DE2241378A1

DE2241378A1 - Mit stroemungsmittel unter druck betaetigtes werkzeug, insbesondere schraubenzieher

Info

Publication number: DE2241378A1
Application number: DE2241378A
Authority: DE
Inventors: David W Tibbott
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1971-09-08
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1973-03-15
Also published as: SE398060B; IT967167B; JPS5623755B2; FR2152157A5; JPS4836800A; GB1346400A; US3724560A; BE788418A; CA956207A

Description

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN 2241378 DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. — β MÖNCHEN 25 - LIPOWSKYSTH. IO

Anmelderin: Ingersoll-Rand Company ir-l6

Ko/b

21 AP.

Mit Strömungsmittel unter Druck betätigtes Werkzeug, insbesondere Schraubenzieher

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere Schraubenzieher mit in einem Gehäuse angeordneten Strömungsmittelraotor zum Antrieb des eigentliehen Werkzeuges, wobei dem Motor ein Ventil innerhalb des Gehäuses vorgeschaltet ist, welches das unter Druck stehende Strömungsmittel vor dem Motor steuert, wobei das Ventilgliedjsiner Richtung innerhalb des Gehäuses in zwei aufeinanderfolgenden Schritten über eine bestimmte Distanz verschiebbar ist, deren erster Schritt von der normalerweise geschlossenen Stellung in ein Öffnungsstellung führt, und über den zweiten Schritt von der Öffnungsstellung wegführt, wobei ein Stellglied vorgesehen ist, um das Ventilglied über den ersten Schritt zu treiben, um den Motor durch Strömungsmittelzufluß in Betrieb zu setzen, und eine auf Drehmoment entsprechende Einrichtung mit dem Motor verbunden ist, um das vom Motor aufgebrachte Drehmoment zu erfassen und bei überschreiten eines Sollwertes des Drehmomentes das Ventilglied über den zweiten Schritt seiner Bewegung zu steuern.

Die US-PS 5 512 59o zeigt als Stand der Technik ein ähnliches Werkzeug. Im bekannten Falle wird der zweite Be-

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wegungsschritt eingeleitet, wenn auf der Spindel des Werkzeuges ein vorherbestimmtes Drehmoment erscheint. Zum Schließen des Ventiles bei der Rückwärtsbewegung ist ein Gesperre vorgesehen, welches einen beweglichen Ventilsitz freigibt, der gegen den eigentlichen Ventilkörper gedrückt ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Gesperre der bekannten Art zu vermeiden, weil solche Gesperre mechanisch anfällige Teile sind. Insbesondere soll von der Erfindung auch erreicht werden, daß mit möglichst einfachen und sicher arbeitenden Mitteln die unter Druck stehende Flüssigkeit oder Luft vor dem Motor abgesperrt wird, wenn am Abtrieb des Motors ein vorherbestimmtes Drehmoment auftritt. Bei einem motorgetriebenen Schraubenzieher bedeutet dies z.B., daß der Motor oder die Verbindung vom Motor zum eigentlichen Werkzeug abgestellt bzw. ausgekuppelt wird, bevor mit Motorkraft die Schraube überbeansprucht wird.

Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug der eingangs beschriebenen Gattung und besteht darin, daß in dem Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Strömungsmitteleinlafl zum Werkzeug ein beweglicher Ventilsitz angeordnet 1st, der am Ende des zweiten Schrittes der Bewegung mit dem Ventilkörper in Eingriff kommt, daß dieser zweite Ventilsitz bei Eingriff mit dem Ventilkörper das Ventil schließt und dadurch die Strömungsmittelzufuhr zum Motor absperrt, daß der zweite Ventilsitz federnd von dem Ventilkörper weg vorgespannt ist, und daß der bewegliche Sitz in dem Ventilraum gleitbar ist und über eine daran befindliche Oberfläche von dem Hochdruck beaufschlagt ist, der bei Eingriff zwischen Ventilkörper und diesem Sitz während der Rückkehrbewegung des Ventilkörpers in seine normale Schließstellung gegen den Ventilkörper drückt,

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Besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den hier nicht wiederholten Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen druckluftbetätigten Schraubenzieher mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Figuren 3 bis 5 Teilansichten der Anordnung nach Fig. 1 mit verschiedenen Ventilstellungenj und

Figuren 6 und 7 den Figuren J bis 5 ähnliche Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispieles,

Der mit Druckluft betätigte Schraubenzieher 1 nach Fig. weist in einem Gehäuse 2 einen Druckluftmotor 3 auf, dessen Abtriebswelle mit H- bezeichnet ist. Am rückwärtigen, d.h. oberen, Ende weist der Schraubenzieher einen Anschluß 5 für eine Druckluftzuleitung auf, wobei Einzelheiten dieses Anschlusses nicht dargestellt sind. Der vordere bzw. untere Abschnitt 6 des Schraubenziehers 1 trägt ein Positionierungs- bzw. Ansatzstück 7 mit dem eigentlichen Werkzeug 8, das in bekannter Weise mit dem Schlitz im Kopf einer Schraube in Eingriff bringbar ist. Die Klinge 8 ist abnehmbar in einer Spindel 9 befestigt'„ die Ihrerseits drehbar und "gleitbar in einem Lager Io aufgenommen 1st, das von einem Teil der Innenwand des Gehäuses 2 gebildet ist.' Das Lager Io weist eine nach oben

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bzw. hinten weisende Schulter 11 auf, die mit einem Teil der Spindel 9 in Eingriff steht, um deren Vorwärtsbewegung zu beschränken. Die Motor-Abtriebswelle 4 ist in dem Lager 12 geführt.

Die Spindel 9 ist mit der Abtriebswelle 4 des Motors über eine Drehmoment-gesteuerte Kupplung 14 verbunden, die bei Auftreten eines über einem vorgegebenen Wert liegenden Drehmoments auskuppelt. Die Kupplung 14 weist u.a. eine hohle Kupplungswelle 15 auf, deren rückwärtiges Ende gleitbar in einer Führung 16 in der Abtriebswelle 4 nach Art eines Splintes verkeilt ist, so daß die Kupplungswelle 15 um eine kleine Strecke nach hinten in die Führung 16 hineingleiten kann, während die drehfeste Verbindung zwischen diesen beiden Teilen aufrechterhalten bleibt.

Das vordere Ende der Kupplungswelle 15 ist mittels einer Verbindung der Spindel 9 verbunden, die zwar eine ReIativ-Drehbewegung zwischen der Welle 15 und der Spindel 9 gestattet, während eine Axialbewegung zwischen den Teilen 15 und 9 nicht möglich ist. Diese Verbindung wird in der Weise hergestellt, daß das Vorderende der Kupplungswelle 15 in einer nach hinten sich öffnenden Bohrung 17 in der Spindel 9 liegt, wobei mehrere Kugeln 18 in einander gegenüberliegenden Ringnuten außen auf der Welle und innen in der Bohrung 17 angeordnet sind.

Die Kupplungswelle 15 wird durch eine schwache Feder zwischen dem Lager 12 und einem Ring 22 nach vorne gedrückt, der auf einer nach hinten weisenden Schulter auf der Kupplungswelle 15 aufliegt. Die schwache Feder 2o spannt mithin die Spindel 9 gegen die Schulter 11 des Lagers Io vor. Die Kupplungswelle 15 und die Spin-

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del 9 werden in dem ganzen Werkzeug durch eine Bedienungsperson nach hinten bewegt, wenn die Bedienungsperson den eigentlichen Schraubenzieher, d.h. die Klinge 8, nach unten auf einen Schraubenkopf drückt. Die Tiefe der Ausnehmung 16 in der Antriebswelle 4 begrenzt eine nach hinten gerichtete Bewegung der Kupplungswelle 15.

Die Kupplungswelle 15 weist nun eine daran ausgebildete Kupplungsplatte 24 auf, die eine Reihe von Löchern mit gegenseitigem Abstand mittig bezüglich der Platte angeordnet auweist. Diese Löcher nehmen entsprechende Kupplungskugeln 25 auf* die in entsprechende Ausnehmungen teilweise hineinstehen, die in der nach hinten bzw. oben weisenden Radialfläche der Spindel 9 ausgebildet sind. Die Kugeln 25 werden nun in diese Sitze in der Radialfläche der Spindel 9 durch einen Druckring 26 hineingedrückt, der seinerseits mittels einer Feder 27 nach unten, d.h. also nach vorne, gedrückt wird. Das hintere Ende der Feder 27 liegt an einem Kragen 28 an, der auf die Kupplungswelle 15 aufgekeilt ist und durch eine Mutter 29 an seiner Stelle gehalten wird, die ihrerseits auf die Schraubenwelle 15 aufgeschraubt ist. Auf der nach oben weisenden Radialfläche des Kragens 28 ist in einer entsprechenden Ausnehmung eine kleine Rastkugel j5o angebracht, die in jeweils einer von mehreren gegenüberliegenden Ausnehmungen an der Unterseite des Teiles 29 einsteht und diese beiden Teile somit kraftschlüssig In Drehrichtung miteinander verbindet. Die Mutter 29 weist auf ihrer Unterseite eine Zahnung Jl auf, die zum Verdrehen der Mutter 29 mittels eines bei Bohrfuttern bekannten Schlüssels gestattet, der bei der Anordnung nach Flg. 1 von rechts durch eine angedeutete Öffnung eingeschoben vrerden kann. Die Verstellung der Mutter ?.\) mit einem solchen Schlüssel dient somit zur Einstel-

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lung der Vorspannkraft der Feder 27 auf die Kupplung. Die Vorspannung, unter der die Kupplungsfeder 27 steht, bestimmt die Größe desjenigen Drehmomentes, bei welchem die Kupplung 14 "auskuppelt".

Der Druckring 26 steht in Eingriff mit einem Querstab 32, der sich seinerseits in einem auf einem Durchmesser liegenden Schlitz 33 der Kupplungswelle 15 befindet. Dieser Querstab liegt am vorderen Ende einer Schubstange an, die sich von dem Stab 32 aus nach hinten durch die hohle Kupplungswelle 15 und die ebenfalls hohle Motorwelle 4 des Motors 3 erstreckt. Das Entkuppeln der Kupplung bei auftreten eines entsprechenden Drehmomentes verschiebt den Ring 26 nach hinten auf der Kupplungswelle, wodurch infolgedessen auch die Schubstange 34 nach hinten bzw. nach oben geschoben wird.

Der Anschluß 5 für den Luftschlauch, der vom hinteren Ende des Gehäuses 2 ausgeht, öffnet sich in eine zylindrische Axialbohrung 35* die sich ihrerseits bis in eine Ventilkammer 36 erstreckt, Die Ventilkammer 36 nimmt eine Ventilkugel 37 auf, die ihrerseits auf einem feststehenden Ventilsitz 38 sitzt. Die Kugel 37 steht in Eingriff mit dem hinteren oder oberen Ende der Schubstange 34 und schließt das hintere bzw. obere Ende einer Venti!durchführung 39 ab. Diese Durchführung 39 steht in Verbindung mit einer ZufUhrungsdurchfUhrung 4o für die Versorgung des Druckluftmotors 3. Die Kugel 37 steuert das strömen von Luft von der Vent L!kammer 36 zum Motor 3 über die Durchführung 39 und die Zuführungsleitung 4ο zum Motor.

Wenn der soweit benohrLebono Schraubenzieher gogon «ine Schraube godrUckt wLrd, dann bowogen «ich dLo Spindel 9* die KuppUmgüuelle Pj, die Schubstange jH und <l>;r Vent U-

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körper 37 nach hinten bzw. oben in dem Werkzeug, wodurch die Ventilkugel 37 eine erste Strecke vom Ventilsitz 38 abgehoben wird, was in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei kann Luft durch.die Motorzuführung 4-0 zum Motor 3 fließen. Gleichzeitig fließt Druckluft frei durch eine Hülse 42 und um die Ventilkugel 37 herum. Diese Luft treibt den Druckluftmotor 3 und das Werkzeug dreht also über die Klinge 8 eine Schraube ein.

Wenn nun die Schraube fest angezogen ist, steigt das Drehmoment auf der Spindel 9 solange an, bis derjenige Drehmomentwert erreicht wird, bei welchem die eigentliche Kupplung Ik auskuppelt bzw. durchrutscht. Das auskuppeln der Kupplung 14 wird dadurch bewirkt, daß die Kupplungskugeln 25 aus ihren zugeordneten Ausnehmungen auf der hinteren bzw. oberen Radialfläche der Spindel 9 heraussteigen. Das "Heraussteigen" der Kupplungskugeln 25 schiebt nun die Schubstange 34 und damit die Ventilkugel yj weiter nach hinten im Werkzeug., und zwar über eine zweite Strecke, welche aus dem Vergleich zwischen den Figuren 3 und k ersichtlich ist. Bei dieser zusätzlichen Bewegung nach oben kommt die Ventilkugel 37 in Eingriff mit der einen beweglichen Ventilsitz am unteren Rand aufweisenden Hülse 42, die ihrerseits gleitbar in der Axialbohrung 35 lagert. Eine Feder 43 spannt die Hülse 42 nach oben von der Kugel 37 weg. Sobald nun die Kugel '⁷JJ an der Unterseite der Hülse anstößt und damit den Ventilsitz am unteren Ende der Hülse schließt, entsteht ein Differenzdruck, welcher die Ventilhülse· k2 nach vorne, d.h. nach unten, in Richtung zur Ventilkuf-:e] yj schiebt. Dadurch wird nun der Zufluß von Druckluft zum Motor '3-"'abgeschaltet. Die Feder 4.3 ist so schwach, daß cJ.i von diesem Differenzdruck jederzeit zusammengedrUchi, w/rdair knnn.Hel diesem e-rsterr. Au

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ist die Bohrung im Inneren der Hülse 42 von kleinerem Durchmesser als dem Durchmesser der Kugel 37 entspricht, so daß die beiden Teile nach Art eines echten Ventilsitzes zusaimnenarbeiten können. Die Innenkante des unteren Endes der Hülse 42 kann in der in Pig. 3 ersichtlichen Form abgeschrägt bzw. konisch ausgebildet sein, um den von dieser Kante gebildeten Sitz besser abzudichten.

Die Ventilhülse 42 weist an ihrem oberen bzw. äußeren Ende einen nach innen gerichteten Flansch 44 auf, der das Gegenlager für die Feder 43 bildet. Das hintere bzw. obere Ende der Axialbohrung 35 ist als Schulter 45 ausgebildet, und es liegt ein federndes Element 46 mit solchen Eigenschaften zwischen der Schulter 45 und der Hülse 42, daß diese letztere sich im Augenblick des Eingriffs zwischen Ventilkugel 37 und Hülse 42 ein ganz klein wenig nach hinten bzw. oben bewegen kann. Dieser Ring 46 dient mit-hin wie eine Art Stoßdämpfer für die VentilhUlse 42, und gestattet eine nach oben gerichtete Bewegung der Hülse in dem Fall, in welchem die Kugel 37 sich um eine größere Strecke nach hinten bewegt, als dazu erforderlich wäre, um nur mit der Ventilhülse 42 in Eingriff zu kommen.

Nach dem Eingriff zwischen der Ventilkugel 37 und der Ventilhülse 42 bleiben aufgrund des Differentlaldrukkes diese Teile in Eingriff, bis die Kugel 37 in ihren festen Sitz 38 gelangt, welche Position der Teile in Fig. 5 dargestellt ist. Nach dem stehenbleiben des Motors hebt die Bedienungsperson den Schraubenzieher von der Schraube ab, wodurch sich die Spindel 9 wieder nach vorne bewegen kann und in Anlage an die Schulter 11 am Lager kommt. Diese Bewegung ermöglicht es nunmehr der Schubstange 34 und dem Ventilkörper 37, sich nach vorne,

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d.h. nach unten, zu bewegen, bis der Ventilkörper 37 wieder auf dem festen bzw. unbeweglichen Ventilsitz 38 aufsitzt. Während dieser Bewegung bleibt die Ventilhülse 42 in Eingriff mit dem Ventilkörper 37 und schließt dadurch weiterhin das zufließen von Druckluft an den Antriebsmotor ab. Nachdem der Ventilkörper, d.h. die Kugel 37, einmal auf dem festen Sitz 38 aufsitzt," verschwindet der Differenzdruck beiderseits der Ventilhülse 42 sehr schnell durch eine geringfügige Durchlässigkeit parallel zur Hülse 42, die z.B. von der Konstruktion her bereits vorgesehen ist. Diese geringfügige Durchlässigkeit kann z.B. dadurch bewirkt werden, daß die Bohrung 35 einen etwas größeren Innendurchmesser hat, als in Hinblick auf den Außendurchmesser der Hülse 42 minimal möglich wäre. Selbstverständlich kann diese Durchlässigkeit auch zwischen der eigentlichen Ventilkugel 37 und der Hülse 42 bestehen. nachdem der Differenzdruck, d.h. der unterschiedliche Druck beiderseits der Hülse 42, verschwunden ist, schiebt die Feder 43 die Hülse 42 wieder nach hinten in die in Fig. 1 gezeigte Stellung, und das Werkzeug kann für den nächsten Arbeitsgang verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 6 und 7 ist die Ventilhülse 42 des zuvor beschriebenen Äusführungsbeispieles durch eine Ventilhülse 50 ersetzt, deren Innenraura die Ventilkugel 37 gerade aufnehmen kann, wie in Fig. 7 gezeigt ist, um auf diese Weise die Druckluftzufuhr zu dem Motor abzuschalten. Der Innenraum der Hülse 5o kann mit einem federnd nachgiebigen Belag versehen sein, um so die Dichtung zwischen der Hülse 50 und der Ventilkugel 37 zu verbessern« Wenn gemäß Fig_e 7 äie- Ventilkugel 37 sich nach, hinten bzw» oben in das Innere der Hüls© 5o hineinbewegt, entsteht ein ©ifferentialdruck

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auf den beiden Seiten der VentilhUlse 5o, der die Hülse nach unten bewegt, bis sie die Schulter im Gehäuse 2 berührt, die den festen Ventilsitz 38 aufweist. Danach kann sich die Hülse 5o nicht weiter nach unten bzw. vorn bewegen, während die Kugel selbst sich welter nach unten bzw. vorne auf ihrem festen Sitz 38 bewegt.

Paten tansprüche

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Claims

PATF.NTAMWAlTH

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN Dl PL.-PHYS. DI PL.-1N G. r 8 MÖNCHEN 25 · LIPOWSKYSTR. 10

ff

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Patentansprüche

l.y Werkzeug, insbesondere Schraubenzieher mit in einem Gehäuse angeordneten Strömungsmittelinotor zum Antrieb des eigentlichen Werkzeuges, wobei dem Motor ein Ventil innerhalb des Gehäuses vorgeschaltet ist, welches das unter Druck stehende Strömungsmittel vor dem Motor steuert, wobei das Ventilglied^iner Richtung innerhalb des Gehäuses in zwei aufeinanderfolgenden Schritten über eine bestimmte Distanz verschiebbar ist, deren erster Schritt von der normalerweise geschlossenen Stellung in eine Öffnungsstellung führt und über den zweiten Schritt iron der Öffnungsstellung wegführt, wobei ein Stellglied vorgesehen ist, um das Ventilglied über den ersten Schritt au treiben, um den Motor durch Strömungsmittelzufluß in Betrieb zu setzen, und eine auf Drehmoment ansprechende Einrichtung mit dem Motor verbunden ist, um das vom Motor aufgebrachte Drehmoment zu erfassen und bei überschreiten eines Sollwertes des Drehmomentes das Ventilglied über den zweiten Schritt seiner Bewegung zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen dem Ventilkörper (37) und dem Strömungsmitteleinlaß zum Werkzeug ein beweglicher Ventilsitz (42) angeordnet ist, der am Ende des zweiten Schrittes der Bewegung mit dem Ventilkörper (37) in Eingriff kommt, daß dieser zweite Ventilsitz (42) bei Eingriff mit

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dem Ventilkörper (37) das Ventil schließt und dadurch die Strömungsmittelzufuhr zum Motor absperrt, daß der zweite Ventilsitz (42) federnd (43) von dem Ventil-' körper (37) weg vorgespannt ist, und daß der bewegliche Sitz (42) in dem Ventilraum gleitbar ist und über eine daran befindliche Oberfläche von dem Hochdruck beaufschlagt ist, der bei Eingriff zwischen Ventilkörper und diesem Sitz den Sitz während der RUckkehrbewegung des· Ventilkörpers in seine normale Schließstellung gegen den Ventilkörper drückt.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Ventilsitz (38) in der Durchführung zwischen dem Ventilkörper und dem Motor, welcher zweiter Ventilsitz mit dem Ventilkörper in der normalen Schließstellung in Eingriff ist.
3· Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet^ daß das Stellglied eine Stange (34) ist, welohe die das Drehmoment erfassende Einrichtung mit dem Ventilkörper verbindet.
4. Werkzeug nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die das Drehmoment erfassende Einrichtung eine hinsichtlich des Auskuppeins auf das angelegte Drehmoment ansprechende Kupplung (14) ist, die mit der auf den Ventilkörper (37) hinweisenden Stange verbunden ist, und daß die Kupplung den Ventilkörper (über die Stange) in Richtung auf den beweglichen Sitz verschiebt, wenn die Kupplung das vorherbestimmte maximale Drehmoment überträgt.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilsitz (42) an einer rohr- oder ringförmigen Hülse ausgebildet ist, die eine Mittelbohrung aufweist, und in der Durchführung relativ

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zum Ventilkörper bewegbar ist, und daß der Ventilkörper das eine Ende der Bohrung durch die Hülse abschließt, wenn Ventilkörper und Hülse in Eingriff kommen.
6. Werkzeug nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine Bäder (43), die zweckmäßig innerhalb der Hülse angeordnet ist, die Ventilkugel (37) von dem an der Hülse ausgebildeten beweglichen Ventilsitz wegspannt.
7. Werkzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein weiteres federndes Bement (46), welches die Hülse (42) in Richtung auf den Ventilkörper (37) vorspannt, damit sich die Hülse eine begrenzte Strecke in der Durchführung gegen den einströmenden Hochdruck bewegen kann, wenn sie in Eingriff mit dem Ventilkörper (37) steht.

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