DE2050792A1

DE2050792A1 - Verfahren und Werkzeug zum Walzen von Zahnradern

Info

Publication number: DE2050792A1
Application number: DE19702050792
Authority: DE
Inventors: Benjamin Franklin Grosse Pointe Shores McNabb Warren Colburn Detroit Daniel David Wright Birming harn Mich Bregi (VStA)
Original assignee: Lear Siegler, Ine , Santa Monica, Cahf (VStA)
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1971-04-22
Also published as: US3631703A; FR2068202A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Werkzeuge zum Walzen von Zahnrädern.

In neuerer Zeit zeigt sich in der Industrie erneut ein größeres Interesse an Verfahren zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern durch Walzen, bei dem ein das Werkstück bildendes Zahnrad unter Aufbringen von Druck in Eingriff mit einem oder mehreren zahnradförmigen Walzwerkzeugen gedreht wird.

Vor dem Fertigbearbeiten werden die Zahnräder annähernd bis auf die gewünschte Form vorgeformt, jedoch auf eine solche Weise, daß bezogen auf die Dicke der Zähne ein geringer Werkstoffüberschuß vorhanden ist, der z.B. einigen Tausendsteln eines Zoll (0,001 Zoll = 0,0254 mm) entspricht. Durch den Walzvorgang wird der überschüssige Werkstoff so verdrängt, daß die Zähne des Zahnrades die gewünschten Abmessungen erhalten und gleichzeitig mit glatten, genau bearbeiteten Flankenflächen versehen werden.

Während des Fertigwalzvorganges variieren die Bedingungen,

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unter denen die Flanken der Werkzeugzähne die Flanken der Zahnradzähne berühren. Bei der Berührung zwischen nicht modifizierten Evolventenzähnen zylindrischer Zahnräder, die sich um parallele Achsen drehen, handelt es sich im wesentlichen um eine Linienberührung, und wenn die Zähne als Stirnradzähne ausgebildet sind, verlaufen die Berührungslinien parallel zu den Achsen der Zahnräder.

Je nachdem, ob es sich bei der betrachteten Zahnflanke um die voreilende oder die nacheilende Flanke eines Zahnradzahns handelt, bewegt sich die Berührungslinie auf der betreffendem Zahnflanke vom Zahnfuß zum Zahnkopf oder in umgekehrter Richtung. Zusätzlich zu dieser Wanderungsbewegung der BerUhrungslinie ändert sich die Gleitbewegung zwischen den zusammenarbeitenden Zahnflanken an der Berührungsstelle. Dieses relative Gleiten ist am größten am Zahnfuß und Zahnkopf und geht beim Erreichen des Teilkreises auf Null zurück. Außerdem kehrt sich die Richtung der relativen Gleitbewegung am Teilkreis, an welchem keine Gleitbewegung auftritt, um, obwohl sich das Wandern der Berührungslinie in der gleichen Richtung fortsetzt.

Der Werkstoff, der während des Fertigwalzens eines Zahnrades verlagert wird, zeigt eine mindestens teilweise auf die vorstehend beschriebenen Vorgänge zurückzuführende Neigung, sich in dem dem Zahnfuß benachbarten Bereich des Zahnradzahns anzusammeln, in welchem sich die Flanke des Zahnradzahns von der damit zusammenarbeitenden Flanke des betreffenden Werkzeugzahns abhebt.

Weiterhin ist es in manchen Feilen beim Konstruieren eines Zahnrades erwünscht, ein fertigbearbeitetes Zahnrad zu erhalten, das am Zahnfuß unterhalb des Anfangspunktes des wirksamen Zahnprofils bzw. unterhalb des Anfangspunktes des genauen Evolventenprofils mit einer Unterschneidung versehen ist,

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Die Erfindung sieht nunmehr ein Zahnradwalzwerkzeug in Form eines zylindrischen Zahnrades vor, das normalerweise als eines von zwei einander gegenüberangeordneten Zahnradwalzwerkzeugen benutzt wird. Die Zähne dieses Werkzeugs sind allgemein der gewünschten Zahn flankenform des zu rollenden Zahnrades konjugiert, doch weisen die Zähne gemäß der folgenden Beschreibung gewisse besondere Abänderungen auf, die von solcher Art sind, daß die Zähne des zu rollenden Zahnrades mit genauen Evolventenprofilen oder mit auf eine gewünschte Weise abgeänderten Evolventenprofilen versehen werden. Zusätzlich sind jedoch die Zähne des Rollwerkzeugs an ihren Flanken in der Nähe der Zahnköpfe mit Vorsprüngen versehen, die natürlich normalerweise mit den Fußabschnitten der Zähne des zu rollenden Zahnrades zusammenarbeiten und daher an diesen Fußabschnitten Unters chneidungen erzeugen.

Wenn Zahnräder nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem die Werkstücke sowohl vorgerollt als auch fertiggerollt werden, werden die erwähnten Vorsprünge an den Zähnen der Vorrollwerkzeuge vorgesehen, so daß sie die vorgerollten Zahnräder mit Unterschneidungen versehen, die Zonen bilden, welche den Werkstoff aufnehmen können, der während des Fertigrollens von den Flanken der Zahnradzähne aus nach unten oder innen verlagert wird. Jedoch sieht die Erfindung auch vor, Vorsprünge an den Flanken der Zähne von Fertigrollwerkzeugen nahe den Zahnköpfen der Werkzeuge auszubilden, so daß die Zähne eines fertiggerollten Zahnrades nahe den Zahnfüßen Unterschneidungen aufweisen.

Die Zähne des erfindungsgemäßen Rollwerkzeugs können weitere Abweichungen von einem genauen Evolventenprofil aufweisen und sind normalerweise mit solchen Abweichungen versehen. Diese Abweichungen können dazu dienen, die Zähne eines zu rollenden Zahnrades entsprechend zu verändern, oder es kann sich als notwendig erweisen, die Flanken der Zähne des zu

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rollenden Zahnrades mit einer Profilform zu versehen, die gegebenenfalls nicht genau dem Zahnflankenprofil des Rollwerkzeugs konjugiert ist.

Weiterhin werden in die erfindungsgemäßen Zahnradrollwerkzeuge bei ihrem Gebrauch gegenüber einem zu rollenden Zahnrad normalerweise nur in einer einzigen Richtung gedreht, was zur Folge hat, daß sich der Rollvorgang an den voneinander abgewandten Flanken der Zahnradzähne nicht genau in der gleichen Weise abspielt. Infolgedessen hat es sich als notwendig erwiesen, die Zähne des Rollwerkzeugs an ihren voneinander abgewandten Flanken auf etwas unterschiedliche Weise zu modifizieren, damit die Flanken des zu rollenden Zahnrades auf beiden Seiten jedes Zahns die gleiche Profilform erhalten.

Schließlich sieht die Erfindung Zahnradrollwerkzeuge vor, die insofern eine weitere Abänderung aufweisen, als nahe dem Fuß jedes Zahns eine geneigte Rampe vorgesehen ist, die sich unter einem Winkel zur benachbarten Flankenfläche des Zahns erstreckt. Diese Rampen sind so angeordnet, daß sie mit den äußeren Ecken der Zahnköpfe des zu rollenden Zahnrades zusammenarbeiten, die durch die Schnittlinien zwischen den Kopfflächen und den Flanken der Zähne des zu rollenden Zahnrades bestimmt sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Beziehung zwischen einem zu walzenden Zahnrad und zwei auf entgegengesetzten Seiten des Zahnrades angeordneten Zahnradwalzwerkzeugen.

Fig. 2 zeigt in einer Stirnansicht einen einzelnen Zahn eines Zahnradwalzwerkzeugs gemäß der Erfindung.

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Fig. 3 zeigt in einer Stirnansicht zwei Zahnradzähne, denen die gewünschte Form mit Hilfe des Werkzeugs nach Fig. 2 verliehen worden ist.

Fig. 4 ist eine Stirnansicht eines mit einer weiteren Abänderung versehenen Zahns eines Walzwerkzeugs gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 erkennt man ein zu walzendes Zahnrad W, das zwischen zwei Zahnradwalzwerkzeugen D1 und D2 angeordnet ist. Der Einfachheit halber sind in Fig. 1 die Zähne des Zahnrades und der Walzwerkzeuge nicht dargestellt.

Wenn es sich bei den Walzwerkzeugen D1 und D2 um Werkzeuge zum Fertigwalzen von Zahnrädern handelt, sind sie vorzugsweise durch Getriebezahnräder so miteinander gekuppelt, daß sie sich genau synchron drehen. Das zu walzende Zahnrad, das Zähne mit einem geringen Übermaß aufweist, die auf beliebige Weise erzeugt worden sind, z.B. durch Vorwalzen, Abwälzfräsen, Stoßen oder dergleichen, wird anfänglich - vorzugsweise nicht zwangsläufig - mit einer solchen Drehzahl angetrieben, daß es mit den Walzwerkzeugen kämmt. In der Praxis ist die nicht zwangsläufig herbeigeführte Drehbewegung des Zahnrades W etwas schneller oder etwas langsamer als die theoretisch richtige Umlaufgeschwindigkeit, damit die Zähne des Zahnrades während eines automatischen BeschickungsVorgangs in Eingriff mit den Zähnen der Walzwerkzeuge gebracht werden. Während die genannten Teile dann zwangsläufig gedreht werden, wobei das Zahnrad jetzt durch die Walzwerkzeuge angetrieben wird, werden die Walzwerkzeuge in der in Fig. 1 durch die Pfeile 10 angedeuteten Weise aufeinander zu bewegt. In der Praxis ist es zweckmäßig, eines der Walzwerkzeuge ortsfest anzuordnen, während das andere Walzwerkzeug und das zu walzende Zahnrad in Richtung auf das ortsfeste Walzwerkzeug bewegt werden.

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Das soeben beschriebene Verfahren kann auch durchgeführt werden, um im Wege des Vorwalzens Zahnräder herzustellen, deren Zähne ein geringes Übermaß haben. In diesem Fall geht man üblicherweise so vor, daß man den Zahnradrohling entsprechend der gewünschten Zähnezahl mit Einschnitten versieht, die gewährleisten, daß sich der Rohling im richtigen Eingriff mit den Walzwerkzeugen dreht. Alternativ kann man ein Zahnrad aus einem glatten zylindrischen Rohling herstellen; in diesem Fall muß die Umfangslänge des Rohlings genau gleich dem Produkt aus der Umfangsteilung der Zähne des Walzwerkzeugs an dessen Außendurchmesser und der Zähnezahl des herzustellenden Zahnrades sein.

Wenn ein Zahnrad in der Weise geformt wird, daß ein glattes zylindrisches Rohteil durch Walzen mit Zähnen versehen wird, wird der Werkstoff des Rohteils, der durch das Eindringen der Zähne der Walzwerkzeuge in die Umfangsfläche des Rohteils verdrängt wird, notwendigerweise nach außen über die ursprüngliche Umfangsfläche des Rohteils hinaus verdrängt. Hierbei ist natürlich nicht derjenige Werkstoff berücksichtigt, welcher in Richtung der Achse des Rohteils verdrängt werden könnte; eine solche Verdrängung von Werkstoff tritt jedoch in erster Linie nur im Bereich der Enden des Rohteila bzw. nahe den Enden der Zähne auf und übt keinen Einfluß auf die Zahnform im mittleren Teil des fertigen Zahnrades aus.

Im Fig. 2 ist ein einzelner Zahn 12 eines Zahnradwalzwerkzeugs dargestellt. Das Profil der Flanken dieses Zahns entspricht allgemein einem Evolventenprofil, doch kann die Evolventenform auf eine noch zu beschreibende Weise etwas modifiziert sein. Zusätzlich zu einer gegebenenfalls vorgesehenen Modifizierung des Evolventenprofils ist der dargestellte Walzwerkzeugzahn jedoch dadurch gekennzeichnet, daß er nahe den Köpfen der Zähne Vorsprünge 14 und 16 aufweist, die gleichmäßig nach außen gekrümmt oder vorgewölbt sind. Die maximale Höhe dieser Vorsprünge gegenüber dem Evolventenprofil beträgt

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zwischen etwa 0,0051 (0,0002 Zoll) und etwa 0,1 mm (0,0040 Zoll) und vorzugsweise zwischen etwa 0,0127 und 0,076 mm (0,0005 0,0030 Zoll).

In manchen Fällen haben die Vorsprünge 14 und 16 eine symmetrische Form, doch können sie in anderen Fällen unsymmetrisch sein. Die hier behandelten Zahnradwalzverfahren werden gewöhnlich in der Weise durchgeführt, daß das zu walzende Zahnrad in Eingriff mit den Walzwerkzeugen nur in einer einzigen Richtung gedreht wird, so daß sich der Walzvorgang unter dem Einfluß der voneinander abgewandten Flanken der Werkzeugzähne an den voneinander abgewandten Flanken der Zähne des Zahnrades auf unterschiedliche Weise abspielt. Wenn es erforderlich ist, auf beiden Seiten der Zähne des zu walzenden Zahnrades Unterschneidungen von gleicher Größe zu erzeugen, und wenn das Zahnrad beim Walzen nur in einer einzigen Richtung gedreht wird, können daher die Vorsprünge des Rollwerkzeugs auf unsymmetrische Weise ausgebildet sein. Jedoch soll der Höhenunterschied der Vorsprünge etwa 0,0254 mm (0,001 Zoll) nicht überschreiten.

Die in Fig. 3 dargestellten Zahnradzähne 19 sind in der durch die gestrichelten Linien 20 angedeuteten Weise unterschnitten, und diese Vertiefungen oder Unterschneidungen sind natürlich durch die Zähne des Walzwerkzeugs und insbesondere deren Vorsprünge 14 und 16 erzeugt worden.

In Fig. 4 ist ein einzelner Zahn 22 eines Walzwerkzeugs dargestellt, der nicht nur mit durch die gestrichelten Linien 24 und 26 angedeuteten Vorsprüngen versehen, sondern noch auf andere Weise modifiziert ist. In Fig. 4 ist die Form eines nicht modifizierten Evolventenzahns mit Vollinien dargestellt, während die zusätzlichen Abänderungen ebenso wie die Vorsprünge 24 und 26 mit gestrichelten Linien angedeutet sind. Beide Flanken des Zahns 22 sind in der durch die gestrichelten Linien 28 und 30 angedeuteten Weise modifiziert; bei dieser

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Modifikation handelt es sich um eine negative Modifikation des Evolventenprofils von im wesentlichen gleichmäßiger Größe, die nahe dem Fuß des Zahns beginnt und von dort aus nach außen verläuft, um zügig in den Vorsprung 24 bzw. den Vorsprung 26 überzugehen. Diese Modifikationen des Evolventenprofils können auf beiden Seiten eines Werkzeugzahns symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Wenn das zu walzende Zahnrad beim Walzen nur in einer einzigen Richtung gedreht werden soll, und wenn die Zähne des Zahnrades auf beiden Seiten symmetrisch sein sollen, ist es üblich, daß sich die Modifikationen des Evolventenprofils auf beiden Seiten der Werkzeugzähne etwas unterscheiden. Andererseits kann die Modifikation des Evolventenprofils dazu dienen, die Zähne des Zahnrades mit einer dazu allgemein konjugierten Modifikation zu versehen, z.B. einer gleichmäßigen negativen Modifikation, die vom oberen Teil der Unterschneidungen bis in die Nähe der Zahnköpfe verläuft. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Durchmesser- oder Modulteilung etwa den Wert 20 hat, beträgt die negative Modifikation der Evolvente bei den Zähnen des Walzwerkzeugs etwa 0,03 mm (0,0012 Zoll), und sie nimmt vom Zahnfuß bis zu den nahe dem Zahnkopf vorgesehenen Vorsprüngen gleichmäßig zu.

Fig. 4 zeigt eine weitere Abänderung der Zähne des Walzwerkzeugs, die darin besteht, daß geneigte Rampen 32 und 34 am Fuß der Zähne vorgesehen und so bemessen sind, daß sie mit den Köpfen des zu rollenden Zahnrades und insbesondere mit den Ecken zusammenarbeiten, die durch die Schnittlinien zwischen den Kopfflächen 36 und den Flanken 38 der Zähne 18 bestimmt sind. Hierbei werden die Köpfe des zu walzenden Zahnrades in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise mit durch gestrichelte Linien angedeuteten Abschrägungen 40 versehen.

Wie erwähnt, können die erwähnten Vorsprünge auch nur an dem zum Vorwalzen dienenden Werkzeug vorgesehen sein, so daß das vorgewalzte Zahnrad in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise mit Unterschneidungen 20 versehen wird. In diesem Fall

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erweisen sich die Unterschneidungen in erster Linie deshalb als vorteilhaft, weil sie das Durchführen einer Fertigbearbeitung ermöglichen, bei der Werkstoff des Zahnrades in den Bereich der Unterschneidungen hinein verdrängt wird. Jedoch können die Vorsprünge auch an den Fertigwalzwerkzeugen ausgebildet sein, so daß in diesem Fall die Zahnräder beim Fertigwalzen mit den gewünschten Unterschneidungen versehen werden.

Die geneigten Rampen 32 und 34 arbeiten mit den Ecken an den Köpfen der Zähne des Zahnrades zusammen und verlagern Werkstoff unter entsprechender Formgebung in Zonen hinein, in denen der Werkstoff das Kämmen der Zähne des fertiggewalzten Zahnrades nicht beeinträchtigt.

Patentansprüche t

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.] Werkzeug aus Walzen zylindrischer Zahnräder in der Form eines zylindrischen Zahnrades, das der endgültigen Form eines mit Hilfe des Werkzeugs zu walzenden Zahnrades im wesentlichen konjugiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (12) des Werkzeugs gegenüber ihrer konjugierten Form dadurch abgeändert sind, daß ihre Flanken an den Zahnköpfen mit gleichmäßig gekrümmten Vorsprüngen (14, 16) versehen sind.

2.

Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge (14, 16) vollständig außerhalb des Teilkreises der Werkzeugzähne (12) und in einem erheblichen Abstand davon angeordnet sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (12) des Werkzeugs Profile haben, die im wesentlichen einem Evolventenprofil entsprechen, und daß die Vorsprünge (14, 16) so ausgebildet sind, daß sie bei einem Evolventenprüfer positive Anzeigewerte hervorrufen.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der maximale durch die Vorsprünge (14,16) hervorgerufene positive Evolventenablesewert etwa 0,0051 bis 0,1 mm beträgt.

5. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der maximale durch die Vorsprünge (14,16) hervorgerufene positive Evolventenanzeigewert etwa 0,0127 bis 0,076 mm beträgt.

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6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die maximale Höhe der Vorsprünge (14, 16) auf beiden Seiten eines Zahns (12) im wesentlichen die gleiche ist.

7. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die maximalen Höhen der VorSprünge (14, 16) auf beiden Seiten jedes Zahns (12) um nicht mehr als etwa 0,0254 mm unterscheiden.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das dazu bestimmt ist, in Eingriff mit einem zu walzenden Zahnrad nur in einer einzigen Richtung gedreht zu werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Zähne (22) zusätzlich zu den Vorsprüngen (24, 26) bezüglich ihrer Evolventenform modifiziert sind (28, 30).

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flanken jedes Zahns (22) bezüglich ihrer Evolventenform auf unterschiedliche Weise modifiziert sind (28, 30).

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterflanke jedes Werkzeugzahns (22) stärker modifiziert ist als die Vorderflanke.

11. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der Modifizierung (28, 30) des Evolventenprofils um eine im wesentlichen gleichmäßige negative Modifizierung handelt, die nahe/ Anfangspunkt des wahren Evolventenprofils beginnt und in den betreffenden Vorsprung (24, 26) übergeht.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Hinterflanke jedes Werkzeugzahns (22) bezüglich ihres Evolventenprofils stärker modifiziert ist als die Vorderflanke.

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13. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Modifizierung des Evolventenprofils bei einem Werkzeug mit einer Durchmesser bzw. Modulteils mit dem Wert 20 etwa 0,03 mm beträgt.

14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Werkezugzahn (22) zusätzlich mit geneigten Rampen (32, 34) versehen ist, die sich unter einem erheblichen Winkel gegen die benachbarte Zahnflanke erstrecken und so angeordnet sind, daß sie mit den äußeren Ecken der Zähne des zu walzenden Zahnrades zusammenarbeiten, um an den Schnittlinien zwischen der Außenfläche (36) und den Flanken (38) der Zahnradzähne Abschrägungen (40) zu erzeugen.

15. Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern mittels eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Zahnrad vorgewalzt wird, indem ein Rohteil in Berührung mit einem zahnradähnlichen Vorwalzwerkzeug gedreht wird, während zwischen dem Werkzeug und dem Rohteil eine radiale Vorschubbewegung hervorgerufen wird, daß durch Vorsprünge, die an den Flanken der Zähne des Werkzeugs nahe den Zahnköpfen vorgesehen sind, an den Zähnen des Zahnrades Unterschneidungen ausgebildet werden, die unter dem Anfangspunkt des wahren Evolventenprofils liegen, und daß danach das vorgewalzte Zahnrad dadurch fertiggewalzt wird, daß es in Eingriff mit einem zahnradähnlichen Fertigwalzwerkzeug gerollt wird, wobei zwischen dem Werkzeug und dem Zahnrad eine radiale Vorschubbewegung hervorgerufen wird, wobei Werkstoff aus den unteren Teilen der Zähne des Zahnrades in die durch die Unterschneidungen gebildeten freien Räume hinein verlagert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl zwei einander gegenüber angeordnete Vorwalzwerkzeuge als auch zwei einander gegenüber angeordnete Fertigwalzwerkzeuge benutzt werden, daß die Werkzeuge jeweils synchron angetrieben werden, und daß die Werkzeuge jedes Paars aufeinander zu vorgeschoben werden.

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ORIGINAL \US?t::'T2D