DE1948966A1

DE1948966A1 - Einspanneinrichtung,insbesondere zum Traegheitsschweissen

Info

Publication number: DE1948966A1
Application number: DE19691948966
Authority: DE
Inventors: Sage Ira Harold; Farley James Lansdon; Martin Eugene Raymond
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-27
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1276863A; FR2019165A1; US3542383A; JPS5024698B1; BE738045A

Description

Hamburg, den 24» September 1969

Priorität 30„ Sept. 1968

U.S.A. 3er.No. 763

Anmelder»

Caterpillar Tractor Go«
■ Peoria, 111., USA.

Einspanneinrichtung, insbesondere zum Trägheitsschweißen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspanneinrichtung

und insbesondere auf eine Einspanneinrichtung zum Befestigen eines rohrförmigen Werkstückes.in einer Trägheitsschweiß-Maschineo Nach der Erfindung wird eine verbesserte Einklemmung des Werkstückes durch die Kombination einer einengbaren äußeren und einer erweit.erbaren inneren Klemmvorrichtung erreicht, die nach Wahl betätigbar sind, um eine "Verformung des Werkstückes zu verhindern und das Werkstück während des Sohweißvorganges sicher zu halten»

Die Verwendung einer einzigen erweiterbaren oder ein·- engbaren Einspannvorrichtung, zusammen mit einem feststehenden Stützteil führt beim Reibungsschweißen von rohrförmigen Werkstücken oft zu unbefriedigenden jürgebnissen. Die Einspanneinrichtung muß das Werkstüok

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halten^ Während/in gegenseitiger Einwirkung mit einem anderen relativ zu ihm unter sehr hohen Axialkräften drehenden Werkstück steht» Die Schwierigkeiten beim Einspannen und Halten sind besonders groß, wenn eines der Werkstücke ein verhältnismäßig dünnwandiges Rohr ist. Die Einspanneinrichtung muß anfänglich

die

das Werkstück festhalten, ohne Abmessungen des Werkstückes zu verändern,, Das rohrförmige Werkstück .muß auch vor Kräften geschützt werden» die unter den während des Schweißvorganges wirkenden Kräften eine Beulung, Verdrillung und ein Zusammenfallen des Rohres verursachen könnten,, Die Einwirkung der Werkstücke, aufeinander durch die Relativdrehung während des Schweißvorganges kann auch einen Schlupf der Werkstücke in den Einspanneinrichtungen hervorrufen«

er

Solch ein Sehlupf ist nachteilig, da-ete? genau festgelegte Schweißparameter verändern oder auch zur Verformung oder Beschädigung des Werkstückes führen kann»

Deshalb ist es ein Ziel der Erfindung, eine Einspanneinrichtung mit inneren und äußeren opannteilen zum Befestigen eines Werkstückes zu schaffen»

Die Erfindung bezweckt ferner, eine anfängliche Klemmkraft auf das .verkstück aurch die innere Spannvorrichtung auszuüben, um die Abmessungen des rohrförmigen Werkstückes zu erhalten»

Weiter bezweckt die Erfindung, eine Einspannein—

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" richtung zu schaffen, die auf den axialen Sehweißdruck zwischen zwei Werkstücken mit einer weiteren Steigerung der Klemmkräfte an dem einen iferkstüok anspriQht.

Die Erfindung bezweckt außerdem, eine verbesserte Einspanneinrichtung für Trägheitsseliweißmasciiinen zum Pesthalten dünnwandiger roiirförmiger Werkstücke zu schaffen·

Nach der Erfindung weist eine Einspannvorrichtung zum Befestigen eines rohrförmigen Werkstückes insbesondere in einer TrägheitsscJiweiBmaschine eine eineingbare äußere und eine erweiterbare innere Klemmvorrichtung auf. Um eine j3eformation des Werk— Stückes während des Sohweißvorganges auszuschalten und um es vpr Verformung, Beulung, Verdrillung oder Zusammendrückung zu bewahren, wird anfänglich die Klemmkraft überwiegend von der inneren Klemmvor— ricntung ausgeübt, während die Kleiamkraft der äußeren Klemmvorrichtung im Zusammenhang ait dem Einwirken der tYerkstücke aufeinander gesteigert wird.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aas der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen beispielsweise erläutert und dargestellt sind* ils 2eigen: ,

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Fig. 1 .,eine Seitenansicht einer Trägheitssehweiß- - ' Maschine in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungs-• gemäße Spanneinrichtung zur Verwendung in der Maschine nach Fig. 1 und

Figo 3 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Spanneinrichtung nach der Erfindung«

^ In Fig« 1 ist eine Reibungsschweißmaschine· als

Beispiel für die Anordnung einer Spanneinrichtung nach der Erfindung, gezeigt. Die Maschine weist
einen Rahmen 11 mit zwei zu schweißenden Teilen
auf, den Werkstücken WP-I und V/P-2, die in den Ein-'.spannvorrichtungen^;12 und 13 angeordnet sind. Die Reitstockeinspannvorrichtung 13 ist in einer Halterung 14 gegen Drehung gesichert. Die Halterung 14 ist
auf dem Maschinenrahmen angeordnet und durch einen ■"·

. Druckzylinder 16 axial bewegbar« Ein nicrrb dargestellter Drucksteuerkreis reguliert den Druck im
Druckzylinder und bestimmt die Kraft, mit der die Teile '(VP-I und .ΪΡ-2 in Berührung treten«

Die Einspannvorrichtung 12 ist an einer Welle 17
befestigt, die: ihrerseits drehbar in einer Lageranordnung 18 gehalten wirdβ Ein Elektromotor 19
dreht die Welle 17 über eine hydrostatische Transmission, die aus einer hydraulischen Pumpe 21,
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einem hydraulischen Motor 22 und einem Verteiler 23 zwischen Pumpe und Motor besteht_o Eine oder mehrere "Trägheitsgewiohte 24 sind an der Welle entsprechend dem Trägheitsschweißverfahren angeordnete

Die vorliegende Erfindung "betrifft im wesentlichen eine der Einspanneinriohtungen, z.B. die Einrichtung 12, und ihren Aufbau, der daa Einspannen eines röhrenförmigen Werkstüokes WP-I ermöglicht.

Nach fig. 2 enthält die Einspanneinrichtung 12 einen Spannkörper 31, der mit Kopfsohrauben 32 an einem. Wellenfortsatz 33 befestigt ist. Der Wellenfortsatz 33 wird an der Welle 17 duroh Kopfsohrauben 35 gehalten. Der Spindelkopf 33 hält einen Treibkeil 34 _t der in den Spannkörper 31 eingreift, um eine gemeinsame Drehung der Einspanneinrichtung mit der Welle zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung enthält die Einspanneinrichtung einen äußeren Spannteil 36 und einen inneren Spannteil 37» die innerhalb des Spannkörpers 31 konzentrisch mit Abstand voneinander gehalten werden, um das Werkstück WP-I aufzunehmen.

Zum äußeren Spannteil 36 gehört eine geschlitzte Klemmhülse, die auf einen Antriebsblock 3 40 gesohraubt ist, der innerhalb des Spannkörper β. -31 liegt. Die Klemmhülse 36 hat einen äußeren Konüsabsohnitt 38, der in eine Schräg/- oder Konttsfläohe

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paßt, die am Bnde des Spannkröpers 31 ausgebildetist« Die Schrägflachen 38 und 39 wirken zusammen, wenn die Klemmhülse 36 in der Darstellung der Fig. naoh links in den Spannkörper 31 hineinbewegt wird, so daß die Klemmiiülse 36 eingeengt oder etwas verformt wird, um das Werkstück 7ß?-l einzuklemmen« Islehrere Keile sind am Spannkörper 31 befestigt und greifen in die Klemmhülse 36 ein, um diese gegen eine Drehung gegen— . über dem Spannkörper 31 zu analten. Ähnliche Keile W 42 sind am Antriebsblock 40 befestigt und greifen in den Spannkörper 31 ein, um eine Relativdrehung zwischen diesen Teilen der .!einspanneinrichtung zu vermeiden.

Die äußere Klemmhülse 36 kann für sich allein bei allgemein massiven Werkstücken benutzt werden* Hach der Erfindung soll dieser Teil jedoch vor allem zusammen mit dem Inneren Spannt eil 37 zur Führung eines röhrenförmigen Werkstücks WP-I verwendet werdena Der innere Spannteil 37 ist ebenfalls eine gesohlitzte Klemmhülsθ und hat eine innere.Schräg- ■ oder KdnMsflache 43 s der ein sich verjüngender Aufspann- oder Eintreibedorn44 zugeordnet ist» Der Auispanndorn 44 kann auf den inneren Spannteil i 37 einwirken, wobei er den Spannteil erweitert und ihn gegen das Werkstück vyp-l presst» Der Aufspanndorn ist, um ihn gegen den inneren Spannteil 37 zu

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an einem Bolzen 46 äuroh Anschlagmittel befestigt, zu denen Mutter 47 des Bolzens 46 gehört. -Der Bolzen 46 ist in einen Betätigungsschaft 48 eingeaohraubt und mit einer kadensehraube 49 gesichert. Der dchaft 48 ist seinerseits an dem Gestänge eines hydraulischen Klemnizylinders befestigt, dessen Gestänge teilweise bei 51 zu sehen ist. Die innere öpannhülse 37 ist an einer Zwischenplatte 5<: befestigt, die ihrerseits mit einem Keil 53 am. Ali trieb solocic 4l^! angebracht ist. Der Keil 53 verb eine Drehbewegung des Antriebsolockes in :±e;:uc auf die ^v/iachenplatte* ß±n v.eiterer Keil 54 verhindert eine Drenbev.e^ung der inneren opaunlager 37 in ise^u,: auf äie Zwisciieuplatte 52· iäin AbstandsoioGk. 5c let an der HiiCÄselte des Anti'iebsblocke3 4c befestigt und atöirt an die Hylinaertjestange 51» ;;::. aie i.oöü:-g aes «erÄa-tüektss au3 aer .iiiiapai^neinriontung zn erleichtern, ^ine ^.vischenplatte 57 ist ebenfalls, aurch einen i5ichtungsrii:g 5C an der Rückseite des Antriebsbiockes 4ö nahe dem Abstandsblock 56 befestigt, ,wobei ein Dichtungsring 58 zwischen dem Antriebsblock und I;vischenplatte 57 -angeordnet ist. Da die Z..iachenplatte durch Ansiehen von "öcr.rauben bC am Antriebsblock befestigt ist, wird aer Dichtungsring 58 zusaamengeprej3t und dient zur /erriegelung des Schaftes 48 mit dem Antriebsblock 40, so daß - wenn die Einspanneinrichtung vom

.Spindelkopf 33 fortbewegt wird - die inneren !feile 009815/1396

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.der Einspanneinrichtung auf ihrem Platz zurückge- nalten werden. Eine Feder 59 ist zwischen dem Dorn 44 und einer Ringscheibe 61 angeordnet, die am Schaft 48 anliegte Die Feder 59 hilft ebenfalls bei der Lösung der Werkstücke aus der Spanneinrichtung»

Während eines typischen Schweißvorgange8 wird das Werkstück WP-I zunächst in die Spanneinrichtung

κ zwischen-dem äußeren Spannteil 36 und dem inneren Spannteil 37 eingeführt.^ Die Kolbenstange des Binspann-Zylinders 51 wird zurückgezogen, in der Darstellung der Figo 2, nach links_β Dementsprechend wird der Dorn 44 in die Spanneinrichtung durch den Antriebsbolzen 46 hineingetrieben und bewirkt, daß die innere Spannvorrichtung 37 sich dehnte Bei diesem Vorgang wird die Feder 59 .zwischen'dem-Dorn 44 und der Dichtungsscheibe 61 zusammengepresst, bis sie ■ mit der inneren Spannvorrichtung 37 in Berührung

" kommt«

Wenn-die innere Spannvorrichtung 37 des Werkstück 'WP-I berührt, wird die durch den einspannenden .Zylinder ausgeübte Axialkraft durch die innere .iCLemmhülse auf-, den Antriebsblock '40-übertragen· Der - .Antriebsblock wird dann ebenfalls nach links be- _ wegt und zieht die äußere Klemmhülse 36 weiter in den Spannkörper 31 hinein. Durch Zusammenwirken

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der Konnsflachen 38 und 39 wird die äußere Klemmhülse 36 auf das Werkstück V/P—1 gezwängt und das Werkstück während d-es ganzen Sohweißvorganges durch • eine konstante: durch den einspannenden Zylinder ausgeübte Kraft an seinem Ort gehaltene Vor der ersten Berührung des Werkstückes WP-I duroh die innere Klemmhülse 37 wird die Klemmkraft während dieses anfänglichen Abschnittes hauptsächlich durch die innere Klemmhülse hervorgerufen, während die

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äußere Klemmhülse 36 i als Stützglied dient« Die hauptsächlich durch die innere Klemmhülse 37 bewirkte üünklemmung verhindert, daß die äußere Klemmhülse 36 zusammengedrückt oder die Abmessungen des Werkstückes WP-I verändert werden.

Wenn die Werkstücke WP-I und WP-2 während des eigentlichen Schweißabschnittes des Arbeitsablaufes axial in !Eingriff treten, drehen sich das Werkstück WP-I und die Einspanneinrichtung 12 zusammen mit der Welle 17, siehe Figo Ie Der Axialdruck, der vom Werkstück WP-2 gegen das Werkstück WP-I ausgeübt wird, wird auf die Stützplatte 52 und dann in den Antriebsblock 40 übertragen» Da die äußere KLemm-M1r<3 36 am Antriebsblock 40 befestigt ist, wird daduroh eine zusätzliche Kraft ausgeübt, um die äußere Klemmhülse 36 auf das Werkstück zu pressen und damit eine noch größere Klemmkraft auf das Werkstück WP-I auszuüben«. Diese Axialkraft ist viel

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größer als die Kraft, die über die KLemmzylinderstange 51 ausgeübt wird} daher bringt wänrend dieses Zeitabschnittes hauptsächlich die äußere Klemmhülse 36 die Klemmkraft auf, während die innere Klemmhülse 37 mehr zu einem Stützglied wird«, Die auf diese 7/eise angewendete zusätzliche Klemm— kraft trägt dazu bei, daß eine Relativdrehung des Werkstücks WP-I in der Einspanneinrichtung verhindert und eine Verdrillung oder Beschädigung des Werkstückes vermieden wird, während es erheblichen Kräften durch das hinwirken von dem anderen Werkstück WP-2 unterliegt. Bei Abschluß der Schweißung wird die Klemmzylinderstange 51 nach rechts verschoben, wodurch der Betätigungssohaft 48 nach rechts geschoben und die Mutter 47 außer Berührung mit dem Dorn 44 bewegt wird. Gleichzeitig berührt die Zylinderstange 51 den Abstandsblock 56 und schiebt den AntriebsbloGk 40, die Zwischenplatte ) 52 und die äußere und die innere Klemmhülse 36 und

37 nach rechts, so daß das Y/erkstüek zunächst von der äußeren Klemmhülse 36 freikommt_a Die ge— -t spannte Feder 59 löst den Dorn 44 von der inneren Klemmhülse und erlaubt, das Werkstück IP-I aus der

"■-■■■'■■ ■"-.'■ ' - ■ ' Einspanneinrichtung herauszunehmene ·

In Mg, 3 wird eine abgewandelte Ausführungsform der Einspanneinrichtung 12 gezeigt, die im allgemeinen der in S¹Igο 2 gezeigten ähnlich ist· Die innere und

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•äußere Spannvorrichtung sind vorzugsweise für eine Anpassung an ein dünnwandiges, röiirenförmiges Werkstück mit kleinem Durchmesser gedacht» die können aber auch für Werkstücke mit größerem Durchmesser benutzt werden. Die Teile in Pig· 3» die denen in Fig. 2 entsprechen, sind durch Zahlen mit ätrichindex bezeichnet. Die äußere Klemmhülse 36'reicht radial nach innen bis zur Berührung des «Verkstückes WP-I'· Die innere Klemmhülse 37^e und die dazugehörigen Teile sind im Vergleich zur ersten Ausführungsform etwas abgeändert und vereinfacht* Der Dorn 44' iat an der Stützplatte 52' befeatigt, die auf dem Antriebsblock 40' angeordnet ist. Die innere »Spannvorrichtung oder gedcnlitzte ivlemmhülse 37' ist nicht am Antriebsblock befestigt« Der bolzen 46· erstreckt sich jedoch von den Betätigungsschaft 4ö ' aus mit seinem Kopf oder Anschlägteil £7', ^®¹* auf die innere iClemmhülse 37' ^mit einer unterlagscheibe öl' einwirkt, durch den Jörn 44' hindurch. Die sohräger., ineinandergreif enden iläcii-en des Domes 44' und aer inn er en Klemmhülse 57', liegen unifjeice.'.rt v.ie in der Darstellung der FIg, 2, so daß auf ähnliche .reise eine Linksverstelluiig des ±setatigungsscnaftes 48* die innere Klemmiiülse 37' dasu bringt, sich durch Zusammenwirken lait dem Dorn 44· zn dehnen· Im übrigen entspricht die Art des K.le.:uavorgai:g3s iür die innere und die äußere ICLemniüülse 57' DSV,, 36' der Beschreibung au F±g_Q 2,

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Claims

P a T iS H T A. HS P R ti 'J H E

1. ^Einspanneinrichtung zur Aufnahme und zum Festhalten

eines rohrförmigen ,VerlcStückes, gekennzeichnet durch einen Spannkörper (31), eine äußere einengbare, am Spannkörper angeordnete KIemmhülse (56), eine innere dehnbare Klemnhülse (37), die am üpannkurpur (31) konzentrisch mit Abstand.zur äußeren Klemmhülse zur Aufnahme des rohrförmigen-' Werkstückes (ΊΥΡ-1) zwischen den beiden klemm— hülsen angeordnet ist, und durch eine Vorrichtung (51, 48, 46, 44, 43, 40, 36, 38, 39) zum wahlweisen festziehen sowohl der inneren (37) als auch der äußeren Klecamhülse (36) auf dem rohrförmigen Yferkstück (WP-I)..

2. Einspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Festziehen nach A.fnahme des Werkstückes (WP-I) anfänglich hauptsächlich zur Ausübung einer Klemmhraft auf das ./erkstück mittels der inneren FCleiamhülse (37) cetätigbar ist, während die äußere Klemmhülse (36) zur Verwendung als Stützglied ausreichend umschlossen ist und das Werkstück '//P-I vor Verformung durch die KILemmhülse (37) bewahrt.

3. Einspanneinrichtung nach Anspruch 2 für eine

• Reibungsschweißmaschina, in .welcher ein Werkstück 009815/1396

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mit einem anderen Werkstück verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daU die äußere K.IeinBihül3e (36) dem einen Werkstück. (WP-I), so zugeordnet ist, daß die während des Sohweißvorganges voa anderen '.Verkstück (Ί7Ρ-2) darauf ausgeübte Axialkraft eine zusätzliche xlinengüng der äuüeran Klemmhülse (36) auf dem einen Werkstück (WP-I) verursacht, während die innere Klemmhülae (37) als Stützglied dient.

4. Einspanneinrichtung naoh Anspruch 3» gekennzeichnet durch. Anordnung an der drehbaren '.Velle (17) einer Trägheitsschwajßmaschine.

5. Einspanneinrichtung naoh Anspruoh 2, dadurch geksnnreichnet, daß die innere Klemmhülse (37) sum Einspannen von massiven Werkatüoken abnehmbar ist.

6. üünspanneinriohtung naoh Anopruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Eüemahüla* (37) geschlitzt ist und eine innere, Sohräg- oder Konusflsohe (4.3) aufweist, mit dar eine äußere Schräg- oder Konusfläohe einea axial bewegbaren ^orna (4-4) zum Pestziehen der geeohlitzten inneren Klemmhülse (37). gegen daa eine Werkstück WP-I zusammenwirkt.

7. fiinspannoinriohtung naoh Anspruch 6, fUr eine Heibungasohweißmaaohin«, in der das Werkstück

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an einer gemeinsamen Grenzfläohe nit einem anderen, entsprechend gehaltenen Verkstüok (WP-2) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (4-4) und' die innere Klemmhülse (37) mit einer Zugstangenvorrichtung (51, 48) zusammenwirken, die zur Verschiebung des Dorns (44) und der inneren Klemm— hülse (37) und zum i'estziehen der inneren Klemmhülse gegen das eine V/erk3tilck (.7P-I) betätigbar ist·.

8. ".einspanneinrichtung naoh Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die SuGeTe₁ Klemmhülse (36) geschlitzt und mit einer äußeren iJohräg- oder KonuB-fläche $j58) ausgebildet und von einer an einem' üparmkürper (33) angeordneten Buohse (31) umgeben iat, die eine innere üchräg- oder Konuofläche (3i/) aufweist, die allgemein zur Schräg- oder Konusfläche(38) der äußeren Klemmhülse (36) paßt, die gegenüber *«» Buchse und dem Spannkörper bev/eglieh angeordnet und an einem Antriebeblock -(40.) befestigt ist, um ein jinde des Werkstücken (WP-I) innerhalb d"r Binepanneinriohtung aufzunehmen·

9. Einepanneinriohtung naoh Anspruoh 8, gekennzeichnet ' duroh Vorriohtungen (40, 52, 54), eur Sicherung der geganeeitigen radialen Ausrichtung der inneren und der äuflex-en ELemmhülee (37 bzw· 36).

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10« Einspanneinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß an der Zugstangenvorrichtung (51» 48) ein ochaft (46) "befestigt ist,- der durch den Dorn (44) hindurch reicht und an seinem äußeren JSnde einen Anschlag (47) aufweist, der gegen den Dorn (44) wirkt, und daß eine j?eder (59inzwischen der Cugstangenvorrichtung und dem Dorn (44) angeordnet ist und das Lösen ¥βη der inneren Klemmhülse (37)von dem einen Werkstück (WP-I) erleichtert·

11· -Einspanneinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Teil (51) der Zugstangenvorrichtung über den Antriebsblock (40) die äußere Xlemmhülse (3b) in Läi-gsrichtung aur Lösung von dein einen ".Verkstiiclc (.7P-I) verschiebbar ist.

12. Einspannvorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zugstangenvorrichtung (51, 43) ein ochaft (46') befestigt ist, der durch den Dorn (J-I^ und die innere i.lennfiüise (37) iiindurch reicht und Anschlagmittel (47', 61") an seinem äuieren inde aufweist, die auf die innere Klemnhülse (37') wirken.

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