DE2152240A1 - Kreisfoermiger Ausweitungsring - Google Patents

Description

_{B x 4} , Trier, den 15.10.1971

Patentanwalt

Wolfgang Schönherr l 113

TRIER, Christophstr. 23

Lyng Industrier A/S Leksvikarmatur Leksvik/Norwegen

Kreisförmiger Ausweitungsring

Die Erfindung betrifft einen sog. Ausweitungskopf, insbesondere einen Ausweitungsring, der zum ringförmigen Ausformen von Nuten oder Rillen an der Innenseite von Rohren od.dgl., vorzugsweise Kunststoffrohren, benutzt werden kann, wenn eine Rohrmuffe an ein Rohr ausgebildet wird.

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Um Kunststoffrohre miteinander zu verbinden, ist es wünschenswert, daß der eine Rohrteil mit einer Anfangsnut zum Einlegen eines Packungsringes versehen wird. Die Nut wird gewöhnlich an der Innenseite einer Muffe, die an einem Rohrende angeformt ist, ausgebildet, oder an einer besonderen Übergangsmuffe werden zwei Nuten angeordnet, um die aufeinander treffenden Enden von zwei Kunststoffrohrteilen miteinander verbinden zu können.

Der Ausweitungskopf nach der Erfindung soll zum Ausformen von innenseitigen ringförmigen Nuten am Endabschnitt eines Rohrelementes benutzt werden. Ein solcher Ausweitungskopf besteht aus einem zylinderförmigen Körper, der außen kalibriert ist und dessen Durchmesser dem innenseitigen Durchmesser des Muffenabschnittes entspricht, der beim Erhitzen in das Rohrende gepreßt wird. Bei einem bestimmten Querschnitt wird der Ausweitungskopf mit Ausweitungsringorganen ausgerüstet, die benutzt werden, um die gewünschte ringförmige Nut an der Innenseite des Rohres oder der Muffe zu formen. Gewöhnlich geschieht dies in Zusammenarbeit mit äußeren ergänzenden Halteorganen in Form von Klemmbacken od.dgl. Die Erfindung betrifft

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insbesondere eine Art von Ausweitungskopf, bei dem das Ringorgan aus einer Anzahl von an der Peripherie angeordneter Segmente besteht, die Teile eines Mechanismus bilden, der in dem zylindrischen Ausweitungskcpf angeordnet ist und die durch eine periphere Öffnung in der zylindrischen Oberfläche radial nach außen bewegbar sind, um einen vorstehenden, ringförmigen Wulst zu bilden, der während der Ausweitung die Nut durch Deformierung des Rohrwandungsmateriales ergibt. Wenn die Nut oder die Rille in dem Rohr geformt sind, werden die äußeren Halteorgane weggenommen und die ausweitenden Segmente in den zylindrischen Körper zurückgezogen, worauf das Rohr, das nun mit der gewünschten Nut ausgerüstet ist, vom Kopf abgezogen und, wenn notwendig, gekühlt wird.

Bei den bekannten Ausweitungsköpfen dieses Typs werden die Segmente gewöhnlich so gehalten, daß sie an den notwendigen radial gerichteten Bewegungen teilhaben. Dies geschieht entweder durch Halten der Segmente in Gleitschienen od.dgl. oder durch Halten der Segmente als drehbar gelagerte Hebelarme,

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wobei die Segmente andererseits Teile in einem synchronisierten kraftgetriebenen Mechanismus, wie einem hydraulischen Mechanismus sind.

Ein Nachteil der bekannten Ausweitungsköpfe dieser Art ist, daß der Ausweitungsring, der durch die Segmente gebildet ist, wenn diese zu ihrer äußersten radialen Stellung bewegt werden, nicht einen geschlossenen, aneinanderstoßenden Ring ergeben, sondern kleinere oder größere Zwischenräume, Stufen od.dgl. zwischen und/oder den angrenzenden Teilen des zylindrischen Kopfkörpers haben. Dies hat mehrere Nachteile. Zunächst ist die Nut, die in das Rohrmaterial eingeformt wird, wedr glatt noch gleichmäßig. Darüber hinaus ragen während des Formvorganges die Teile des Rohrmaterials zwischen die getrennten Segmente und dadurch in den innenseitigen Zwischenraum des Ausweitungskopfes. Dadurch werden die verschiedenen Teile des Ausweitungskopfes schneller oder langsamer hemmen und sie können nicht in einem sich später wiederholenden Arbeitsablauf benutzt werden, da der Ausdehnungskopf, die Segmente usw. wiederholt gereinigt und die einzelnen Teile, aus denen der Aus-

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weitungskopf besteht, auseinandergenommen werden müssen. Wenn die Nut nicht glatt ist, muß sie zu einer Folgemaschine, wie eine Schleifmaschine usw. gebracht werden, um nachbearbeitet zu werden. Die Oberfläche wird dann jedoch in einem solchen Grad uneben sein, daß es schwer ist, eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit einem Packungsring zu erreichen, so daß die Nut einer besonderen Behandlung unterworfen werden muß. Bekannte Ausweitungsköpfe haben darüber hinaus keinen zufriedenstellenden Mechanismus, so daß die Segmente mehr oder weniger ungleichen Bewegungsabschnitten unterworfen sind, die sich im Zusammenhang mit den Ungenauigkeiten ergeben, denen der Ausweitungskopf bei großer mechanischer Beanspruchung unterworfen ist.

Hauptsächliche Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Ausweitungskopf dieser Art vorzuschlagen, mit dem Ziel, einen Ausweitungsring vorzusehen, der bei Ausweitung eine gleichmäßige zusammenhängende Oberfläche über den ganzen Umfang hat.

Der kreisförmige Ausweitungsring nach der Erfindung besteht aus einer Anzahl an der Peripherie angeordneter Segmente, die relativ zur Mittelachse radial bewegbar sind und ist dadurch

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gekennzeichnet, daß die Segmente in zwei sich einander ergänzenden Sätzen angeordnet sind, daß jedes Segment im Ring abwechselnd mit seiner Oberfläche zwischen zwei benachbarte Segmente des anderen Satzes in Berührung steht, daß jedes Segment entlang einer geraden Achse, die in einem von zwei identischen Kegeln mit einer gemeinsamen Achse und geometrisch übereinstimmende Grundkreise liegt, synchron bewegbar ist, wobei der Kreis die Mittelebene des Ringes bildet, daß jedes Segment zwei gegenüberliegende ebene Gleitflb'chen hat, wobei der Durchschnittswinkel zwischen den gegenübarliegenden Seitenflächen jedes Segmentes in Sicht auf die Normalebene zur Mittelachse 360 : E beträgt, wenn E die Anzahl der Segmente bedeutet, und daß jedes Segment in allen Bewegungsstellungen in wechselseitiger Oberflächenberührung bleibt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen mittleren Schnitt des Ausweitungskopfes,

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Fig. 2 einen Schnitt nach H-II der Fig. 1, wobei die Segmente des Ausweitungsringes in Ausweitungsstellung sind,

Fig. 3 einen Detailschnitt ähnlich dem der Fig. 1, wobei die Segmente in eingezogener Stellung sind,

Fig. 4a, 4b und 4c eine Draufsicht, eine Seitenansicht und

einen Schnitt eines Teilsegmentes, wie es in der Anordnung benutzt wird,

Fig. 5 den Ausweitungskopf zusammen mit einer Klemmbackenvorrichtung für ein zu bearbeitendes Kunststoffrohr.

Nach Fig. 1 besteht der Ausweitungskopf nach der Erfindung aus zwei entlang einer mittleren Längsachse im Abstand angeordnete Zylinder oder Büchsen 2, 4, die auf einer mittleren Stange 6 durch Halterungen 8 und 10, die an den entsprechenden Enden der Simge angeordnet sind, gehalten, und durch Schrauben 12, 13, 14 befestigt sind. Die linke Büchse 2 hat einen Abschnitt mit einem geringeren Außendurchmesser, der dem lichten Durchmes-

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ser eines Kunststoffrohres entspricht, das, wenn es in erhitztem Zustand von links auf den Ausweitungskopf gepreßt wird, sich entsprechend der Abschrägungszone erweitert und mit einer kalibrierten Muffe versehen wird, die dem Außendurchmesser der Büchse vom Punkt 17 ab entspricht.

In den Büchsen sind zwei bewegbare, durch Medium wirksame Kolben 16 und 18 angeordnet, die die Stange 6 umfassen und gegen diese und die Büchseninnenseite 19 durch Packungsringe 22 abgedichtet sind.

Die Stange 6 hat zwei axial verlaufende Kanäle 21 und 23, von denen der eine Kanal 21 öffnungen 24 und 26 hat, die in die entsprechenden Büchsenzwischenräume 28 und 30 münden, während der andere Kanal 23 öffnungen 32 und 34 hat, die in die entsprechenden innenseitigen Zwischenräume 36 und 38 münden. Die Stange 6 ist an der Innenseite jedes Kolbens mit zylindrischen Flanschen 40 und 42 ausgerüstet, die Ausnehmungen 44 und 46 in den Kolben 16, 18 begrenzen.

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Die Kanäle 21 und 23 haben Einlaß-/Auslaßöffnungen 43 und 50 in der rechten Halterung 10, die mit einer nicht gezeigten Druckmediumquelle verbunden sind. Die Kolben 16, 18 können gegeneinander bewegt werden, wenn das Druckmedium (Flüssigkeit oder Gas) durch den Kanal 21 in die Buchsenzwischenräume 28 und 30 eingeführt wird, und sie können voneinander weg bewegt werden, wenn das Druckmedium durch den Kanal 23 in die Zwischenräume 36, 38 eingeführt wird. Die Bewegungskraft wird natürlich im letzteren Fall wegen des kleinen Raumes der Büchsenzwischenräume 36, 38 reJabiv klein sein, aber diese Bewegung dient nur der Rückzugs- oder Rückbewegung und erfordert daher nur geringe Kraft.

Die AngriffSeiten 19 der entsprechenden Kolben 16 und 18 können eine Anzahl von Segmenten E, die zusammen den Ausweitungsring 20 bilden und die geometrisch als zwei kegelförmig geformte gegenüberliegende Körper ausgebildet sind, halten und führen. In der gezeigten Ausführung des Ausweitungskopfes besteht dieser aus zusammen sechzehn Segmenten, d.h. acht Segmente in

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2152240 - ιοί edem Satz, die durch ihren entsprechenden Kolben gesteuert werden und bei denen der Kegelwinkel 90 beträgt, so daß die Kegeloberflächen einander im Winkel von 90 trennen und um 45 relativ zur Mittellinie geneigt sind.

In der Mitte ist die Stange 6 mit einer ringförmig abgesetzten Schulter 54 versehen, auf der ein Führungsflansch 56 sitzt, der den konischen Führungsflächen 58 und 60, die jedes der Segmente tragen und führen, entspricht. Jede der sich ergänzenden Kegelflächen 19a an den Kolben ist mit acht Führungssitzen 62, 64 ausgerüstet, um alle sechzehn Segmente aufzunehmen. Da die Kolben sechzehn Segmente tragen, d.h. acht Segmente σι jedem Kolben, wird der Winkel zwischen jeder Führung und jedem Segment an jeder der Führungsflächen 45 sein, so daß der Winkel zwischen jedem Segment 22, 5° beträgt (360 : 16 = 22,5°). Mit anderen Worten sind die Führungen an den gegenüberliegenden Kolben abwechselnd und um 22,5 versetzt.

Zwischen den beiden zylindrischen Büchsen 2, 4 ist eine umlaufende öffnung vorgesehen, deren Öffnungsränder 66 und 67 das Ende der konisch abgeschrägten Führungsflächen 65 und 68

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bestimmen, die identische aber gegenüberliegende Winkel haben, die dem Winkel der Führungsflächen 58, 60 an dem Führungsflansch entsprechen, d.h. 45 bei der gezeigten Ausführungsform. Die Segmente in jedem Satz sind so zwischen den Führungsflächen 58, 65 und 60, 68 verschiebbar gehalten.

Alle Segmente sind gleich und haben im allgemeinen die Form eines regulären Prismas, wie es in den Fig. 4a, 4b, 4c zu sehen ist, die ein einziges Segment in Draufsicht, Seitennsicht und Schnitt zeigen. Das Segment hat eine rechteckige Grundfläche oder richtiger obere Oberfläche 70 (siehe auch Fig. 1). Das Segment hat im Schnitt, wie es in Fig. 4c gezeigt ist, die Form eines seitengleichen Trapezes mit Seitenflächen 71 und 73. An einer Endfläche 75 des Segmentes ist eine Gleitführung in Form eines T-förmigen Schwalbenschwanzes 74 vorgesehen, der in einer entsprechenden Schwalbenschwanzführung geführt sein kann, z.B. der Flhrung 64 in der konischen Fläche 19a am Kolben 18, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

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Alle Segmente E haben eine gewünschte äußere Endprofilform 79, wie es mit gestrichelter Linie 79in Fig. 4b gezeigt ist. Dieses Profil bestimmt die Krümmung der Nut, die in dem Kunststoffrohr eingelassen werden soll. Der Winkel ab zwischen den guten Seitenflächen des Segmentes ist geometrisch durch den ausgewählten Kegelwinkel bestimmt, d.h. als Neigungswinkel der rechtlinigen Bewegungsachse jedes Segments. Er ist weiterhin bestimmt durch die Zahl der gewählten Segmente. In der gezeigten Ausführungsform, bei der ein Kegelwinkel von 90 und sechzehn Segmente benutzt werden, wird der Winkel <b nicht gleich dem Steigungswinkel von 22,5 sein, sondern er wird wegen der winkelförmigen Neigung der Bewegungsachse etwas größer, nämlich genau 31 27' 41^If sein. Je steiler die Bewegungsachsen der entsprechenden Segmente zu der Hauptachse sind, umso größer wird der Winkel oü sein. Da alle Segmente in eingezogener Stellung gegenüberliegenob Flächen haben, berühren sie die Flächen in Abhängigkeit von der radialen Stellung in der Querschnittsebene, die durch die Segmente in der Mittelebene H-II (Fig. 2) liegt und schließen eine einzige Berüh-

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rungslinie zwischen den angrenzenden Segmenten ein· Diese Linien werden immer durch die Mittellinie gehen. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der Winkel immer konstant und gleich 22,5 sein.

Aufgrund der oben erwähnten Ausführungen wird der Arbeitsweg des Ausweitungsringes in Zusammenhang mit der Erfindung leicht verständlich. In der Stellung, die in Fig. 1 gezeigt ist, werden alle Segmente E durch Einführen eines Druckmediums in die Büchsenzwischenräume 28, 30 durch den Kanal 31 nach außen in ihre äußerste Stellung bewegt, wie es in den Fig. 2 und 5 gezeigt ist. Die eingezogene Stellung der Segmente ist im Detail in Fig. 3 gezeigt. Um diese Stellung zu erreichen, wird Druckmedium in die Zwischenräume 36 und 38 eingeführt und dadurch die Kolben 16 und 18 voneinander weg bewegt, wobei die Segmente aufgrund der Gleitführungen radial nach innen entlang den Kegelkolbenflächen bewegt werden, so daß jeder entsprechende Segmentesatz rechtlinig nach innen zwischen die FührungsflädBn 58, 60 und 65, 68 zurückgezogen wird. In dieser eingezogenen Stellung wird nur die sehr kleine doppelreihige Fläche 80 jeder Seitenfläche der Segmente noch gegenüberliegende Berührungsflächen haben.

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Fig. 5 zeigt, wie ein Ausweitungskopf nach der Erfindung in bekannter Art in einer Maschine zum Ausbilden einer Muffe mit ringförmiger Nut oder Rille an der Innenseite benutzt werden kann.

Der Ausweitungskopf 78 nach der Erfindung ist horizontal in einem Maschinenrahmen 80 angeordnet, der mit einem Paar gegenüberliegender Klemmbacken 82, 84 ausgerüstet ist. Ehe das Kunststoffrohr 86 auf den Ausweitungskopf geschoben wird, wird es vorteilhaft erhitzt und mit zwei schweren ringförmigen Muffenformen 88, 89 ausgerüstet, die einen ringförmigen Wulst 90 haben, wobei die Innenseite der Anordnung teilweise oder ganz dem außenseitigen Profil dss Ausweitungsringes (Segmentprofil) in der äußersten Stellung entspricht. Das Kunststoffrohr wird dann auf den Ausweitungskopf bis zu den Anschlägen 91 geschoben, wobei der Ausweitungsring eingezogen ist. Hierdurch wird eine Muffe 92 aus dem Endteil des Rohres ausgeformt. Danach wird der Ausweitungsring erweitert und dadurch eine innenseitige Sicke in den Muffenabschnitt des Rohres eingeformt, wobei gleichzeitig

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an der Außenseite des Rohres ein Wulst entsteht. Das Muffenformteil dient dazu, daß die Muffe nicht außerhalb der Zone, die durch den Ausweitungsring bestimmt ist, deformiert wird. Danach werden die Ausweitungsringelemente wieder eingezogen und die Klemmbacken zusammen mit den Muffenformteilen zurückgenommen . Das Rohr kann dann von dem Ausweitungskopf abgezogen werden, wonach die Maschine augenblicklich zur Bearbeitung eines neuen Rohres arbeitsbereit ist.

Dem Ausweitungskopf und seinem Ausweitungsring können viele Ausbildungen gegeben werden. So kann das äußere Profil des Ausweitungsringes verschiedene Formen haben. Die Segmente können auch ein außenseitiges Profil in Form eines ringförmigen rechtwinkligen Flansches haben.

Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Führungsflansch 56 nicht mit ebenen oder gleichmäßig konischen Seitenflächen ausgebildet, sondern er ist vorteilhaft mit rechtlinigen Gleitsitzen versehen, um die einzelnen Segmente so aufzunehmen, daß diese

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sichere und zuverlässige Bewegung ohne Spiel oder Bewegungsverlust zulassen. Gleicherweise können die Führungsflächen 65, 68 an den Öffnungskanten der zylindrischen Büchsen mit Flächen oder Ausnehmungen versehen sein, um eine entsprechende Führung der einzelnen Segmente zu ergeben. Hierdurch ist zusätzlich zu den sicheren Bewegungen eine geringe Abnutzung gegeben, da der Ausweitungsring in ausgefahrener Stellung eine geschlossene aneinander liegende Oberfläche ohne Ausnehmungen oder Zwischenräume entlang irgendeiner der Trennteile hat.

Die Segmente können mit unterschiedlicher Größe ausgebildet werden, d.h. sie können verschiedene Ringweiten, beispielsweise mit wechselnden schmalen und breiten Segmenten haben. Solche Anordnungen haben jedoch einen geringeren praktischen Wert.

Die Erfindung kann auch für andere Fälle benutzt werden, beispielsweise beim Gießen von rohrförmigen Elementen, wo der Ausweitungsring als Formkern benutzt wird.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   ,\ Kreisförmiger Ausweitungsring in einem zylindrischen Körper, bestehend aus einer Anzahl an der Peripherie angeordneter Segmente, die relativ zur Mittelachse radial bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente in zwei sich ergänzenden Sätzen angeordnet sind, daß jedes Segment im Ring abwechselnd mit seiner Oberfläche zwischen zwei benachbarten Segmenten des anderen Satzes in Berührung steht, daß jedes Segment entlang einer geraden Achse, die in einem von zwei gleichen Kegeln mit einer gemeinsamen Achse und einem geometrisch übereinstimmenden Grundkreis liegt, synchron bewegbar ist, wobei der Kreis die Mittelebene des Ringes bildet, daß jedes Segment zwei gegenüberliegende glatte Gleitflächen hat, wobei der Durchschnittswinkel zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen jedes Segmentes in Sicht auf die Normalebene zur Mittelachse 360 : E beträgt, wenn E die Anzahl der Segmente bedeutet, und daß jedes Segment in allen Bewegungsstellungen in wechselseitiger Oberflächenberührung bleibt.

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2. 2. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment gleich ist und einen Winkel zwischen den gegenüberliegenden Gleitflächen hat,der in einer Normalebene zur mittleren Achse = 360 : E ist, wenn E die Anzahl der Segmente bedeutet.
3. 3. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente in ausgeweiteter Stellung eine ringförmig umlaufende Öffnung in einem zylindrischen Körper ausfüllen.
4. 4. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper eine in der Mitte durchgehende Stange (6) aufweist, die an ihren Enden zwei Halterungen (8, 10) zur Befestigung von zylindrischen Büchsen (2, 4) aufweist, wobei die Büchsen die äußeren Teile des zylindrischen Körpers sind und zwischen sich eine ringförmige Öffnung haben, und daß in dem Zylinder um die Stange in axialer Richtung verschiebbare, durch Druckmedium betätigbare KoI-

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   ben (16, 18) angeordnet sind, die alle Segmente des entsprechenden Satzes tragen, wobei die Kolben jedes Segment gradlinig von einer eingezogenen zu einer ausgeweiteten Stellung bringen und der äußere Teil der Segmente eine geschlossene ringförmige Fläche bildet, die entsprechend profiliert ist.
5. 5. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16, 18) innerhalb der ringförmigen Öffnung in dem Zylinderkörper mit einem axial-symmetrischen Führungsflansch (56) ausgerüstet ist, der Führungsflächen (58,60) zum Führen der entsprechenden Segmente während ihrer Bewegung hat.
6. 6. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kolben (16, 18) benachbarten Segmente mit Kegelflächen ausgerüstet sind, die die Kegel ergänzen, die die Bewegungsachsen für die Segmente bestimmen, wobei die Kegelflächen mit Gleitführungen versehen sind, die mit den Segmenten zusammenwirken.

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7. 7. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel an der Spitze von zwei Kegeln, die die Bewegungsachsen für die Segmente bestimmen, 90 beträgt.
8. 8. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment im Schnitt als reguläres Prisma ausgebildet ist.
9. 9. Kreisförmiger Ausweitungsring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Segmentsätze zusammen sechzehn gleiche Segmente enthalten.

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