DE3305538C1

DE3305538C1 - Spannsatz

Info

Publication number: DE3305538C1
Application number: DE3305538A
Authority: DE
Inventors: Ralph 4048 Grevenbroich Müllenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-10-11
Also published as: JPS59155624A; US4702635A

Description

ßenordnung von 3 000 bar, vor.

Der Effekt der Hochdruckschmierung auf den Verlagerungsflächen ist ein mehrfacher. Es können wegen der geringeren Reibungsverluste größere Anteile der Schraubenspannkraft in radiale Spannung umgesetzt werden, d. h. es kann das übertragbare Drehmoment erhöht werden. Bei gleichem Drehmoment kannt der benötigte Spannsatz in seinen Abmessungen bzw. in der Zahl der benötigten Spannschrauben verringert werden. Im Prinzip kommt die Erfindung sowohl für Spann-Sätze mit selbsthemmenden als auch mit nicht selbsthemmenden Winkeln der Konusflächen in Betracht. Wenn es um die Erzeugung besonders hoher übertragbarer Drehmomente geht, werden natürlich Spannsätze mit selbsthemmenden Winkeln eingesetzt. Diese Spannsätze lösen sich beim Losdrehen der Spannschrauben nicht von selbst. Die Aufbringung des hohen Öldrucks beim Lösevorgang erleichtert das axiale Abdrücken in einem solchen Fall erheblich. Hier dient die erfindungsgemäße Ausgestaltung als Demontagehilfe.

Das unter hohem Druck stehende fließfähige Schmiermittel wird nur während der axialen Verlagerung der Konusflächen aufgebracht, also während des Spannens oder Abdrückens. Nach erfolgtem Spannen wird der Druck abgelassen. Der Spannverbindung »setzt sich« dann, d. h. die aufgebaute Gleitschicht verschwindet allmählich, indem das zwischen den Konusflächen vorhandene fließfähige Schmiermittel in die Konusflächen hineindiffundiert oder an den. Stirnseiten der Flügelflächen austritt, vorwiegend in die Oberflächenkanäle hinein. Dieser Vorgang kann einige Stunden dauern. Im Betrieb sitzen die Konusflächen unmittelbar aufeinander, so daß die Übertragung eines maximalen Drehmoments möglich ist.

Zum Stand der Technik gehört seit längerem der sogenannte Druckölverband (s. Firmenschrift SKF »Druckölverband« Juni 1971). Hierbei handelt es sich jedoch stets um die unmittelbare Verbindung der zu fügenden Bauteile miteinander. Es muß also, soweit Konusflächen verwendet werden, mindestens eines der Bauteile selbst eine solche Konusfläche tragen. Außerdem müssen die Oberflächenkanäle und die entsprechenden Zuführleitungen im Bauteil selbst angebracht werden. Dies kann insbesondere bei größeren Bauteilen, wie zum Beispiel den Durchmesser von 500 mm und mehr aufweisenden Wellen von Bandantriebstrommeln für Bandförderer, wie sie im Braunkohlentagebau eingesetzt werden, ein großes Problem sein.

Die Erfindung kann auch darin gesehen werden, die Vorteile des Druckölverbandes nutzbar gemacht zu haben, ohne daß an den eigentlichen miteinander zu verbindenden Bauteilen besondere Gestaltungen vorhanden sein müssen. Diese Bauteile brauchen nur zylindrische Außen- bzw. Innenumfangsflächen aufzuweisen, an deren Oberflächenqualität keine besonderen Ansprüche gestellt werden, da der darin bzw. darauf sitzende Spannsatz sich nur in sich selbst verlagert, jedoch durchweg keine axiale Verlagerung des Spannsatzes gegenüber seinen Nachbarflächen stattfindet. Die Flächen der Bauteile dienen nur zur Übertragung der vom Spannsatz ausgeübten Radialkräfte. Der Spannsatz ist ein separates, in sich geschlossenes einbaufertiges Bauteil.

Vertiefungen in einer Konusfläche einer Konusspannverbindung sind für sich genommen auch aus der DE-OS 3110 294 bekannt. Bei dieser Ausführungsform haben die Vertiefungen jedoch nur die Aufgabe, die Berührungsfläche zwischen den die Konusflächen aufweisenden Elementen zu verkleinern, wodurch bei gleicher Radialkraft eine größere Flächenpressung entsteht.

Aus der DE-AS 12 12 790 ist eine Konusspannverbindung bekannt, bei welcher eine der Konusflächen an den beiden axialen Enden umlaufende flache Stege aufweist, die mit ihrer radialen Innen- bzw. Außenseite auf der anderen Konusfläche aufliegen. Zwischen den umlaufenden Stegen hält der betreffende Konusririg einen geringen Abstand von der anderen Konusfläche, so daß eine Ringkammer gebildet ist, die durch die umlaufenden Stege bei der gegenseitigen axialen Verlagerung der Konusflächen hermetisch abgeschlossen ist. Die Kammer ist mit einem druckübertragenden Schmiermittel gefüllt, welches beim Anziehen einen' Flächendruck auf die gegenüberliegende Konusfläche ausübt, die ihrerseits als Büchse oder Manschette ausgebildet ist, die dadurch auf einer Welle oder in einer zylindrischen Bohrung festgesetzt wird. Die Druckübertragung erfolgt bei dieser Ausführungsform dauernd. Der Aufbau einer Gleitschicht zwischen unmittelbar aufeinanderliegenden Konusflächen ist nicht vorgesehen.

Wenn bei einer bestimmten Spannsatzkonstruktion mehrere Verlagerungen aufweisende Konusflächen radial übereinander angeordnet sind, so können die Oberflächenkanäle natürlich in sämtlichen Verlagerungsflächen vorhanden sein. Auch bei Konstruktionen, bei denen die axiale Verlagerung beim Anziehen der Spannschrauben nicht nur an Konusflächen, sondern gleichzeitig auch an zylindrischen Verlagerungsflächen stattfindet, können auch in diesen die Oberflächenkanäle vorgesehen werden (Anspruch 2).

Ansprüche 3 und 4 geben praktische Ausgestaltungen wieder, die den Anschluß der Ölleitungen an die Konusringe ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Spannsatz ist besonders für die Übertragung großer Drehmomente an schweren Bauteilen geeignet. Ein wichtiger Punkt ist bei Konusspannverbindungen mit selbsthemmenden Konusflächen die Möglichkeit, durch die Wirkung des unter hohem Druck stehenden fließfähigen Schmiermittels das Abziehen zu erleichtern.

Beispiele für Anwendungsfälle des erfindungsgemäßen Spannsatzes sind Hohlwellenaufsteckgetriebe und Bandantriebstrommeln für Bandförderanlagen zum Beispiel für Kohle oder Erz, bei denen aus konstruktiven Gründen normale Ölpreßverbände, bei denen die Konusflächen unmittelbar an den Bauteilen selbst angebracht sind, nicht realisierbar sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Konusspannverbindung mit einem Einfachspannsatz in einem durch die Achse gehenden Längsschnitt;

Fig.2 bis 4 zeigen entsprechende Längsschnitte durch andere Konusspannverbindungen, wobei jeweils nur die obere Schnitthälfte dargestellt ist.

Bei der in F i g. 1 dargestellten als Ganzes mit 100 bezeichneten Ausführungsform eines Spannsatzes geht es darum, auf einem inneren Bauteil in Gestalt einer Welle 1 ein äußeres Bauteil in Gestalt einer Nabe 2 festzulegen. Die Welle 1 besitzt eine zylindrische Außenumfangsfläche 3, die Nabe eine zylindrische Innenumfangsfläche 4.

Der Spannsatz 100 besteht aus einem inneren Konusring 5 mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche 6, die auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 3 der Welle 1 anliegt. Der Konusring 5 besitzt eine konische Außenumfangsfläche 7, die in dem Ausführungsbeispiel einen

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Konuswinkel von 2° aufweist. Der äußere Konusring 8 dige Ende der dünnwandigen Büchse 30 erstreckt. Beim besitzt eine konische Innenumfangsfläche 9, die den Anziehen der nicht dargestellten Spannschrauben ergleichen Konuswinkel hat wie die Konusfläche 7 und folgt eine Verlagerung längs der äußeren konischen von außen auf dieser anliegt. Die äußere Umfangsflache Umfangsflache 35 des Komisrings 30 und der inneren 10 des Konusrings 8 ist zylindrisch und liegt gegen die 5 konischen Umfangsfläche 36 des Konusrings 31 sowie Innenumfangsfläche 4 der Nabe 2 an. entlang der zylindrischen Außenumfangsflache 32 des

An dem dickwandigen Ende des äußeren Konusrings Konusrings 31 und der zylindrischen Innenumfangsflä-

8 ist ein nach innen vor die Stirnfläche 11 des Konus- ehe 34 der zylingdrischen Büchse 33. Aus diesem Grun-

rings 5 vorragender Flansch 12 vorgesehen, der Durch- de führen nicht nur Abzweigkanäle 21 zu den Konusflä-

gangslochungen 13 aufweist, mit denen Gewindeboh- 10 chen 35, 36, sondern auch Abzweigkanäle 21' zu den

rungen 14 in der Stirnseite 11 des Konusrings 5· fluchten. zylindrischen Flächen 32,34.

In die Gewindebohrungen 14 werden durch die Durch- Eine gegenseitige axiale Verlagerung der Nabe 2 und

gangsbohrungen 13 hindurch achsparallele Spann- der Welle 1 findet hier nicht statt, weil der innere Ko-

schrauben 15 eingeschraubt, die die Konusringe 5, 8 nusring 30 an dem Flansch der zylindrischen Büchse 33

beim Anziehen axial gegeneinander verlagern und über 15 anliegt und die Verlagerungen ganz innerhalb des

die Konusflächen 7, 9 radial aufweiten. Dadurch wird Spannsatzes 200 bleiben,

die Nabe 2 durch Reibschluß auf der Welle 1 festgesetzt' In F i g. 3 ist eine Ausführungsform 300 dargestellt,

Die Spannschrauben 15 sind über den Umfang des bei welcher auf einem doppeltkonischen inneren Ko-

Spannsatzes 100 verteilt. An einer von Spannschrauben nusring 40, der mit seiner zylindrischen Innenumfangs-

freien Stelle ist in dem Flansch 12 eine Durchgangsboh- 20 fläche 41 auf der Welle 1 sitzt und der zwei entgegenge-

rung 16 vorgesehen, die mit einer Längsbohrung 17 in setzt konische Außenumfangsflächen 42, 43 aufweist,

dem Konusring 5 fluchtet. Durch die Durchgangsboh- wobei die dickste Stelle in der Mitte liegt und auf denen

rung 16 ist eine Hochdruckleitung 18 hindurchgeführt, zwei äußere Konusringe 44,45 angeordnet sind, die mit

die über ein Schraubnippel 19 und eine Dichtung 20 an ihren inneren Konusflächen 46, 47 mit dem Doppelko-

die Längsbohrung 17 angeschlossen ist. Von der Längs- 25 nusring 40 zusammenwirken und mit ihren äußeren zy-

bohrung 17 gehen in dem Ausführungsbeispiel drei Ab- lindrischen Umfangsf lachen 48,49 in der Ausnehmung 4

zweigkanäle 21 aus, die in in Umfangsrichtung verlau- der Nabe 2 anliegen. Die äußeren Konusringe 44, 45

fende Oberflächenkanäle 22 münden. Die Oberflä- sind an einer Stelle in einer durch die Achse gehenden

chenkanäle haben einen in dem Ausführungsbeispiel Längsebene geschlitzt, damit nicht zu viel Kraft beim

flach kreisabschnittförmigen Querschnitt und sind etwa 30 Anziehen der die Konusringe 44, 45 gegeneinanderzie-

0,5 bis 1 mm tief. Ihr Abstand in Achsrichtung richtet henden Spannschrauben 15 verlorengeht. Die Längs-

sich nach der Größe des Spannsatzes. Bei größeren bohrung 17 ist bei dem Spannsatz 300 in dem inneren

Spannsätzen können natürlich auch mehr Oberflä- Doppelkonusring 40 untergebracht und mündet über

chenkanäle 22 vorgesehen sein. die Abzweigkanäle 21 auf den Konusflächen 42,43.

Wenn die Längsbohrung 17 und damit die Oberflä- 35 Bei der Ausführungsform 400 nach F i g. 4 sitzt auf der

chenkanäle 22 durch die Leitung 18 mit einem unter Welle 1 eine zylindrische Büchse 50, die mit ihrer zylin-

hohem Druck stehenden fließfähigen Schmiermittel, drischen Innenumfangsfläche 51 auf der Welle 1 anliegt,

beispielsweise Drucköl, beschickt werden, so breitet Die Büchse 50 besitzt einen radial nach außen vorste-

sich dieses Drucköl längs der Konusflächen 7,9 aus, wie henden umlaufenden Steg 52, der zu Zentrierungs- und

im unteren Teil der F i g. 1 durch die Pfeile 23 angedeu- 40 Abdrückzwecken dient und von den nicht dargestellten

tet ist. Es entsteht also auf der durch das Konusflächen- Spannschrauben in Durchgangsbohrungen durchgriffen

paar 7, 9 gebildeten Verlagerungsfläche eine zusam- wird. Die Büchse 50 besitzt zu beiden Seiten des Steges

menhängende Flüssigkeitsschicht, auf der die Konusflä- 52 zylindrische Außenumfangsflächen 53,54, auf denen

chen 7, 9 abgleiten. Dadurch wird die Reibung an den innere Konusringe 55, 56 angeordnet sind. Diese besit-

Konusflächen 7, 9 beim Anziehen der Spannschrauben 45 zen konische Außenumfangsflächen, die mit konischen

15 vermindert. Auch das Lösen des Spannsatzes 100 Innenumfangsflächen zweier dünnwandiger äußerer

kann durch das Einpressen des Drucköls erleichtert Konusringe 57,58 zusammenwirken, die mit ihrer zylin-

werden. drischen Außenumfangsfläche gegen die Innenumfangs-

Bei dem Spannsatz 100 der F i g. 1 erfolgt eine axiale fläche 4 der Nabe 2 anliegen. Die nicht dargestellten

Verlagerung von Bauteilen beim Spannen nur längs der 50 Spannschrauben wirken ähnlich wie bei der Ausfüh-

Konusflächen 7,9. Das bedingt natürlich, daß sich beim rungsform 300 zwischen den Konusringen 55, 56 und

Anziehen die Nabe 2 gegenüber der Welle ein wenig ziehen diese in Achsrichtung gegeneinander, wobei kei-

verlagert. In vielen Fällen spielt dies jedoch keine Rolle ne Verlagerung der Nabe 2 gegenüber der Welle 1 ein-

bzw. kann zu einem erheblichen Teil vorher berücksich- tritt. Die Spannschrauben werden bei der Ausführungs-

tigt werden. 55 form 400 gemäß F i g. 4 von rechts angezogen. Dies ist

In F i g. 2 ist jedoch eine Ausführungsform 200 eines die Zugangsseite. F i g. 4 läßt erkennen, wie die Hoch-Spannsatzes dargestellt, bei welcher keine Verlagerung druckleitung 18 durch eine Durchgangsbohrung 59 des der Nabe 2 gegenüber der Welle 1 in Achsrichtung der Zugangsseite zugewandten Konusringes 56 und 60 stattfindet. Es ist ein dünnwandiger innerer Konusring des Steges 52 hindurchgeführt ist, um den in F i g. 4 Hn-30 vorgesehen, der mit seiner zylindrischen Innenum- 60 ken Konusring 55 zu erreichen, wobei wiederum Abfangsfläche auf der Welle 1 anliegt und mit dem ein zweigkanäle 21 zu der Konusfläche und 21'zu der zylinäußerer Konusring 31 zusammenwirkt, der eine zylin- drischen Fläche der Konusringe 55,56 vorgesehen sind, drische Außenumfangsfläche 32 aufweist. Auf der Au- Der rechte Konusring 56 wird durch eine an anderer ßenumfangsfläche 32 liegt eine zylindrische Büchse 33 Stelle angesetzte Hochdruckleitung versorgt, die in der mit ihrer Innenumfangsfläche 34 an, die mit der zylindri- 65 der Ausführungsform 300 entsprechenden Art unmittelschen Außenumfangsfläche in der Ausnehmung 4 der bar an den Konusring 56 angeschlossen sein kann.
Nabe 2 anliegt. Die zylindrische Büchse 33 besitzt einen Es versteht sich, daß, soweit die vorhandenen Konus-Flansch, der sich radial nach innen bis vor das dickwan- winkel selbsthemmend sind, nicht dargestellte axiale

Abdrückgewindebohrungen vorgesehen sind (im vorliegenden Fall in den Teilen 12,31,50,56), in die Abdrückschrauben einschraubbar sind, die sich gegen die Stirnflächen benachbarter Konusringe bzw. des Steges 52
setzen und mittels deren die Konusringe unter Aufhebung der radialen Spannung axial auseinanderdrückbar
sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 rere Konusringe radial übereinander oder axial hinterPatentansprüche: einander angeordnet sind und zur Wirkung gebracht werden. Gemeinsam ist allen Ausführungsformen, daß

1. Spannsatz zur Übertragung von Drehmomen- der Spannsatz ein separates Teil mit einer einheitlichen ten zwischen einem eine zylindrische Außenum- 5 zylindrischen Außenumfangsfläche, die mit der Umfangsfläche aufweisenden inneren Bauteil, insbeson- fangsfläche der Ausnehmung zusammenwirkt, sowie eidere einer Welle, und einem eine zylindrische Innen- ne einheitliche zylindrische Innenumfangsfläche aufumfangsfläche aufweisenden äußeren Bauteil, insbe- weist, die auf der Welle sitze. Der Spannsatz ist in dem sondere einer Nabe, mit mindestens zwei Konusrin- Zwischenraum zwischen der zylindrischen Außenumgen, von denen der erste Konusring eine zylindrische 10 fangsfläche der Welle und der zylindrischen Innenum-Außenfläche, die zur Anlage an der Innenumfangs- fangsfläche der Ausnehmung angeordnet. Die beiden fläche des äußeren Bauteils bestimmt ist, sowie eine gegeneinander zu verspannenden Bauteile, die recht konische Innenfläche und der zweite damit zusam- groß und schwer sein können, brauchen keine präzisen menwirkende Konusring eine zylindrische Innenflä- konischen Flächen aufzuweisen. Diese sind vielmehr nur ehe, die zur Anlage an der Außenumfangsfläche des 15 in dem Spannsatz vorhanden, der nur über seine zylininneren Bauteils bestimmt ist, sowie eine konische drischen Außenflächen nach außen wirkt.
Außenfläche aufweisen, mit axialen Spannschrau- Das übertragbare Drehmoment hängt vom Reiben, mittels deren die Konusringe axial gegeneinan- bungsschluß und damit von der durch den Spannsatz der anziehbar und unter Abgleiten über die Konus- erzielbaren radialen Spannung zwischen innerem und flächen die zylindrischen Außen- und Innenumfangs- 20 äußerem Bauteil ab. Diese Spannung wird durch die flächen radial voneinander wegdrückbar sind, da- axial verlaufende Spannkraft der Spannschrauben erdurch gekennzeichnet, daß auf mindestens zeugt, die über die Konusflächen in eine radiale Ausdeheiner der Konusflächen (7, 9; 35, 36; 42, 46, 43, 47) nung des Spannsatzes umgesetzt wird. Aus Gründen der über die Konusfläche verteilte Oberflächenkanäle Festigkeit der Spannschrauben ergibt sich eine genau (21) geringen Querschnitts vorgesehen sind, die wäh- 25 festliegende theoretische Höchstspannung, die der rend der axialen Verlagerung der Konusflächen (7, Spannsatz in radialer Richtung aufbringen kann. Da 9; 35,36; 42,46,43,47) mit einer Quelle unter hohem aber die Erzeugung der Spannung durch eine axiale Druck stehenden fließfähigen Schmiermittels in Ver- Verlagerung der verschiedenen Konusringe über deren bindung stehen, so daß während dieser Bewegung Konus- und gegebenenfalls auch zylindrische Umfangseine zusammenhänge Gleitschicht entsteht. 30 flächen unter Reibung erfolgt, geht ein erheblicher An-

2. Spannsatz nach Anspruch 1, dadurch gekenn- teil der an sich vorhandenen Gesamtspannkraft der zeichnet, daß der Spannsatz mindestens eine einer- Spannschrauben verloren, ohne in radiale Spannung seits auf einer Verlagerungsfläche an der zylindri- umgesetzt zu werden.

sehen Umfangsfläche (32; 61, 62) eines der Konus- Durch entsprechend sauber bearbeitete Verlageringe (31; 55, 56), andererseits an der zylindrischen 35 rungsflächen und durch Einölen oder Behandeln dersel-Umfangsf lache (3, 4) eines der Bauteile (1, 2) anlie- ben mit Schmierstoffen wie Molybdändisulf id konnte gende zylindrische Büchse (33, 50) umfaßt, und auf die Reibung zwar verringert werden, doch kam es bisder Verlagerungsfläche (32; 61, 62) ebenfalls über her unter dem entstehenden radialen Druck stets zu die Verlagerungsfläche verteilte Oberflächenkanäle metallischer Reibung zwischen den Ringen und entspre-(21') geringen Querschnitts vorgesehen sind, die mit 40 chend hohen Verlusten an Schraubenspannkraft bloß einer Quelle unter hohem Druck stehenden fließfä- zur Bewerkstelligung der axialen Verlagerung,
higen Schmiermittels in Verbindung bringbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

3. Spannsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- Spannsatz der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entkennzeichnet, daß einer der Konusringe (5; 31; 40; sprechenden Art so weiterzubilden, daß die Verluste an 55, 56) eine von der Stirnseite zugängliche Längs- 45 Schraubenspannkraft verringert werden können,
bohrung (17) enthält, von welcher radiale Abzweig- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kanäle (21, 2Γ) zu mehreren in Achsrichtung mit Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merk-Abstand aufeinanderfolgenden, in Umfangsrichtung male gelöst.

verlaufenden Oberflächenkanälen (22) führen. Das fließfähige Schmiermittel, welches regelrecht

4. Spannsatz nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 50 flüssig, gelartig oder pastenförmig sein kann, wird in die zeichnet, daß in dem vor der Stirnfläche (11) gelege- Oberflächenkanäle eingepreßt und tritt über deren Rannen Teil des anderen Konusrings vor der Längsboh- der zwischen die benachbarten, sich gegenseitig verlarung (17) eine durchgehende Zugangsbohrung (16, gernden Konus- oder Zylinderflächen ein und erzeugt 24,59) vorgesehen ist. eine zusammenhängende Gleitschicht, auf der die Ringe

55 sich gegenseitig mit einer viel geringeren Reibung ver-

lagern können, als bei den herkömmlichen Spannsätzen,

bei denen es, auch wenn sie vor dem Fügen einmalig mit einem Schmiermittel versehen wurden, bei steigenden

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannsatz der Spannkräften zu metalli scher Reibung kommt. Das

dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden 60 Schmiermittel wird bei der Erfindung eben nicht wegge-

Art. drückt oder in Vertiefungen zurückgedrückt, sondern es

Derartige Spannsätze sind in den verschiedensten bleibt die zusammenhängende Schmiermittelschicht

Ausführungsformen bekannt, beispielsweise aus der durch das ständige Nachdrücken unter hohem Druck

DE-OS 23 29 940, dem DE-GM 77 27 308 und den DE- aufrechterhalten. Die Drücke des Schmiermittels müs-

PSen 12 94 751 und 27 34 784. Die Spannsätze können 65 sen, wenn der geschilderte Effekt zustande kommen soll,

einfach, d. h. mit nur zwei radial übereinander angeord- etwas höher sein als die Flächenpressung in dem zu

neten und axial gegeneinander verspannbaren Konus- fügenden Flächenpaar. Es kommen also Drücke in der

ringen ausgebildet sein oder aber mehrfach, indem meh- Größenordnung bis etwa 30 kg/mm², d. h. in der Grö-