55 gedrückt, und zwar mittels eines nicht dargestellte Federvorrichtung, die die freien Enden unter leichtem Federdruok elastisch an der Bodenwand 34 der Nut 33 rund um den

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Formring hält, »«vie in enger Anlage an den benachbarten Wänden der Köpfe 32 auf der Spule.

Auf diese Weise sind die in radialer Richtung freien Enden der Figur 5* nahe an dem elastischen Ringkörper 31 angeordnet, um während des ganzen Betriebs der axialien Verformung des Steges Widerstand entgegenzusetzen während der Steg in Radialrichtung bewegbar ist, so daß eine Behinderung der richtigen radialen Federwirkung des Formringe 17 vermieden wird. In allen anderen wesentlichen Merkmalen stimmen Konstruktion und Betriebsweise der abgeänderten Formvorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen überein.

Es wurde bereits festgestellt, daß hartes Nylon ein geeignetes Material für den Formring ist, und daß verstärktes Nylon, beispielsweise das unter den Handelsnamen "Nylafil" verkaufte Material, eine noch höhere Streckgrenzenfestigkeit aufweist, um einem möglichen Versagen unter der Wirkung der Kräfte, denen der Ring ausgesetzt ist, Widerstand entgegenzusetzen. Diese Kräfte werden durch den Druck des in die Formvorrichtung eingeleiteten Strömungemittels, ferner die gesamte Axialkraft, die den Ring aus dem Gehäuse herauszuziehen bestrebt ist und, was am wichtigsten ist, durch die axiale Extrusionskraft gebildet, der der Stegbereioh ausgesetzt ist, wenn das Rohr durch den Ring hindurchgezogen wird. Somit sind die wesentlichsten Merkmale des Formmaterials die Eigenschaft, sich wiederholt über den Bereich, der für den jeweiligen Ziehvorgang erforderlich ist, auszudehnen und zusammenzuziehen, sewie eine ausreichende Härte und Festigkeit oder Zähigkeit, um auf das Rohr den Stütz- oder Gegendruok zu Übertragen, ohne daß in Axialrichtung Rißbildung entsteht, wenn das Rohr gezogen wird.

In Verbindung mit diesen charakteristischen Eigenschaften sollte das Material einen iedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen, um die Sohleifwirkung und Hitzeentwicklung, die

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den Ziehvorgang begleitet, auf ein Mindestmaß zn beeohränken. Bei einer Nylonfora igt bereits ein einfacher Riegel Seife als zufriedenstellendes Schmiermittel verwendet worden, während viele übliche Ziehprozesse komplexe und hochentwickelte Sohmiermittelgemisohe bentftigen.

Insbesondere ist das als Flaggenstoff "Cadoo* verkaufte Material ein bevorzugtes Hartnylon für den Formring. Es wird angenommen, daβ auch "Delrin* brauchbar ist und daß verschiedene andere Plastikmaterialien mit geeigneten physikalischen Eigenschaften für den obigen Verwendungszweck brauohbar sind. Aufgrund der obigen Ausführungen werden sich dem Kunststofffaohmann bestimmte Materialien von selbst anbieten.

Aus dem obigen geht hervor, daß der Erfindungsgegenstand sowohl eine verbesserte Formvorrichtung 10 als auch ein neuartiges Rohrziehver£ahren beinhaltet, bei dem ein ausdehnbarer und zusammenziehbarer Formring 17 Verwendung findet, der duroh gleichmässig verteilten Druck abgestützt wird und dazu dient, ein Rohr rund um einen Dorn 1% in eine gewümsohte Form zu drücken, wenn das Rohr und der Dorn in Längsrichtung duroh den Formring hindurchbewegt werden, wobei der Stütz- oder Gegendruok während de· ganzen Ziehvorgangs im wesentlichen konstant gehalten wird. Dazu kommt, daß der Formring sich viele Male wiederverwenden läßt, so daß eine wirtschaftliche und einen guten Wirkungsgrad aufweisende Massenproduktion von verjüngten Rohren mit Hilfe eines solchen Formrings im Gegensatz zu den bekannten verlorenen Formen oder anderen ausdehnbaren Matallformem, die im besten Fall nur eine beschränkt· Wieder-Verwendbarkeit haben, möglich ist. Daraus ergibt sich eine in hohem MaBe anpassungsfähige Formvorrichtung, «ie einem wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik mit sich bringt. Abschließend soll darauf hingewiesen werden,

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da0 die Fomanordnung 10, obgleich ale hauptsächlich für die Verjüngung von Bohren auf Dornen geschaffen worden ist, in ihrer Verwendbarkeit nicht notwendigerweise auf diesen genannten Fall beschränkt ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE .* Dipl.-lng. M ARTI N LI CHT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN Df. R El N HOLD SCHMIDT

8 MÖNCHEN 2 · THE RES I ENSTRASS E 33

Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

RAYMOND ARTHUR MATTHEWS Mönchen,den 9.September I969

PALOS VERDES ESTATES,CALlF.,V.St.A.

VXA ANAGAPA 2*3*32 Ihr Zeichen Unser Zeichen K6/C8

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i Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen von Metallrohren.

JFormvorrichtung zur Verformung eines zähen Metallrohres auf einem verjüngten Dorn zu einem verjüngten Rohr, das der Verjüngung des Dornes entspricht, mit einem Formring, der sich wiederholt in einem erheblichen Bewegungsbereich in radialer Richtung streoken und in seine Ausgangsform zusammenziehen kann und einen zentralen Durchgang aufweist, zwischen dessen Enden sich ein Steg befindet, und mit einer diesen Ring starr abstutzenden Vorrichtung, um in axialer Richtung eine Zugbewegung relativ zu dem Rohr und' dem Dorn von dem einen Ende des Dorne zum anderen auszuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Formring (17) aus einem nichtmetallischen Plastikmaterial aufgebaut ist,
2. Formvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastikmaterial einen Reibungskoeffizienten aufweist, der niedrig genug ist, um ein Reißen oder Verfestigen des Steges (29) zn vermeiden.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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3. Formvorrichtung nach Anspruch i, wobei der Formring einen Ringkörper bildet, der eine den Steg begrenzende innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist, gekennzeichnet durch Mittel (41,42,43,44), alt denen eine la wesentlichen konstante Druckkraft rund ua die äußere Oberfläche zur Einwirkung gebracht und aufrechterhalten werden kann, die groß genug ist, ua das Rohr (13) rund ua den Dorn (14) zusaaaenzudrücken und das Rohr während einer derartigen Relativbewegung glatt in die verjüngte Fora des Dornt auszuglätten..
4. Foravorrichtung naoh Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche die Bodenfläche (34) einerUafangsnut (33) ist, die den Ring (17) ualäuft und dadurch auf dea Ring in axialer Richtung getrennte Köpfe (32) schafft, die in der Stützvorrichtung (37) f*»t verankert sind.
5. Foravorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch auf der Stützvorrichtung (37) vorhandene Mittel (43), die sich in die Nut (33) hineinerstrecken und den Ringkörper (31) gegen axiales Federn versteifen, dagegen radiales Federn des Ringkörpers zulassen.
6. Foravorrichtung naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsaittel (43) alt langgestreckten, in axialer Richtung starren Federn (54) versehen sind, die rund ua die Nut (33) ait der Stützvorrichtung in Verbindung stehen und freie Endteile haben, welche in die Nut (33) einrasten und in Radialrichtung in bezug auf den Ring (17) beweglich sind.
7. Foravorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagungsvorrichtung eine abgedichtete Kammer rund um die Nut (33) sowie Mittel (41,42,43,44) zur Abgabe von Strömungsmittel unter einem gewählten Druck in diese Kammer aufweist.

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8. Formvorrichtung nach Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufaohlagungarorrichtung ferner ■it eines Druokentspannungsventil (hk) auageatattet iat, daa den AbIaB τοη Strömungsmittel ans der Kammer (33) während der Ausdehnung des RlmgkOrpers (31) bewirkt, wobei letzterer aioh entlang eines Rohrea (I3) und eines rerjungten Dorne (14) von de» kleineren zum größeren Ende hin bewegt.
9. Formvorrichtung naoh Anspruch 7, daduroh gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufaehlagungsvorrichtung ferner Mittel (%1,42) aufweist, ait denen während der Kontraktion des Körpers (31) Strömungsmittel unter einem im wesentlichen konstanten Druck der Kammer (33) zugeführt wird, während aich der Ringkörper entlang eines Rohres (13) und eines verjüngten Dornt (14) von dem größeren Ende in Riohtung auf das kleinere Ende bewegt.
10. Formvorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Ring (17) aui Nylon aufgebaut ist.
11. Formvorrichtung naoh Anspruoh 7, daduroh gekennzeichnet, daß der zentrale Durchgang einen kreisrunden Querschnitt hat und daß das eine Ende des Durchganga sein lintrittsemde bildet, daß der federnde RingMtyer (31) «ine Dioke aufweist, die von dem Steg (29) in Riehteng auf dieses Eintrittsende immer weiter vergrößert,and daß die Stützvorrichtung (37,38) ein Gehäuse aufweist, das den Ring (17) umgibt «ad ihn gegen axiale Bewegung starr abstutzt, wobei das Gehäuse und der Ring darUberhinaus gemeinsam die Druckkammer (33) rund um den Ringkörper (31) bilden, im der unter Druok stehendes Strömungsmittel gehalten wird, um «em Ringkörper während eines lohrsiehverganga abzustützen.

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12. Formvorrichtung naoh Anspruoh H₁ dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläohe des Ringkörper» (31) Ton dem Steg (29) zum den glockenförmigen Körper (30) bildenden Eintrittsende eine weiche Krümmung aufweist und über den Steg (29) zur Schaffung eines Entlastungsteils (35) hinausgeht, wobei die Bodenoberfläche (34) der Nut (33) mit der inneren Oberfläche so zusammenwirkt, daB die immer mehr zunehmende Dicke des Körpers entsteht.
13. Formvorrichtung nach Anspraoh ii, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläohe von dem Eintrittsende (30) des Steges (29) aus leicht gekrümmt ist und in ähnlicher Weise jedoch umgekehrt τοη dem Steg (29) zu dem anderen Ende gekrümmt ist, das den Entlastungsteil (35) bildet, wobei die gekrümmte Bodenfläche (34) der Nut (33) etwa auf der Krümmung des glockenförmigen Körpers (30) und des Entlastungsteils (35) zentriert ist und eine geringere Breite aufweist, wodurch die Dicke τοη dem Steg (29) aus in beiden Riohtung progressiv zunimmt.
14. Formvorrichtung naoh Anspruch 12, gekennzeichnet durch wenigstens eine öffnung (43) in dem Gehäuse (37) zur Druckmittelzufuhr in dia Kammer (33), und durch Mittel (41,42) sur Druckmittelabgabe durch die öffnung (43) in die Kammer (33), wobei daa Druckmittel unter einem so hohen Druok steht, der den Steg (29) rund um ein Rohr (13) auf einem Dorn (14) in dem Durchgang zusammendrückt und das Rohr (13) rund um din Dorn (14) schlägt.
15. Fomrerrichtung naoh Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der sich vergrößernde Durohmesser des Dorne (14) den Hingkörper (31) naoh außen bemlt und bewirkt, daß der Stegbereioh (29) des Durchgänge entlang der inneren Oberfläohe in Richtung auf da· Eintritteende wandert.

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16. Verfahren zur Formung eines Rohres auf einem verjüngen Dorn, um da· Rohr entsprechend der Verjüngung des Dorns abzuschrägen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr über einen verjüngten Dorn geschoben mit dem einen Endteil in einem flexiblen Formring angeordnet wird, in dem sich eine Öffnung befindet und der aus einem nichtmetallischen Plastikmaterial aufgebaut ist, das sich wiederholt in Ringform ausdehnen und zusammenziehen kann; daß der Formring rings herum mit einem Gegendruck gleichmässig beaufschlagt wird, der so hoch ist, daß der Ring rund um das Rohr zusammengezogen wird und den Endteil fest gegen den Dorn staucht, wobei das Rohr und der Dorn gemeinsam mit dem End· relativ zu dem Ring bewegt werden, um das Rohr und den Dorn durch den Ring hindurchzuziehen ; und daß während einer derartigen Bewegung der Gegendruok auf den Ring im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch zwischen dem Ring und dem Rohr eine im wesentlichen konstante Bearbeitungskraft aufrechterhalten wird, um das übrige Rohr rund um den Dorn zusammenzudrücken.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn und das Rohr aus dem Ring entfernt werden, daß der Ring in seinen AusgangezustamA zurückgebracht wird, und daß die Verikhrensschritte mit einem Dorn und einem zweiten Rohr wiederholt werden.
18. Verfahren naoh Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der Dorn so angeordnet sind, daß das kleinere Ende des Dorns sich in dem Ring befindet und daß der Gegendruck dadurch erzeugt wird, daß unter Druck stehendes Strömungsmittel in einer rund um den Ring führenden Kammer eingeschlossen wird, wobei der Gegendruck durch Entspannung von Strömungsmittel aus der Kammer aufgrund der Ausdehnung des Rings, wenn sich das Rohr und der Dorn durch den Ring hindurchbewegen, im wesentlichen konstant gehalten wird.

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19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der Dorn ait dem größeren Dornende in des Ring liegend angeordnet werden, und daß der Gegendruck durch unter Druck stehendes, eingeschlossenes Strömungsmittel aufgebracht wird, wobei der Strömungsmitteldruck durch Strömungsmittelzufuhr unter gewähltem Druck zu der Kammer im wesentlichen Konstant gehalten wird, um den Ring progressiv rund um das Rohr und den Dorn zusammenzuziehen und dadurch die Bearbeitungskraft aufrechtzuerhalten.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Anordnung gehurt, daß das Rohr auf dem D₀rn angeordnet wird, daß das Rohr einen Durchmesser aufweist, der mit nur geringem Spiel rund um das größere Ende paßt, daß eine sich umgekehrt verjüngende Verlängerung auf das größere Ende gesteckt wird, die sich über das Rohr hinauserstreokt, und daß der Ring in bezug auf die umgekehrt sich verjüngende Verlängerung geftihrt wird, um die Öffnung in dem Ring auf eine Größe zu bringen, die groß genug ist, um auf dem Rohr rund um das größere Ende zu gleiten.

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