DE69935783T2 - Verbindungsvorrichtung - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erstellen einer leckdichten Verbindung für einen dünnwandigen Kunststoffbehälter zur Verbindung des Behälters mit einem Schlauch oder einem Rohr oder Gliedern, welche Funktionen ausführen oder Messungen vornehmen, wobei diese Anordnung in ihrer Gesamtheit von der Außenseite des Behälters befestigt werden kann.
  • Hintergrund
  • Behälter aus Kunststoff werden für viele Zwecke verwendet, wie zum Beispiel zum Lagern von Flüssigkeiten, Dispersionen, Pulver oder Granulat. Oftmals besteht das Erfordernis, verschiedene Anordnungsarten mit dem Behälter zu verbinden. Beispiele für solche Anordnungen sind Schläuche, Rohre und Pumpen zur Beförderung des Inhalts zu oder von anderen Einheiten. Andere Beispiele sind Erwärmungsvorrichtungen und Vorrichtungen zum Messen, zum Beispiel von Temperatur, Druck oder Füllstand. Die Befestigung dieser Anordnungen oder Verbindungsvorrichtungen dafür stellt kein großes Problem dar, solange der Behälter offen ist, so dass sowohl die Innenseite als auch die Außenseite zugänglich sind. In den meisten Fällen erfolgt die Befestigung dann durch Muttern von der Rückseite der Anordnung.
  • Wenn es sich bei den Behältern um Tanks handelt, die oftmals nur eine kleine Einfüllöffnung aufweisen, ist es jedoch schwierig, Werkzeuge von der Innenseite zu verwenden, und es ist natürlich erforderlich, die Befestigung ausschließlich von der Außenseite durchzuführen. Die nachfolgende Beschreibung betrifft Behälter dieser Art, das heißt Tanks verschiedener Art, die im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind. Beispiele für Anwendungsgebiete solcher Tanks sind Kühlmittelbehälter für Werkstattmaschinen zur spanabhebenden Bearbeitung, elektrisches Lichtbogenschneiden oder elektrisches Lichtbogenschweißen. Beispiele aus dem Gebiet der Büromaschinen sind Behälter für Schmiermittel, Toner oder Entwickler in Kopiermaschinen. Innerhalb der Kraftfahrzeugindustrie zählen Behälter für Windschutzscheibenwaschflüssigkeit oder Expansionsbehälter für das Kühlsystem zu den Beispielen.
  • Bei dickwandigen Behältern ist es möglich, die Gewindebohrung direkt in der Behälterwand durchzuführen, wodurch die Möglichkeit einer Befestigung von der Außenseite geboten wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass neben der Herstellung einer Öffnung im Behälter auch eine Gewindebohrung vor der Befestigung erforderlich ist. Da die Wanddicke abnimmt, wird es darüber hinaus immer schwieriger, dauerhaft eine Leckdichtheit in solch einer Verbindung aufrechtzuerhalten, und zwar insbesondere, wenn die Verbindung sich ändernden lateralen Kräften oder großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
  • Behälter der betreffenden Art werden in den meisten Fällen durch Blasformen und manchmal durch Rotationsformen hergestellt. Es ist dann möglich, Einlass- und Auslassanschlüsse für den Tank in Form von Schlauchverbindungsstücken im Formwerkzeug zu integrieren. Diese Vorgehensweise ist sehr gebräuchlich. Das Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, dass es nach der Herstellung des Tanks zeitaufwendige Gratbeseitigungsarbeiten erfordert, wenn ausreichend glatte Flächen für leckdichte Schlauchverbindungen erreicht werden sollen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es in solch einem großen Formwerkzeug, wie eines für einen Tank, schwierig ist, ausreichend enge Toleranzen für das viel kleinere Verbindungsstück zu erreichen. Des Weiteren ist dieses Verfahren auf Schlauchverbindungen an vorbestimmten Stellen am Behälter beschränkt. Die Befestigung von Sensoren und verschiedenen Gliedern, die Funktionen durchführen, wie zum Beispiel Pumpen und Erwärmungseinheiten, kann mit diesem Verfahren selten durchgeführt werden. Des Weiteren kommt es bei Tanks zu Problemen, bei denen eine andere Konfiguration angewendet ist, insbesondere, wenn andere Öffnungsdurchmesser erforderlich sind.
  • Bei einer anderen Variante der Befestigung von der Außenseite wird eine elastische Dichtung verwendet, die einen Flansch aufweist, welcher an der Außenseite der Behälterwand anliegt und dabei in die Öffnung positioniert wird, bevor die betreffende Anordnung hineingedrückt wird. Aufgrund der Tatsache, dass der untere Teil der Anordnung breiter ist als der Rest des durch die Öffnung passierenden Materials und dieser Teil nach der Befestigung hinter der elastischen Dichtung liegt, wird die Dichtung zusammengedrückt, wenn versucht wird, solch eine Anordnung herauszuziehen. Die erforderliche Ausbaukraft ist somit zwangsweise größer als die Befestigungskraft. Trotzdem ist es schwierig, solch eine Verbindung dauerhaft leckdicht zu machen, und zwar insbesondere, wenn die Verbindung sich ändernden lateralen Kräften und schwankenden Temperaturen ausgesetzt ist. Darüber hinaus besteht oftmals Bedarf an irgendeiner Art von reibvermindernder Schmierung für die Befestigung. Dies vermindert auch den Widerstand gegen das Herausziehen. Ein weiteres Problem ist die Alterung von elastischem Material. Manchmal wird dieses Problem dadurch noch verschärft, dass der Inhalt des Tanks aggressiv ist. Die US-2 482 944 offenbart ein Anschlussstück, das an einen Blechbehälter gelötet ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung aufzuzeigen, die eine Lösung für die oben genannten Probleme bereitstellt, ohne dass die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile auftreten.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, die einerseits eine erste Fläche, die derart gestaltet ist, dass diese Fläche während des Befestigens und bei Drücken und/oder Drehen bezüglich des Kunststoffbehälters die Behälterwand um eine Befestigungsöffnung beiseite schiebt, welche sich in dem Behälter befindet, und andererseits eine zweite Fläche, die derart gestaltet ist, dass sie nach der Befestigung einen abgedichteten Kontakt gegen die Innenseite der Behälterwand, die zurückgeschnellt ist, herstellt, und auch eine Befestigungsvorrichtung umfasst, die derart gestaltet ist, dass sie die Anordnung im Hinblick auf den Behälter von der Außenseite des Behälters befestigt und zwischen der zweiten Wandfläche und der zweiten Dichtungsfläche Druck erzeugt.
  • Bei Funktionen durchführenden Gliedern kann es sich zum Beispiel um eine Pumpe oder eine Erwärmungseinheit handeln, und bei Messgliedern kann es sich zum Beispiel um Temperatur-, Druck- oder Füllstandsensoren handeln. Dünnwandige Kunststoffbehälter sind in erster Linie Behälter, die aus einem thermoplastischen Material mit einer Materialdicke an der Befestigungsstelle von 0,5–4.0 mm, vorzugsweise 1–3 mm, hergestellt sind.
  • Weiterhin wird ein Werkzeug zur Befestigung solcher Anordnungen gemäß dem obigen aufgezeigt, die eine im Wesentlichen mittig positionierte Durchgangsöffnung aufweisen und unten als Nippel bezeichnet werden, zur Verbindung von Rohren oder Schläuchen. Das Werkzeug umfasst eine Stange, die an die Abmessung der Öffnung des Nippels angepasst ist, und eine ebene Fläche zur Kraftübertragung auf den Nippel, wenn letzterer an der Behälterwand befestigt wird.
  • Die Befestigung erfolgt durch den Nippel, wobei die zugehörige Befestigungsvorrichtung mittels eines deutlichen Drucks an der Stange positioniert wird und bewirkt wird, dass sie in die Öffnung in der Behälterwand einschnappt. Dann wird der Nippel durch Festziehen der Mutter von der Außenseite befestigt. Eine Unterlegscheibe zwischen der Behälterwand und der Mutter verteilt die Kraft und trägt zur Herstellung einer leckdichten Verbindung bei. Es kann eine Tellerfeder verwendet werden, um einen dauerhaften Druck in der Verbindung zu gewährleisten. Statt der Mutter kann eine axial wirkende Sicherungsscheibe in der Befestigungsvorrichtung verwendet werden. Dadurch wird in der Regel eine schnellere Befestigung als bei einer Mutter gestattet.
  • Es werden zusätzliche Ausführungsformen des Werkzeugs aufgezeigt. Eine zweite Ausführungsform enthält einen getrennten hohlen Körper zur Positionierung vor dem Nippel bei der Befestigung. Dieser hohle Körper weist einen Außenfläche auf, die eine Verlängerung des Nippels darstellt. Hierbei handelt es sich um ein kostengünstiges Verfahren, wenn die Kosten für das Nippelmaterial hoch sind und Ersparnisse somit durch Kürzung des Nippels erzielt werden können. Der hohle Körper wird durch das Füllen der Öffnung nach der Nippelbefestigung aus dem Behälter herausgeschüttelt und wieder verwendet. Wenn dies nicht möglich ist, kann als Alternative dazu ein weniger teures Material für den hohlen Körper verwendet werden, und dieser kann nach der Befestigung im Behälter gelassen werden.
  • Bei einer dritten Ausführungsform des Werkzeugs ist die Herstellung einer Öffnung in der Behälterwand in den Montagevorgang integriert. Der oben genannte hohle Körper wird dann mit einer Schneidkante versehen, und die Befestigung erfolgt dann durch kombiniertes Drehen und Drücken des Werkzeugs gegen die Behälterwand. Bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn das Ende der Stange des Werkzeugs zugespitzt und die Länge der Stange derart ist, dass bei der Befestigung nur so viel der Spitze aus dem hohlen Körper vorragt, dass ein sicherer Griff in einer Zentrieröffnung in der Behälterwand beim Ausschneiden der Befestigungsöffnung für den Nippel aufrechterhalten werden kann.
  • Des Weiteren wird ein Kunststoffbehälter mit einer daran befestigten Anordnung nach der obigen Beschreibung aufgezeigt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Schlauchverbindung zur Befestigung von außerhalb eines Behälters gemäß dem Stand der Technik mit einer aus einem elastischen Material hergestellten Dichtung.
  • 2 zeigt eine Anordnung für eine Schlauchverbindung nach der vorliegenden Erfindung. 2a zeigt eine Ausführungsform, bei der ein hohler Kegel, der zu dem Befestigungswerkzeug gehört, eine Verlängerung der Anordnung selbst bildet. Die 2c2d sind die Anordnung nach den 2a oder 2b, von oben betrachtet, und die 2e2f das gleiche, von unten betrachtet.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform des Werkzeugs mit einem getrennten hohlen Kegel und einer Verbindungsanordnung in Form eines Schlauchnippels in verschiedenen Stadien während der Befestigung in der Behälterwand.
  • 4 zeigt das Werkzeug gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform zur Herstellung einer Öffnung in der Behälterwand in Verbindung mit der Befestigung der Verbindungsvorrichtung.
  • 5 zeigt verschiedene andere Ausführungsformen der Verbindungsanordnung gemäß der Erfindung.
  • 6 zeigt in einem vergrößerten Maßstab drei verschiedene Ausführungsformen einer Dichtungsfläche für die Anordnung gemäß der Erfindung.
  • 7 zeigt einige weitere Beispiele für die Anwendung der Erfindung. 7a ist ein Sensor mit einer Flachstiftverbindung, 7b eine Erwärmungseinheit, 7c eine Schlauchverbindung mit einer Rohrverlängerung und schließlich 7d eine elektrische Pumpeinheit.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
  • Der in 1 dargestellte nächstliegende Stand der Technik dient als Ausgangspunkt. 1a ist ein Schlauchverbindungsnippel und 1b eine Gummidichtung. Diese Dichtung wird in der vorgefertigten Öffnung im Behälter positioniert und der Nippel wird dann hineingedrückt. Wie aus 1c hervorgeht, wird die Gummidichtung an der Innenseite der Behälterwand durch den breiteren unteren Rand des Nippels herausgedrückt. Wenn versucht wird, den Nippel nach der Befestigung herauszuziehen, wird die Dichtung noch stärker zusammengedrückt. Dies macht ein Abmontieren noch schwieriger. Die Abdichtung wird jedoch nur entlang dem Öffnungsrand bewirkt und hängt deshalb in hohem Maße von den Toleranzen des Öffnungsdurchmessers und der Ovalität und des Weiteren vom Zustand der Dichtung ab. Da keine getrennte Befestigung des Nippels durchgeführt wird, kann er unter lateraler Belastung geneigt werden, wodurch die Gefahr einer Leckage erhöht wird. Sowohl der Nippel als auch die Dichtung müssen speziell für die jeweilige Anwendung ausgeführt werden. Dies wird für geringe und mittlere Volumen teuer.
  • Die Erfindung beseitigt die Probleme des unmittelbaren Stands der Technik auf radikale Weise. Nur eine speziell hergestellte Komponente ist erforderlich, das heißt der Nippel. Die Befestigungsvorrichtung besteht aus standardmäßigen Komponenten, wie zum Beispiel eine Mutter, eine Unterlegscheibe, eine Tellerfeder und eine Sicherungsscheibe. Dies führt zu deutlichen Vorteilen hinsichtlich Kosten. Die Abdichtung erfolgt gegen eine große Oberfläche entlang der Innenseite der Behälterwand statt nur entlang der Öffnungswand. Dies bedeutet, dass die Leckdichtheit nicht von den oben genannten Toleranzen abhängig ist. Es ist kein alterndes Gummimaterial vorhanden. Eine Befestigung mittels einer Mutter oder einer Sicherungsscheibe bedeutet, dass der Nippel insgesamt unempfindlich gegenüber lateralen Kräften ist.
  • Die 2a, 2f und 6a zeigen die beste Ausführungsform der Schlauchverbindung, wenn der Nippel aus teurem Material, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl oder Messing, besteht. Der vordere Teil des Nippels ist dann in Form eines stark kegelstumpfartigen zylindrischen Kegels ausgebildet, dessen Grenzfläche 10 zum Verbreitern des Lochs in der Behälterwand zum Zeitpunkt der Befestigung dient. Der hohle Körper 30, dessen Grenzfläche die direkte Verlängerung der Fläche 10 bildet, ist Teil des Befestigungswerkzeugs, das auch aus einer Stange 50; 150, einer Fläche 45; 145, die im Wesentlichen in einem rechten Winkel zur Stange liegt, und im Falle einer manuellen Befestigung einem Griff 40 besteht. Der hohle Körper ermöglicht eine ausreichende Verbreiterung der Öffnung in der Behälterwand, um den Nippel einzuschnappen, so dass seine Dichtungsfläche 20 im Behälter zu liegen kommt. Diese Dichtungsfläche ist so ausgeführt, dass der Umfang eine Kante bildet, die zur Innenseite der Behälterwand ausgerichtet ist. Diese Kante durchdringt die Behälterwand, wenn die aus einer Mutter 15 und einer Tellerfeder 16 bestehende Befestigungsvorrichtung festgezogen wird. Auf diese Weise wird eine Verbindung mit dauerhafter Leckdichtheit hergestellt.
  • Wenn andererseits der Nippel aus einem weniger teuren Material besteht, zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial, wird die Ausführungsform nach den 2b, 2f und 6a bevorzugt. In diesem Fall wird kein getrennter hohler Körper 30 für das Werkzeug verwendet, aber die Grenzfläche 110 selbst ist dann umfangreich genug, die Befestigungsöffnung aufzuweiten.
  • Gemäß den Patentansprüchen kann die erste Fläche 10, 110; 210; 310, die die Behälterwand bei der Montage beiseite schieben soll, auf verschiedenste Weise ausgeführt werden. In 2e zeigt 35 einen achteckigen Kegel statt einen kreisförmigen Kegel. Die Figuren sind nur Beispiele. Das einzige Erfordernis besteht darin, dass diese Fläche das Beiseiteschieben der Behälterwand bei der Befestigung erleichtert. Dadurch, dass die erzeugte Linie gemäß Patentanspruch 2 mathematisch durch eine kontinuierliche und im Wesentlichen monotone Funktion dargestellt werden kann und dass diese Linie entlang einer Kurve 35, 135 bewegt wird, ist jedoch ein angemessenes Erfordernis, das von allen Beispielen in den Figuren erfüllt wird.
  • Hinsichtlich der Befestigungsvorrichtung kann es von Vorteil sein, neben der Mutter 115 und der Tellerfeder 116 eine ebene Unterlegscheibe 117 mit einzubauen, um die Kraft gegen die Wand 55 zu verteilen. Durch eine axial wirkende Sicherungsscheibe 215 anstelle der Mutter 15; 115 wird die Befestigung vereinfacht. Beim Festziehen der Mutter ist es von Vorteil, wenn zum Beispiel am vorderen Rand der Schlauchverbindung 25 eine Art Schraubenschlüsselgriff vorgesehen ist. Bei einem anderen Durchführungsverfahren weist die Öffnung im Nippel eine sechseckige Innenform auf, wie in 2c, und entspricht die Werkzeugstange bei der gleichen Ausführungsform 150 dieser Form.
  • Eine zweite Dichtungsfläche 20; 120; 220 besteht aus einer ebenen Fläche. Eine Art von Kante oder erhöhten Abschnitt, die bzw. der zur Behälterwand ausgerichtet ist, verbessert die Dichtung weiter, weil sie bzw. er die Behälterwand durchdringt. Die Ausführung gemäß 20 ist zu bevorzugen, weil sie eine sichere und dauerhafte Abdichtung bei leichter Herstellung gewährleistet.
  • Die Befestigungsfolge wird in 3 gezeigt. Es können natürlich auch Hilfen in Form eines Hebels der Bohrerträgerart, oder Einrichtungen verwendet werden, die mehr oder weniger automatisiert sind. Der Griff 40 des Werkzeugs wird dann durch einen Maschinenadapter ersetzt.
  • Es ist auch möglich, die Herstellung einer Öffnung in der Befestigungsfolge zu integrieren. Das Werkzeug ist dann gemäß 4 ausgeführt. Die Stange ist mit einem Endpunkt 160 zur Zentrierung des Werkzeugs versehen. Der hohle Körper 130 ist mit einer Schneidkante 165 versehen, und die Stange 150 und die Öffnung im hohlen Körper sind so ausgeführt, dass sich der hohle Körper dreht, wenn das Werkzeug gedreht wird, zum Beispiel durch eine sechseckige Innenform, wie in der Figur gezeigt. Die Gesamtlänge der Stange ist in diesem Fall etwas größer als die Summe der Länge des Nippels und des hohlen Körpers.
  • Die Anwendung der Erfindung übertrifft in hohem Maße eine Schlauchverbindung für dünnwandige Kunststoffbehälter. Statt der Schlauchverbindungsausführung 25 kann dieser Teil natürlich auch zur Verbindung von Rohren durch zum Beispiel ein Schraubgewinde ausgeführt sein. Wie oben erwähnt, werden weitere Anwendungsbeispiele in 7 angeführt, wo die aktive erste Fläche 10; 110; 210; 310 und die zweite, Dichtungsfläche 20; 120; 220 in anderen Arten von Gliedern integriert werden können, die Funktionen durchführen oder Messungen vornehmen.

Claims (11)

  1. Anordnung zum Erstellen einer leckdichten Verbindung für einen dünnwandigen Kunststoffbehälter zur Verbindung des Behälters mit einem Schlauch oder einem Rohr oder Gliedern, welche Funktionen ausführen oder Messungen vornehmen, wobei die Anordnung in ihrer Gesamtheit von der Außenseite des Behälters befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einerseits eine erste Fläche (10; 110; 210; 310), die derart gestaltet ist, dass diese Fläche während des Befestigens und bei Drücken und/oder Drehen bezüglich einer ersten Wandfläche des Kunststoffbehälters die Behälterwand (55) um eine Befestigungsöffnung beiseite schiebt, welche sich in dem Behälter befindet, und andererseits eine zweite Fläche (20; 120; 220), die derart gestaltet ist, dass der direkte Kontakt zwischen der zweiten Fläche (20; 120; 220) und einer zweiten Wandfläche, welche die Innenseite der Behälterwand bildet, wobei die Wand zurückgeschnellt ist, nach der Befestigung einen abdichtenden Kontakt zwischen dem Behälter und der Anordnung herstellt, die darin befestigt werden kann, und auch eine Befestigungsvorrichtung (15, 16; 115, 116, 117; 215) umfasst, die derart gestaltet ist, dass sie die Anordnung im Hinblick auf den Behälter von der Außenseite des Behälters befestigt und zwischen der zweiten Wandfläche und der zweiten Fläche (20; 120; 220) Druck erzeugt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abdichtende Kontakt eine leckdichte Verbindung ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandfläche zu der zweiten Wandfläche nach der Befestigung der Anordnung in dem Behälter primär parallel ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (10; 110; 210; 310) entweder die Grenzfläche eines Körpers bildet, der durch eine Linie gegeben ist, welche durch einen gegebenen Punkt geht, der entlang einer Kurve (35; 135) bewegt wird, wobei die Linie mathematisch durch eine kontinuierliche und im Wesentlichen monotone Funktion dargestellt werden kann, oder die Grenzfläche solch eines Körpers bildet, der abgeschnitten worden ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche die Grenzfläche eines Kegels oder eines Kegelstumpfes bildet.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fläche (20; 120; 220) eine Kante und/oder einen erhöhten Abschnitt umfasst, der die Innenseite der Behälterwand durchdringt, wenn diese von der Befestigungsvorrichtung (15, 16; 115, 116, 117; 215) befestigt wird.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (15, 16; 115, 116, 117; 215) aus einer Mutter oder einer Mutter (15; 115) und einer Unterlegscheibe und/oder einer Tellerfeder (16; 116, 117) oder anstatt einer Mutter aus einer axial wirkenden Sicherungsscheibe (215) besteht.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Werkzeug zum Befestigen der Anordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug einen hohlen Körper (30; 130) umfasst, der eine Fläche aufweist, die derart gestaltet ist, dass diese Fläche während des Befestigens und bei Drücken und/oder Drehen bezüglich des Kunststoffbehälters die Behälterwand (55) um eine Befestigungsöffnung beiseite schiebt, welche sich in dem Behälter befindet.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Fläche des hohlen Körpers während des Vorgangs zur Befestigung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eine Erweiterung der ersten Fläche der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bildet.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der hohle Körper an dem vorderen Ende mit einer Schneidekante (165) bereitgestellt ist, um in Verbindung mit der Befestigung der Anordnung eine Öffnung in dem Behälter zu erzeugen.
  11. Kunststoffbehälter, umfassend die Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 inklusive.
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