DE4128391A1 - Fastener for light-metal vehicle wheel - has combination of titanium@ alloy shank and aluminium@ alloy sleeve - Google Patents

Fastener for light-metal vehicle wheel - has combination of titanium@ alloy shank and aluminium@ alloy sleeve

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    • B60B23/08Attaching rim to wheel body by screws, bolts, pins, or clips arranged radially
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

The light metal wheel is for a passenger car. It has an outer flange and an inner flange joined by a fastener in a bore (32,27). The head and shank of the fastener are made from a titanium alloy. The shaft has a number of small grooves onto which is pressed a cylindrical sleeve made from an aluminium alloy to create a fastening of the tension pull type. USE/ADVANTAGE - Construction of light metal vehicle wheel which overcomes problems of corrosion and weight associated with nut and bolt fastenings.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device according to the preamble of the main claim.

Bisher wurde die Radscheibe durch eine Vielzahl von speziellen Schrauben/Muttern- Verbindungen miteinander verbunden, wobei der Schraubenkopf zur Sichtseite des Rads hin angeordnet war und die Mutter auf der abgewandten Seite angezogen wurde.So far, the wheel disc has been replaced by a large number of special screws / nuts. Connections connected with each other, the screw head to the visible side of the Rads was arranged and the mother was tightened on the opposite side.

Dies hatte eine Reihe von Nachteilen:This had a number of disadvantages:

  • a) Beim Anziehen der Schraube wird die Lackschicht verletzt.a) The paint layer is damaged when the screw is tightened.
  • b) Die Schraube muß gesichert werden und zwar wegen der Wärmeentwicklung der Bremsen durch ein wärmebeständiges Mittel.b) The screw must be secured because of the heat generated by the Braking through a heat-resistant agent.
  • c) Werden zum Beispiel aus Reparaturgründen oder aus Gründen des Ausschusses die Muttern wieder gelöst und dann wieder angezogen, dann spätestens wird auch die Lackschicht oder irgendeine andere Schutzschicht unter dem Schrauben­ kopf verletzt. c) Are for example for repair reasons or for reasons of the committee the nuts loosened again and then tightened again, then at the latest also the paint layer or any other protective layer under the screw head hurt.  
  • d) Die vorstehenden Schraubenköpfe verwirbeln die Luft und tragen so zum Luft­ widerstand bei.d) The above screw heads swirl the air and thus contribute to the air resisted.
  • e) Durch die Luftverwirbelung entstehen Geräusche.e) Air swirling creates noise.
  • f) Die Schrauben und Muttern sind aus Stahl, müssen aber oberflächenbehandelt werden wie zum Beispiel schwarzvernickelt werden. Da sie Kanten haben, gibt es Stellen, wo die schwarze Vernicklung oder dergleichen Schutzschicht bevor­ zugt abgetragen wird, was technische und ästhetische Probleme mit sich bringt.f) The screws and nuts are made of steel, but must be surface treated will be blackplated like for example. Since they have edges, there places where the black nickel plating or like protective layer before is removed, which causes technical and aesthetic problems.
  • g) Aus Gründen der beschränkten Farbgebung bleiben für Stahlschrauben und Stahlmuttern an Farben im wesentlichen schwarz übrig.g) For the sake of the limited coloring remain for steel screws and Steel nuts on colors essentially black.
  • h) Stahl steht im Verhältnis zum Leichtmetall des Kraftfahrzeugrads in der Spannungsreihe relativ weit auseinander.h) Steel is in relation to the light metal of the motor vehicle wheel in the Tension series relatively far apart.
  • i) Es kann Mißbrauch getrieben werden indem von unbefugter Seite Muttern gelöst werden. Nur bei einer ganz bestimmten Vorspannung wird die Radscheibe sicher mit dem Felgenring verbunden.i) It can be misused by loosening nuts from unauthorized parties will. The wheel disc only becomes secure with a specific preload connected to the rim ring.
  • j) Die Reinigung auf der Sichtseite des Rads ist wegen der relativ scharfkantigen Schraubenköpfe schwierig.j) The cleaning on the visible side of the wheel is due to the relatively sharp edges Screw heads difficult.
  • k) Stahl hat zwar eine hohe spezifische Festigkeit, aber auch ein hohes Gewicht. Dies bedeutet, daß die rotatorisch und translatorisch beschleunigten Massen vergleichsweise groß sind. k) Steel has a high specific strength, but also a high weight. This means that the masses accelerated rotationally and translationally are comparatively large.  
  • l) Die Massen bedeuten aber auch von vorne herein bei einer gegebenen Ferti­ gungsgenauigkeit eine Unwucht.l) The masses also mean from the outset with a given ferti accuracy an unbalance.
  • m) Beim Entsorgen sollten die Schrauben/Muttern entfernt werden, damit sie nicht beim Wiedereinschmelzen des Leichtmetalls in die Schmelze gelangen.m) When disposing of the screws / nuts should be removed so that they do not get into the melt when the light metal is melted again.
  • n) Es gibt für die Verwendung bei Leichtmetall-Kraftfahrzeugrädern nur ganz bestimmte, wenige Sorten von Schraubenköpfen, die verwendet werden können. Deshalb ist der Formgestalter in seiner ästhetischen Variationsbreite einge­ schränkt.n) There are only whole for use with light alloy motor vehicle wheels certain few types of screw heads that can be used. That is why the designer is limited in his aesthetic range of variation limits.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird dies durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.The object of the invention is to at least partially overcome the disadvantages mentioned above remove. According to the invention this is by the from the characterizing part of Main claims apparent features solved.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:Preferred exemplary embodiments of the invention are described below. In the drawing shows:

Fig. 1 Die Draufsicht auf ein Leichtmetallrad in maßstäblicher Darstellung, Fig. 1 is a plan view of a light-alloy wheel in to scale,

Fig. 2 einen abgebrochenen Schnitt links der Linie 2-2 aus Fig. 1, Fig. 2 shows a broken section to the left of the line 2-2 of Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung aus dem Bereich 3 von Fig. 2, im Maßstab 1:1, Fig. 3 is a view from the area 3 of Fig 2, in scale 1:. 1,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Flachkopfniets im noch nicht verarbeiteten Zustand im Maßstab 1:1, Fig. 4 is a side view of Flachkopfniets in the unprocessed state in scale 1: 1,

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 5 eines ebenfalls verwendbaren Niets, im Maßstab 1 : 1. . 1: Figure 5 is a rivet also usable, in scale 1 is a view of FIG. 5.

Fig. 6 die Seitenansicht einer Spannhülse, im Maßstab 1 : 1. Fig. 6 is a side view of an adapter sleeve, on a scale of 1: 1.

Fig. 7 die Seitenansicht eines Senkkopfniets im Maßstab 1 : 1. Fig. 7 is a side view of Senkkopfniets in scale 1: 1.

Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht eines Rads eines dritten Ausführungs­ beispiels. Fig. 8 is a partial perspective view of a wheel of a third embodiment example.

Bei einem Leichtmetallrad 11 für Personenkraftwagen ist der Felgenring 12 aus Aluminium und die Radscheibe 13 aus Aluminium oder Magnesium. Es sind hier die gegenüber einem Stahlrad ersichtlichen wesentlich größeren Wandstärken vorhanden. Die Radscheibe 12 hat eine Vielzahl von Speichen 14, 16, 17. Dabei liegen die Enden 18, 19 der Speichen 14, 16 winkelmäßig näher beieinander als die Enden 19, 21 der Speichen 16, 17. Die Radscheibe 17 geht außen in einen geschlossenen Außenflansch 22 über. Dieser hat eine gemäß Fig. 2 nach links in Richtung "außen" gerichtete kreisförmige Nut 23. Ihr Boden 24 steht exakt senkrecht zur geometrischen Längs­ achse 26, die senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 steht. In winkelmäßig genau regelmäßigen Abständen sind im Außenflansch 22 den Boden 24 durchquerende Durch­ gangslöcher 27 vorgesehen, die exakt parallel zur geometrischen Längsachse 26 ver­ laufen. Im Bereich der Durchgangslöcher 27 steht die Rückfläche 28 des Außen­ flansches 22 ebenfalls exakt senkrecht zur geometrischen Längsachse 26. In die Nut 23 hinein paßt ein Innenflansch 29 des Felgenrings 12. Seine Rückfläche 31 steht wie der ihn kontaktierende Boden 24 exakt senkrecht zur geometrischen Längsachse 26. Deckungsgleich mit den Durchgangslöchern 27 sind im Innenflansch 29 Durch­ gangslöcher 32 vorgesehen. Wo diese zur Sichtseite, das heißt, in Fig. 2 nach links hin münden, ist eine Einsenkung 33 vorgesehen, deren Boden ebenfalls exakt parallel zur geometrischen Längsachse 26 steht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich die Durchgangslöcher 27, 32 nicht am Ende der Speichen 18, 19, 21, dort wo diese mit sanften Radien in den Außenflansch 22 übergehen. Vielmehr liegen diese Durch­ gangslöcher - im Uhrzeigersinn gesehen - hinsichtlich der Speiche 18 nacheilend, hinsichtlich der Speiche 19 voreilend und hinsichtlich der Speiche 21 nacheilend. Dieser Rapport ist überall zu sehen.In the case of a light metal wheel 11 for passenger cars, the rim ring 12 is made of aluminum and the wheel disc 13 is made of aluminum or magnesium. There are much larger wall thicknesses compared to a steel wheel. The wheel disc 12 has a plurality of spokes 14 , 16 , 17 . The ends 18 , 19 of the spokes 14 , 16 are angularly closer together than the ends 19 , 21 of the spokes 16 , 17 . The wheel disc 17 merges into a closed outer flange 22 on the outside. This has a circular groove 23 directed to the left in the "outside" direction according to FIG. 2. Your bottom 24 is exactly perpendicular to the geometric longitudinal axis 26 , which is perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1. At exactly regular angular intervals, the bottom 24 through the through holes 27 are provided in the outer flange 22 , which run exactly parallel to the geometric longitudinal axis 26 ver. In the area of the through holes 27 , the rear surface 28 of the outer flange 22 is also exactly perpendicular to the geometric longitudinal axis 26 . An inner flange 29 of the rim ring 12 fits into the groove 23 . Its rear surface 31 , like the bottom 24 contacting it, is exactly perpendicular to the geometric longitudinal axis 26 . Coincident with the through holes 27 are provided in the inner flange 29 through holes 32nd Where they open to the visible side, that is to say to the left in FIG. 2, a depression 33 is provided, the bottom of which is likewise exactly parallel to the geometric longitudinal axis 26 . As can be seen from FIG. 1, the through holes 27 , 32 are not located at the end of the spokes 18 , 19 , 21 , where they pass into the outer flange 22 with gentle radii. Rather, these through holes - seen clockwise - lagging behind the spoke 18 , leading the spoke 19 and lagging the spoke 21 . This repeat can be seen everywhere.

Als Spannmittel wird hier ein Niet 33 oder 34 verwendet, wie er in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, sowie eine Spannhülse 36 gemäß Fig. 6. Jeder Niet hat einen Flach­ kopf 37, einen kreiszylindrischen Schaft 38, der in den Durchgangslöchern 27, 32 mit geringem Spiel sitzt. In ihren Endbereichen weisen beide Niete 33, 34 eine Viel­ zahl von Rillen 39 auf, die sich rundum kontinuierlich erstrecken und auf die dann bei der Montage die Spannhülse 36 geschoben wird und dort radial verpreßt wird, so daß sich die Rillen 39 an der Innenwand der Spannhülse 36 einpressen und so eine formschlüssige Verbindung entsteht. Im montierten Zustand steht die Kopfunterseite 41 senkrecht zur geometrischen Längsachse 26 und ebenso steht die linke Stirnfläche 42 der Spannhülse 36.A rivet 33 or 34 , as shown in FIGS. 4 and 5, and a clamping sleeve 36 according to FIG. 6 are used as clamping means here . Each rivet has a flat head 37 , a circular cylindrical shaft 38 , which in the through holes 27 , 32 sits with little play. In their end regions, both rivets 33 , 34 have a large number of grooves 39 which extend continuously all around and onto which the clamping sleeve 36 is then pushed during assembly and is radially pressed there, so that the grooves 39 on the inner wall of the Press in clamping sleeve 36 and a positive connection is created. In the assembled state, the underside of the head 41 is perpendicular to the longitudinal axis 26 and the left end face 42 of the clamping sleeve 36 is also positioned .

Die Vorrichtung nach der Fig. 4 hat rechts von den Rillen 39 eine Einschnürung 43 und rechts davon folgt koaxial ein Zugschaft 44, der rechts ebenfalls Rillen 46 auf­ weist. Bei der Montage steckt man den Niet 33 durch die Durchgangslöcher 27, 32, schiebt die aus einer Aluminiumlegierung bestehende Spannhülse 36 mit wenig Spiel auf die Rillen 39, zieht mit einem Spezialwerkzeug axial an den Rillen 46, ver­ klemmt die Spannhülse 36 wenn die genügend hohe Zugkraft erreicht ist und reißt dann bei Erhöhung der Zugkraft den Zugschaft 44 ab. Die Einschnürung 43 verhindert zuverlässig, daß ein bestimmter Zugkraftwert überschritten wird. Hier ist der Zug­ schaft 44 Abfall. Wie man sieht, ist diese Verbindung keine echte Nietverbindung, denn ein Niet überträgt ja normalerweise keine Zugkraft. Hier hat man jedoch eine reine Zugkraft und zwar eine so große, wie man sie definiert sonst nur mit einer Muttern/Schrauben-Verbindung erzeugen kann. The device according to FIG. 4 has a constriction 43 to the right of the grooves 39 and to the right of it coaxially follows a pull shaft 44 which likewise has grooves 46 on the right. During assembly you insert the rivet 33 through the through holes 27 , 32 , push the clamping sleeve 36 made of an aluminum alloy with little play onto the grooves 39 , pull axially with a special tool on the grooves 46 , clamp the clamping sleeve 36 if the sufficiently high Traction is reached and then tears off the traction shank 44 when the tractive force increases. The constriction 43 reliably prevents a certain tensile force value from being exceeded. Here the train shaft is 44 waste. As you can see, this connection is not a real rivet connection, because a rivet normally does not transmit traction. Here, however, you have a pure pulling force, namely as large as you can define it otherwise only with a nut / screw connection.

Für höhere Stückzahlen eignet sich besser der Niet 34. Bei der Montage preßt man den Außenflansch 22 und den Innenflansch 29 mit hoher Kraft zusammen. Ist diese erreicht, verpreßt man die Spannhülse 36.The rivet 34 is more suitable for larger quantities. During assembly, the outer flange 22 and the inner flange 29 are pressed together with high force. If this is reached, the clamping sleeve 36 is pressed.

Sieht man die geeigneten Einsenkungen am sichtseitigen Ende des sichtseitigen Durchgangslochs vor, dann kann man einen Senkkopfniet 47 gemäß Fig. 7 verwenden, aber auch einen solchen Typ, der den Zugschaft nicht aufweist.If the appropriate depressions are provided at the visible end of the visible through hole, then a countersunk rivet 47 according to FIG. 7 can be used, but also a type which does not have the traction shank.

Gemäß Fig. 8 überdeckt hier der Außenflansch 48 der gegossenen und/oder geschmiedeten Radscheibe 49 den dahinter liegenden, so nicht sichtbaren Innen­ flansch des Felgenrings 51. Außen auf dem Außenflansch sind flache Erhebungen 52 vorgesehen, die einstückig mit dem Außenflansch 48 gefertigt werden und insoweit flache Kreispyramidenstümpfe darstellen, die außen in eine schmale, vorstehende, auf einem Kreis verlaufende Rippe 53 übergehen. Auf diesen Erhebungen 52 liegt die Kopfunterseite 42 auf.According to Fig. 8, the outer flange overlaps here 48 of the cast and / or forged wheel disc 49 to the underlying, so not visible inner flange of the rim ring 51. Flat elevations 52 are provided on the outside of the outer flange, which are made in one piece with the outer flange 48 and in this respect represent flat circular pyramid frustums which merge into a narrow, protruding rib 53 running on a circle. The underside of the head 42 rests on these elevations 52 .

Die Anordnung der Nieten 33, 34 ist die gleiche, wie in Fig. 1 ausgezogen gezeich­ net. Es können jedoch auch in beiden Fällen die Nietköpfe dort mittig zu den Speichen 18, 19, 21 angeordnet sein, wo in Fig. 1 die gestrichelten Kreise 54 vor­ gesehen sind.The arrangement of the rivets 33 , 34 is the same as drawn in net in Fig. 1. However, in both cases the rivet heads can also be arranged centrally to the spokes 18 , 19 , 21 , where the dashed circles 54 are seen in FIG. 1.

Zwanzig Stahlschrauben samt Mutter wiegen 260 g. Zwanzig Titanniete samt Aluminiumhülse wiegen 180 g. Man spart also rund 100 g. Dies ist im Hinblick auf überhaupt mögliche Einsparmöglichkeiten sehr viel und außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Niete bzw. Schrauben beim Rad sehr weit außen sitzen und deshalb dort viel Einfluß in den aus der Physik bekannten Richtung haben.Twenty steel screws and nut weigh 260 g. Twenty titanium rivets together Aluminum sleeve weigh 180 g. So you save around 100 g. This is in view a lot of potential savings at all and also is too take into account that the rivets or screws on the wheel are very far out and therefore have a lot of influence there in the direction known from physics.

Claims (16)

1. Vorrichtung für Leichtmetall-Kraftfahrzeugräder, insbesondere für Personen­ kraftwagen,
mit einer Radscheibe, die sich im wesentlichen senkrecht zur geometrischen Drehachse erstreckt,
mit einem kreisförmigen Umfangsflansch an der Radscheibe,
mit einer Vielzahl von ersten Durchgangsbohrungen im Umfangsflansch, die sich exakt parallel zur Drehachse erstrecken,
mit einem zur Drehachse koaxialen Felgenring,
mit einem vom Felgenring ausgehenden Innenflansch, der parallel zum Umfangs­ flansch an diesem anliegt und eine Vielzahl von zweiten Durchgangsbohrungen aufweist, die sich mit den ersten Durchgangsbohrungen decken,
mit einer Vielzahl von Spannmittel, deren Schaft die ersten und zweiten Durch­ gangsbohrungen durchqueren, deren Kopf auf der Vorderseite einer der Flansche aufliegt und dessen Formschlußhülse auf der Rückseite einer der Flansche anliegt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale
  • a) Kopf und Schaft sind aus einer Titanlegierung.
  • b) In dem über den inneren Flansch hinausstehenden Bereich hat der Schaft eine Vielzahl von schmalen Nuten.
  • c) Auf die Nuten ist eine geschlossene, kreiszylindrische Hülse aus einer Aluminiumlegierung aufgepreßt.
  • d) Die Zugkraft im Schaft preßt die Flansche mit dem Betriebsdruck zusammen.
1. Device for light metal motor vehicle wheels, in particular for motor vehicles,
with a wheel disc that extends essentially perpendicular to the geometric axis of rotation,
with a circular peripheral flange on the wheel disc,
with a large number of first through holes in the peripheral flange, which extend exactly parallel to the axis of rotation,
with a rim ring coaxial to the axis of rotation,
with an inner flange extending from the rim ring, which lies parallel to the circumferential flange thereon and has a multiplicity of second through bores which coincide with the first through bores,
with a large number of clamping means, the shaft of which traverse the first and second through bores, the head of which rests on the front of one of the flanges and the form-fitting sleeve rests on the back of one of the flanges,
characterized by the following features
  • a) Head and shaft are made of a titanium alloy.
  • b) In the area projecting beyond the inner flange, the shaft has a multiplicity of narrow grooves.
  • c) A closed, circular cylindrical sleeve made of an aluminum alloy is pressed onto the grooves.
  • d) The tensile force in the shaft presses the flanges together with the operating pressure.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf ein Flachkopf ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the head Flat head is. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf ein Senk­ kopf ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the head is a countersink head is. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung vom Typ TiAl6V4 ist.4. The device according to claim 1, characterized in that the titanium alloy is of the type TiAl6V4. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 20 ± 5 Schrauben je Rad vorhanden sind.5. The device according to claim 1, characterized in that 20 ± 5 screws are available for each wheel. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkopf auf einem durchgehend flachen, ebenen Flansch aufsitzt. 6. The device according to claim 1, characterized in that the flat head on a consistently flat, flat flange.   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkopf zu einem Teil seiner Höhe in einer passenden Ansenkung des Flansches sitzt.7. The device according to claim 1, characterized in that the flat head too part of its height sits in a suitable countersink of the flange. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkopf auf einer wenig größeren Erhöhung des Flansches aufsitzt.8. The device according to claim 1, characterized in that the flat head on a slightly larger increase in the flange. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel vom Typ "GP Tension Pull Type" und "GP Tension Type Collar" der Firma Huck ist.9. The device according to claim 1, characterized in that the clamping means of the type "GP Tension Pull Type" and "GP Tension Type Collar" from the company Huck is. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel vom Typ "GP Shear Pull Type" und "GP Shear Type Collar" der Firma Huck ist.10. The device according to claim 1, characterized in that the clamping means of the type "GP Shear Pull Type" and "GP Shear Type Collar" from Huck. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel insoweit vom Typ "GP(1) 8TC-V08" ist.11. The device according to claim 9, characterized in that the clamping means in this respect of the type "GP (1) 8TC-V08". 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel insoweit vom Typ "GP(1) 8TC-V10" ist.12. The apparatus according to claim 9, characterized in that the clamping means in this respect of the type "GP (1) 8TC-V10". 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel insoweit vom Typ "GP(1) 8TC-V12" ist.13. The apparatus according to claim 9, characterized in that the clamping means in this respect of the type "GP (1) 8TC-V12". 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel insoweit vom Typ "2TC-C" der Größe 0,8; 10; 12 ist. 14. The apparatus according to claim 9, characterized in that the clamping means insofar as type "2TC-C" of size 0.8; 10; 12 is.   15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannmittel analog den Ansprüchen 11 bis 14 ist.15. The apparatus according to claim 10, characterized in that the clamping means is analogous to claims 11 to 14. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen solche des Umfangsflansches sind, und der Umfangsflansch von der Sichtseite her vor dem Innenflansch liegt.16. The apparatus according to claim 8, characterized in that the increases those of the peripheral flange, and the peripheral flange from the visible side in front of the inner flange.
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