DE3227135A1 - Topfkolben fuer hydraulische oder pneumatische zylinder bei kraftfahrzeugscheibenbremsen - Google Patents
Topfkolben fuer hydraulische oder pneumatische zylinder bei kraftfahrzeugscheibenbremsenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft##einen Topfkolben nach dem Ober-
- begriff des Patentanspruchs 1.
- Bei aus Keramik oder einem keramikartigen Werkstoff bestehenden Kolben für Radbremszylinder hat man bereits den Zylinderraum nach der Seite der Betätigungsglieder zu abschließende Schutzkappen verwendet (DE-Gbm 19 93 294). Zur Halterung der Blechkappe weist der Kolben auf dem Außenumfang an seinem einen Ende einen Stufenabsatz auf, in dem die Schutzkappe durch den Rand einer Blechkappe gehalten ist, die auf die Stirnringfläche des Kolbens aufgesteckt ist. Die Blechkappe dient also ausschließlich der Halterung der vorzugsweise aus Gummi oder dergleichen bestehenden Schutzkappe.
- Weiter ist es schon bekanntgeworden (DE-OS 29 02 083), Topfkolben für Fahrzeugscheibenbremsen statt aus Metall,.
- wie Guß, Stahl oder Aluminium, aus Kunstharz herzustellen. Hierzu wird das Kunstharz zunächst in einem Erweichungsgerät weich gemacht. Das pastöse Kunstharz wird dann in Form eines zylindrischen Materialstücks aus dem Erweichungsgerät ausgestoßen und unmittelbar danach mit einer Schneidevorrichtung in Einzelstücke geschnitten, deren Gewicht untereinander möglichst gleich sein soll. Jedes Einzelstück wird dann möglichst schnell in eine Form gebracht, um Wärmeverluste zu vermeiden. Anschließend wird dann jedes Einzelstück in der Form so angeordnet, daß ihm die vorgesehene Form des Kolbens gegeben werden kann.
- Anschließend wird die Form geschlossen und jedes Einzelstück bleibt solange darin, bis der gewünschte Polymerisationsgrad des Kunstharzes erreicht ist.
- Nach der Polymerisation wird jeder Kolben aus seiner Form mit einem Ausstoßer ausgeworfen. Er gelangt dann anschließend in einen thermostatisch gesteuerten Ofen, wo er noch einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, um das Kunstharz für den angestrebten Arswendungszweck zu stabilisieren.
- Kunststoffkolben sind jedoch insbesondere im Hinblick auf ihre thermischen Eigenschaften Metallkolben unterlegen, so daß ihr Serieneinsatz problematisch ist.
- Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Topfkolben mit einem Kunststoffkolbenkörper zu schaffen, welcher auch größeren thermischen und mechanischen Belastungen innerhalb einer Fahrzeugbremse#gewachsen ist, gleichwohl aber bei der Herstellung keinen übermäßig großen Aufwand erfordert.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß auf der Betätigungs-Ringstirnfläche eine Ring-Blechschutzkappe angeordnet ist, welche mit dem Kunststoffkolbenkörper formschlüssig verbunden ist.
- Insbesondere soll dabei vorgesehen sein, daß die formschlüssige Verbindung durch eine Schnappverbindung zwischen dem Kolbenkörper und einem Axialansatz der Blechschutzkappe gebildet ist.
- Eine bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß der zylindrische Axialansatz am Innenrand der Blechschutzkappe ausgebildet ist und an der zylindrischen Innenfläche des Kolbenkörpers anliegt. Hierbei soll die Innenfläche des Kolbenkörpers insbesondere eine rundum laufende Rippe tragen, die mit einer Ringsicke des Axialansatzes zusammenwirkt.
- Die erfindungsgemäße Blechschutzkappe stellt einen Wärmeschutz und einen mechanischen Schutz für den Kunststoffkolbenkörper dar, der den Kolben bei extremen thermischen Belastungen, wie z.B. Alpenabfahrten, und auch bei mechanischen Beanspruchungen, wie sie beispielsweise bei der Wartung auftreten können, schützt. Die Andrückfläche des Kunststoffkolbenkörpers wird auf diese Weise wirksam gegen die beim Bremsen auftretenden Temperaturen geschützt. Da die Ring-Blechschutzkappe relativ dünn ausgebildet sein kann, ist der Kolben dennoch leichter als die bekannten Metallkolben. Es entfallen wesentliche Arbeitsgänge bei der Herstellung, wie das Plandrehen und das Einstechen von Hinterschneidungen. Die erfindungsgemäß vorgesehene axial formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffkolbenkörper und der Ring-Blechschutzkappe ermöglicht es, bei der Fertigung größere Toleranzen zuzulassen und trotzdem eine einwandfreie Qualität zu erreichen. Im Falle eines Preßsitzes wäre eine wesentlich größere Genauigkeit erforderlich.
- Es wird so eine wesentliche Kostenreduzierung bei der Herstellung erzielt, wozu auch die Senkung von Ausschußkosten hinzukommt sowie gegebenenfalls eine Einsparung, die durch den Verzicht auf das Schleifen erzielt werden kann.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der zylindrische Axialansatz am von der Betätigungs-Ringstirnfläche abgewandten Ende einen inneren Ringflansch trägt. Hierdurch wirdPein nach innen vorstehender Ringvorsprung geschaffen, an dem eine Krallenfeder zum Halten der Rückenplatte eines Bremsbelages am Kolben angreifen kann, Zweckmäßigerweise weist die Ring-Blechschutzkappe außen einen von der Betätigungs-Ringstirnfläche weg axial vorstehenden Ra auf, der vorzugsweise nach außen gewölbt ist und so in radialer Richtung einen gewissen Abstand vom Kunststoffkolbenkörper besitzt. Hierdurch werden auch die Umfangsflächen des Kunststoffkolbenkörpers noch wirksam gegen Strahlungshitze abgeschirmt.
- Der Kolbenkörper soll im Bereich der Betätigungs-Ringstirnfläche außen eine Ringausnehmung haben, in der zunächst der Rand und anschließend eine Gummischutzkappe angeordnet ist.
- Ein bevorzugtes Verfahren zur-Herstellung eines erfindungsgem#äßen Topfkolbens kennzeichnet sich dadurch, daß zunächst der Kunststoffkolbenkörper aus einem Vorpreßling gepreßt wird und daß im noch erwärmten Zustand vor dem Verschwinden der elastischen Verformbarkeit durch Auspolymerisieren die Ring-Blechschutzkappe in die formschlüssige Verbindung mit dem Kunststoffkolbenkörper gebracht, insbesondere auf diesen aufgeschnappt wird. Im Gegensatz zu bekannten Preßverfahren wird also erfindungsgemäß die Auspolymerisation des Kunststoffes in der Presse nicht abgewartet. Vielmehr wird der Preßling noch deutlich vor dem Ende des Polymerisationsvorgangs aus der Presse herausgenommen und mit der Ring-Blechschutzkappe versehen. Insbesondere das Aufschnappen kann dann durch die noch vorhandene Elastizität leicht ausgeführt werden. Nach Abschluß der Polymerisation erfolgt dann selbsttätig die Fixierung der formschlüssigen Verbindung zwischen der Blechschutzkappe und dem Kolbenkörper.
- Eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Topfkolbens kennzeichnet sich dadurch, daß eine Kunststoffkolbenkörper-Presse wenigstens zwei die gepreßten Kunststoffkolbenkörper aufnehmende Unterteile aufweist, welche gegeneinander austauschbar sind und von denen jeweils eines unter dem Oberteil, das andere unter einem Blechschutzkappen-Aufdrückteil angeordnet ist. Hierdurch kann der schnelle Wechsel von der Presse zum Blechschutzkappen-Aufdrückteil problemlos vorgenommen werden.
- Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Topfkolbens, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Topfkolbens und Fig. 3 einen Axialschnitt des noch in der Presse befindlichen Kunststoffkolbenkörpers analog Fig. 1.
- Nach Fig. 1 weist ein Kunststoffkolbenkörper 14 mit einem vom hydraulischen Druckmittel beaufschlagten Boden 14 und einer Betätigungs-Ringstirnfläche 11 zum Ausüben des Bremsdruckes auf die nicht dargestellte Rückenplatte einer Bremsbacke im vorderen Endbereich eine Ringausnehmung 20 auf, in welche der gemäß Fig. 1 umgebördelte bzw. gewölbte Rand 19 einer Ring-Blechschutzkappe 12 eingreift. Die Betätigungs-11 Ringstirnfläche/ist eben ausgebildet und erstreckt sich senkrecht zur Kolbenachse 26. Die Ring-Blechschutzkappe 12 weist einen entsprechend ebenen Ringbereich 12' auf, der flach an der ebenen Betätigungs-Ringstirnfläche 11 anliegt, so daß in axialer Richtung die Bremskräfte ohne weiteres übertragen werden können.
- An der zylindrischen Innenfläche 15 des Kunststoffkolbenkörpers 14 weist die Ring-Blechschutzkappe 12 einen im wesentlichen zylindrischen, zu der Innenfläche 15 komplementären Axialansatz 13 auf, der sich etwas weiter in das Innere des Kunststoffkolbenkörpers 14 erstreckt, als die Ring-Blechschutzkappe 12 breit ist.
- In einem deutlichen Abstand von der Betätigungs-Ringstirnfläche 11 ist an der Innenfläche 15 des Kunststoffkolbenkörpers 14 eine kreisförmige Rippe 16 vorgesehen, deren Mittelpunkt auf der Kolbenachse 26 liegt. Die Rippe 16 hat die aus Fig. 1 ersichtliche gewölbte Form, welche für den weiter unten beschriebenen Aufschnappvorgang wichtig ist. Der ringförmigen Rippe 16 radial gegenüber weist der Axialansatz 13 eine Ringsicke 17 auf, welche eine zu der Rippe 16 komplementäre Form hat und mit dieser im Formschluß steht.
- Noch ein Stück weiter hinten weist der Axialansatz 13 einen nach innen zur Kolbenachse 26 abgebogenen Ringflansch 18 auf, welcher von einer gestrichelt angedeuteten Krallenfeder 27 schräg hintergriffen werden kann, die an der nicht dargestellten Rückenplatte einer Bremsbacke angeordnet ist und die Verbindung zwischen der Bremsbacke und dem Topfkolben gewährleistet.
- In axialer Richtung erstreckt sich der Rand 19 der Ring-Blechschutzkappe 12 nur über einen Teil der Ringausnehmung 20, so daß dahinter noch Platz für den Ringwulst 21' einer Gummischutzkappe 21 vorhanden ist, die in üblicher Weise sich zwischen dem Zylinder 28 und dem Topfkolben erstreckt, um nach außen einen staub- und schmutzdichten Abschluß zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Ring-Blechschutzkappe 12.dient mit zur Halterung des Wulstes 21', doch ist dies nur eine sekundäre Aufgabe der Blechschutzkappe 12.
- In Fig. 1 ist der Zylinder 28, in dem der Kolbenkörper 14 axial verschiebbar angeordnet ist, nur rechts der Kolbenachse 26 teilweise dargestellt. Ebenso beschränkt sich die Darstellung der Gummischutzkappe 21 auf den Bereich rechts von der Kolbenachse 26 in Fig. 1. Die Anordnung des Zylinders 28 und der Gummischutzkappe 21 links von der Kolbenachse 26 ist spiegelsymmetrisch.
- In Fig. 2 ist eine Presse 22 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt, welche ein Werkzeug-Oberteil 24 und zwei Werkzeug-Unterteile 23 aufweist. Die Werkzeug-Unterteile 23 sind auf einem Lagerbock 29 angeordnet, welcher um eine zwischen den beiden Unterteilen 23 befindliche vertikale Schwenkachse 30 verschwenkbar ist. Auf diese Weise können die beiden Werkzeug-Unterteile 23 gegeneinander ausgetauscht werden.
- Oberhalb des links der Schwenkachse 30 befindlichen zweiten Unterteils ist ein Blechschutzkappen-Aufdrückteil 25 angeordnet.
- Fig. 3 zeigt, wie der gepreßte Kunststoffkolbenkörper 14 in einer der Matrizen 31 des Unterteils 23 angeordnet ist.
- Das Oberteil 24 besitzt für jeden Kolbenkörper 14 einen zentralen Stempel 32 sowie einen Auswerferring 33, der am beweglichen Pressenteil 34 über Federn 35 abgestützt ist.
- Wesentlich ist, daß der Auswerferring 33 sich bis zur hinteren Schulter 20' der vorderen Ringausnehmung 20 erstreckt, an dem wo dann in dem Bereich 36, / der volle Außendurchmesser des Kolbenkörpers 14 erreicht ist, die Verbindungsstelle zum Unterteil 23 vorliegt. Der Auswerferring 33 vollzieht also den Auswerfvorgang über den stufenförmigen Absatz 20'.
- Die Formteilung bei 36 bedingt dort einen Grat, der aber hier nicht stört und keine mechanische Nacharbeit erforderlich macht.
- Das mit der beschriebenen Vorrichtung durchzuführende Verfahren gemäß der Erfindung läuft wie folgt ab: Zunächst wird die für die einzelnen Kunststoffkolbenkörper 14 erforderliche pulverförmige Preßmasse genau abgewogen.
- Es folgt dann in einer hier nicht dargestellten und im einzelnen beschriebenen Vorpresse ein Vorpressen der abgewogenen Preßmasse in eine genau auf die erfindungsgemäße Presse 22 abgestimmten Form. Es entsteht dadurch ein Vorpreßling bestimmten Durchmessers und bestimmter Höhe bzw. bestimmter Breite, Länge und Höhe.
- Anschließend wird dann der Vorpreßling in einem UHF-Ofen in sehr kurzer Zeit von z.B. 1,5 min auf eine Temperatur 0 von ca. 110 C erwärmt.
- Anschließend werden dann die Vorpreßlinge in die Matrizen 31 des Werkzeug-Unterteils 23 der erfindungsgemäßen Presse 22 eingelegt. Das Oberteil 24 wird dann so abgesenkt, daß bei zurückgezogenem Stempel 32 zunächst das Formnest des Werkzeuges verschlossen wird. Es wird also zunächst der Auswerferring 33 in Kontakt mit dem Unterteil 23 gebracht, wie das in Fig. 3 gezeigt ist.
- Anschließend erfolgt dann durch Eindrücken des zentralen Stempels 32 die Formgebung des Kunststoffkolbenkörpers 14 gemäß Fig. 3. Durch die aus Fig. 3 ersichtliche spezielle Formgebung des Auswerferringes 33 werden die sonst üblichen Auswerfermarkierungen auf der Betätigungs-Ringstirnfläche 11 des Solbenkörpers 14 vermieden, die zu mangelnder Planheit führen und ein Plandrehen erforderlich machen würden. Nach dem Pressen wird dann zunächst das bewegliche Teil 34 der Presse nach oben bewegt, wobei aufgrund des Formschlusses zwischen der ringförmigen Rippe 16 an der Innenfläche 15 des Kolbenkörpers 14 und der dazu komplementären Ringausnehmung 37, die am Umfang des Stempels 32 zur Formung der Rippe vorgesehen ist, der Kolbenkörper 14 nach oben mitgenommen wird, d.h., daß der Kolbenkörper 14 aus der Matrize 31 des Unterteils 23 gelöst wird. Anschließend wird dann der bewegliche Teil 34 der Presse 22 unter Zurückziehen der Stempel 32 wieder nach unten gestoßen, wobei der Auswerferring 33 den Kolbenkörper 14 nach unten vom Stempel 3:2 abstreift und wieder in die Matrize 31 hineinbewegt.
- Anschließend wird dann der Lagerbock 29 bei angehobenem Blechschutzkappen-Aufdrückteil 25 um 1800 um die Schwenkwelle 30 geschwenkt, so daß die in dem Unterteil 23 befindlichen rohen Kunststoffkolbenkörper 14 unter dem Blechschutzkappen-Aufdrückteil 25 zu liegen kommen. In letzteres sind bereits die Ring-Blechschutzkappen 12 eingelegt. Durch Niederdrücken werden dann die Blechschutzkappen 12 von oben auf die Kunststoffkolbenkörper 14 aufgedrückt, bis sie die aus Fig. 1 ersichtliche Form einnehmen.
- Erfindungsgemäß befindet sich also außerhalb der eigentlichen Presse 22 in Form des Blechschutzkappen-Aufdrückteils 25 ein zweites Werkzeug, welches mit dem gleichen Unterteil 23 wie die Presse.22 zusammenarbeitet.
- Erfindungsgemäß erfolgt der Wechsel der Unterteile 23 sehr schnell, so daß bei Anordnung unter dem Blechschutzkappen-Aufdrückteil 25 die Kolbenkörper 14 zwar nicht mehr unter Druck, aber noch weiter erhitzt sind, damit die eingeleitete,.aber noch nicht beendete Polymerisation fortgesetzt wird.
- Unter Ausnützung der noch vorhandenen Preßtemperatur und des noch elastischen Verhaltens des Materials werden also unmittelbar nach dem Öffnen der Presse 22 die Blechschutzkappen 12 aufgedrückt.
- Durch die neue Vorrichtung mit zwei auf einem Dreh-Lagerbock 29 (es könnte auch ein Schiebe-Lagerbock verwendet werden) angeordneten Werkzeug-Unterteilen 23 wird es in Verbindung mit der sofort anschließenden automatischen Montagestation für die Blechschutzkappen 12 möglich, die ringförmige Rippe 16 an der Innenfläche 15 des Kolbenkörpers 14 so zu dimensionieren, daß der angestrebte Formschluß nach dem Aufschnappen der Blechschutzkappe erreicht wird. Das Aufschnappen wird durch die Abrundung im Bereich des Ringflansches 18 (Fig.1) erleichtert, wodurch das Material des Kolbenkörpers 14 im Bereich der ringförmigen Rippe 16 leicht elastisch nach außen gedrückt wird, wenn die Blechschutzkappe 12 axial aufgeschoben wird. Sobald dann die ringförmige Rippe 16 und die Ringsicke 17 in Ausrichtung sind, schnappt das noch elastische Material des. Kolbenkörpers 14 im Bereich der ringförmigen Rippe 16 in die Ringsicke 17 ein. Dies ist wie gesagt möglich, weil das Verschwinden der elastischen Eigenschaften des Materials des Kolbenkörpers 14 durch das schnelle Wechseln der Unterteile 23 hinausgezögert wird, bis die Blechschutzkappe 12 aufgeschnappt ist. Wesentlich ist dabei auch, daß die Kolbenkörper 14 sich noch im beheizten Unterteil 23 der Presse 22 befinden.
- Erfindungsgemäß läuft also die Teilpolymerisation außerhalb der eigentlichen Preßstation ab, wo das bisher der Fall war. Nach dem Aufsetzen der Blechschutzkappe 12 erhält dann der Kunststoffkolben durch Abkühlung seine endgültige Form und Härte, wobei die Blechschutzkappe 12 fest und formschlüssig mit dem Kolben verbunden wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da der so gebildete kombinierte Metall-Kunststofftopfkolben mit der formschlüssig aufgebrachten Blechschutzkappe 12 nur noch auf Fertigdurchmesser geschliffen werden muß und sonst keine weiteren Nachbearbeitungen erfordert. Geschliffen wird lediglich der Kunststoffkolbenkörper 14, nicht aber die Blechschutzkappe 12, deren Rand 19 einen etwas geringeren Außendurchmesser als der Kolbenkörper 14 hat.
- Außerdem kann die Preßzeit bei verschiedenen Anwendungsfällen verkürzt sein, da die Teilpolymerisation außerhalb der eigentlichen Preßzone bzw. außerhalb des Preßzyklus abläuft.
- Nach dem Aufdrücken der Blechschutzkappe 12 werden die Topfkolben zur Wärmebehandlung in einen Kammerumluftofen oder einen Durchlaufofen gegeben. Hier wird die Polymerisation abgeschlossen. Die Strukturveränderung in der thermischen Phase erhöht die Festigkeit der Verbindung Blechschutzkappe 12 / Kunststoffkolbenkörper 14.
- Dies ist von besonderer Wichtigkeit, da im Anwendungsfall Rückplattentemperaturen bis zu 4700C kurzzeitig auftreten können. Durch den erfindungsgemä#ßen Formschluß können also nicht nur größere Fertigungstoleranzen in Kauf genommen werden. Beim Verziehen durch Hitze ist auch kein vorzeitiges Lösen der Blechschutzkappe 12 vom Kolbenkörper 14 zu befürchten.
Claims (10)
- Topfkolben für hydraulische oder pneumatische Zylinder bei Kraftfahrzeugscheibenbremsen Patentansprüche Topfkolben für hydraulische oder pneumatische Zylinder, insbesondere bei Kraftfahrzeugscheibenbremsen mit einem Kunststoffkolbenkörper, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß auf der Betätigungs-Ringstirnfläche (11) eine Ring-Blechschutzkappe (12) angeordnet ist, welche mit dem Kunststoffkolbenkörper (14) formschlüssig verbunZ<n ist.
- 2. Topfkolben nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die formschlüssige Verbindung durch eine Schnappverbindung zwischen dem Kolbenkörper (14) und einem Axialansatz (13) der Blechschutzkappe (12) gebildet ist.
- 3. Topfkolben nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der zylindrische Axialansatz (13) am Innenrand der Blechschutzkappe (12) ausgebildet ist und an der zylindrischen Innenfläche (15) des Kolbenkörpers (14) anliegt.
- 4. Topfkolben nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Innenfläche (15) des Kolbenkörpers (14) eine rundum laufende Rippe (16)- trägt, die mit einer Ringsicke (17) des Axialansatzes (13) zusammenwirkt.
- 5. Topfkolben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der zylindrische Axialansatz (13) am von der Betätigungs-Ringstirnfläche (11) abgewandten Ende einen inneren Ringflansch (18) trägt.
- 6. Topfkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß die Ring-Blechschutzkappe (12) außen einen von der Betätigungs-Ringstirnfläche (11) weg axial vorstehenden Rand (19) aufweist.
- 7. Topfkolben nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Rand (19) nach außen gewölbt ist.
- 8. Topfkolben nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kolbenkörper (14) im Bereich der Betätigungs-Ringstirnfläche (11) außen eine Ringausnehmung (20) hat, in der zunächst der Rand (19) und anschließend eine Gummischutzkappe (21) angeordnet ist.
- 9. Verfahren zur Herstellung eines Topfkolbens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß im erwärmten Zustand vor dem Verschwinden der elastischen Verformbarkeit durch Auspolymerisieren die Ring-Blechschutzkappe (12) in die formschlüssige Verbindung mit dem Kunststoffkolbenkörper (14) gebracht, insbesondere auf diesen aufgeschnappt wird.-
- 10. Vorrichtung zur Herstellung eines Topfkolbens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine Kunststoffkolbenkörper-Presse (22) wenigstens zwei die gepreßten Kunststoffkolbenkörper (14) aufnehmende Unterteile (23) aufweist, welche gegeneinander austauschbar sind und von denen jeweils eines unter dem Oberteil (24), das andere unter einem Blechschutzkappen-Aufdrückteil (25) angeordnet ist.
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