EP0182734A1 - Nagel - Google Patents

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EP0182734A1
EP0182734A1 EP85630193A EP85630193A EP0182734A1 EP 0182734 A1 EP0182734 A1 EP 0182734A1 EP 85630193 A EP85630193 A EP 85630193A EP 85630193 A EP85630193 A EP 85630193A EP 0182734 A1 EP0182734 A1 EP 0182734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nail
web
driving
flanks
rock
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85630193A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LENOIR ET MERNIER Sarl
Original Assignee
LENOIR ET MERNIER Sarl
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0182734A1 publication Critical patent/EP0182734A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/004—Bolts held in the borehole by friction all along their length, without additional fixing means

Definitions

  • the invention relates to a nail for driving into anchor holes predrilled in rock or rock, which is radially elastically deformable and at least in one dimension has a thickness that exceeds the diameter of the anchor hole.
  • Tubes which can be inserted into predrilled holes and are essentially made of a radially elastic tube with an axially extending slot are known (cf. AT-PS 267 978 and DE-PS 2 405 883).
  • the well-known, slotted pipes which are used in particular as rock bolts and which in principle correspond to the clamping sleeves with a straight or angled slot used in mechanical engineering and rolled from spring steel, have the following disadvantages:
  • the open, slotted, relatively thin-walled pipes already fail when they are driven in Pipe ends and, due to the open slot, either fold up or accordion-like.
  • the pipe edges at the slot press into the partly soft mountains.
  • the adhesive contact only exists at three points, since the slotted tube compresses more easily in the direction of slit reduction than is deformed evenly radially. Since boreholes in the rock are very rarely exactly circular, the contact areas between the pipe and the borehole wall are additionally reduced in these known pipe anchors.
  • the invention aims to avoid the disadvantages mentioned.
  • the nail of the type mentioned essentially consists of a web and two approximately semicircular flanks adjoining it symmetrically to the center line of the web, resulting in a continuous S-profile.
  • a major advantage of the nail according to the invention is that its profile, due to the stiffening effect of the central web, opposes shear movements of the mountains with much greater resistance than a simple tube, which is also still weakened by the longitudinal slot.
  • the S profile of the nail which significantly increases its transverse rigidity, also enables a correspondingly higher load capacity due to the increased steel cross section.
  • the s-shaped profile with the cross bar and the semicircular flanks allows due to its significantly increased rigidity to choose thicker wall thicknesses, which in turn result in significantly higher load bearing capacity and, above all, greater shear forces.
  • the nails according to the invention can also be used for very large boreholes, as are often produced today by modern, high-performance drilling machines.
  • the well-known, slotted pipe anchors were not up to the required enormous driving impact forces.
  • the nail according to the invention only needs to be driven into a borehole and can immediately, due to the tension in the anchor itself, connect by friction between the F elsnagel and the borehole wall over the entire length of the nail rock layers and record an outside to be mounted armature plate immediately loads. Due to the crossbar, which stiffens the nail enormously, the nail according to the invention can be driven into the borehole without damage, even with the heaviest hydraulic impact hammers.
  • the radius of curvature of the flanks of the nail is preferably approximately the same as the radium of the anchor hole.
  • This embodiment is particularly easy to manufacture.
  • the different diameters of this profile ensure optimum contact between the nail and the borehole when the nail is driven in, i.e. when it is pressed together forcefully and thus when it clings to the borehole wall.
  • the web consists of two oppositely curved parts, as a result of which it has an S-profile-like cross section.
  • the nail can be compressed in any direction transversely to the longitudinal axis, as a result of which the nail is pressed evenly along its circumference against the borehole wall.
  • the rock nail has a preferably cylindrical thickening in the middle of the web, which may protrude above the rock nail at the driving end and has a thread there.
  • the thickening gives the nail a higher stiffness, which is advantageous when driving the nail into the borehole.
  • an anchor plate or the like can be easily attached to the nail.
  • the thread provides additional fastening options, such as hanging cables, weather bells, etc.
  • the nail is preferably tapered conically at the end opposite the driving end. This makes driving the nail into the anchor hole considerably easier.
  • flanks are bent outwards at the driving-in end to form a flange and are preferably folded one or more times, or if the driving-in end is bulged into a bead.
  • the nail is reinforced at its driving-in end and withstands very heavy ramming when driving in.
  • a steel ring is placed on the flange or bead for widening and fixed by welding. This widens the area, which means that e.g. Anchor plates easier and their secure hold is guaranteed.
  • An anchor plate can also be placed and welded directly onto the flange or bead.
  • the web is preferably slotted at the end on the driving side and the two parts of the web adjoining the slot are bent to the opposite flanks and bent, folded and / or upset together with them.
  • the end on the driving side is particularly robust and the transmission of the ramming impacts is also ensured on the web.
  • the connection of the transverse web placed at the end to the flanks does not reduce the load-bearing cross section of the profile, especially since these ends are also flanged and firmly connected to the steel disk or to the anchor plate.
  • FIG. 1 shows a nail according to the invention in elevation
  • Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1
  • Fig. 3 another Embodiment of the nail according to the invention in cross section
  • FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 shows a section through a nail according to FIGS. 1 and 2 after insertion into a borehole.
  • the high-strength steel nail 1 consists of a flat web 2 and two adjoining flanks 3, so that an S profile results.
  • the radius of curvature of the flanks 3 corresponds to the radius of the anchor hole, the width of the web 2 to the diameter of the anchor hole into which the nail is to be driven.
  • the thickness of the nail transverse to the web is about 10% larger than the diameter of the anchor hole.
  • the nail has a conical taper 4 at the end opposite the end on the driving side.
  • flanks are bent outwards and folded to form a flange 6.
  • a steel ring 7 is placed on the flange 6, which is fixed by welding.
  • the nail 1 can be easily driven into the borehole using a suitable impact device.
  • the nail 8 shown in Figures 3 and 4 has a web 9, which consists of two oppositely curved parts; this gives the web an S-profile-like appearance Cross-section.
  • the web 9 has a cylindrical thickening 10 in the middle for reinforcing the nail 8.
  • the thickening 10 protrudes beyond the driving-in end of the nail and is provided with a thread 11.
  • an annular nut is screwed onto the threaded projecting part of the thickening, which can serve to hold various objects.
  • the embodiment with a flat web according to FIGS. 1 and 2 can also be provided with a thickening in the middle.
  • the web 'with S-profile-like cross-section without performing central thickening.
  • Fig. 5 shows the nail according to the invention after being driven into a preformed bore 13 e.g. in ridge 14 of a tunnel.
  • the flanks 3 of the nail were pressed together while narrowing the gaps 5, since the diameter of the bore 13 is smaller than the thickness of the nail transverse to the web 2 before the nail was driven in.
  • the outer diameter of the nail corresponds to the diameter of the bore 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nagel (1) zum Eintreiben in in Fels oder Gestein vorgebohrte Ankerlöcher. Der Nagel ist radial elastisch verformbar und hat zumindest in einer Dimension eine Dicke, die den Durchmesser des Ankerloches übertrifft. Der Nagel (1) besteht im wesentlichen aus einem Steg (2; 9) und zwei daran symmetrisch zur Mittellinie des Stegs anschliessenden etwa halbkreisförmigen Flanken (3), wodurch sich ein durchgehendes S-Profil ergibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Nagel zum Eintreiben in in Fels oder Gestein vorgebohrte Ankerlöcher, der radial elastisch verformbar ist und zumindest in einer Dimension eine Dicke aufweist, die den Durchmesser des Ankerloches übertrifft.
  • Bekannt sind in vorgebohrte Löcher einsetzbare und im wesentlichen aus einem radial-elastischen, mit einem axial verlaufenden Schlitz ausgestattete Rohre (vgl. AT-PS 267 978 und DE-PS 2 405 883).
  • Die bekannten, geschlitzten Rohre, die insbesondere als Gebirgsanker verwendet werden und die im Prinzip den im Maschinenbau verwendeten, aus Federstahl gerollten Spannhülsen mit geradem oder schrägem Schlitz entsprechen, haben folgende Nachteile: Die offenen, geschlitzten, relativ-dünnwandigen Rohre versagen bereits beim Eintreiben am Rohrende und falten sich, bedingt durch den offenen Schlitz, entweder auf oder ziehharmonikaartig zusammen. Die Rohrkanten am Schlitz pressen sich in das zum Teil weiche Gebirge ein. Der Haftkontakt besteht vielfach nur an drei Punkten, da sich das geschlitzte Rohr leichter in Richtung Schlitzverkleinerung zusammendrückt, als gleichmäßig radial verformt. Da Bohrlöcher im Gestein ganz selten exakt kreisrund sind, werden bei diesen bekannten Rohrankern die Kontaktflächen zwischen Rohr und Bohrlochwand noch zusätzlich verringert. Um das Einpressen der Rohrkanten beim Eintreiben des geschlitzten Rohres zu vermeiden, wurde gemäß DE-OS 2 741 106 ein Rohranker mit einem im wesentlichen ringförmigen oder rohrförmigen Hauptteil vorgeschlagen, wobei der Hauptteil eine sich in seiner Längsrichtung erstreckende Unterbrechung mit Randteilen aufweist, die sich in Umfangsrichtung des Hauptteils gegenseitig überlappen. Dieser Anker hat jedoch den zusätzlichen Nachteil, daß durch das Ubereinanderschieben der Randteile über einen Teil des Umfanges bedingt durch die Wandstärke des außen liegenden Rohrteiles ein Hohlraum entsteht, der ohne Reibungskontakt zur Bohrlochwand ist, wodurch die Tragkraft des Ankers erheblich reduziert wird. Auf Grund der glatten und auch offenen Rohrenden besteht auch bei diesem Anker das Problem des Eintreibens und überdies keine Möglichkeit zur Anbringung einer Ankerplatte, die die Gebirgslast bzw. den Gebirgsdruck übernehmen könnte. Da erfahrungsgemäß Anker vornehmlich dazu notwendig sind, Gesteinsfall im Untertagbau zu verhindern, was ja nur mittels der am Anker angebrachten Ankerplatte möglich ist, ist letzterer dazu überhaupt nicht in der Lage.
  • Die Erfindung zielt darauf ab, die angeführten Nachteile zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Nagel der eingangs genannten Art im wesentlichen aus einem Steg und zwei daran symmetrisch zur Mittellinie des Stegs anschließenden etwa halbkreisförmigen Flanken besteht, wodurch sich ein durchgehendes S-Profil ergibt.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Nagels besteht darin, daß sein Profil durch die versteifende Wirkung des Mittelsteges Scherbewegungen des Gebirges wesentlich größeren Widerstand entgegensetzt als ein einfaches Rohr, das überdies durch den Längsschlitz noch geschwächt ist. Das S-Profil des Nagels, das seine Quersteifigkeit wesentlich erhöht, ermöglicht auch eine entsprechend höhere Tragkraft, bedingt durch den erhöhten Stahlquerschnitt. Das s-förmige Profil mit dem Quersteg und den halbkreisförmigen Flanken ermöglicht auf Grund seiner wesentlich erhöhten Steifigkeit die Wahl von dickeren Wandstärken, die wiederum wesentlich höhere Trag- und vor allem größere Scherkräfte ergeben. Auch sind die erfindungsgemäßen Nägel für sehr große Bohrlöcher, wie sie heute vielfach von den modernen, hochleistungsfähigen Bohrmaschinen hergestellt werden, verwendbar. Die bekannten, geschlitzten Rohranker waren den erforderlichen, enormen Eintreibschlagkräften nicht gewachsen.
  • Der erfindungsgemäße Nagel braucht lediglich in ein Bohrloch eingetrieben zu werden und kann sofort, bedingt durch die Spannung im Anker selbst, durch Reibung zwischen dem Felsnagel und der Bohrlochwand über die gesamte Länge des Nagels Gesteinsschichten verbinden und über eine außenseitig anzubringende Ankerplatte sofort Lasten aufnehmen. Bedingt durch den, den Nagel enorm versteifenden Quersteg kann der erfindungsgemäße Nagel auch mit den schwersten hydraulischen Schlaghämmern einwandfrei, ohne Schaden zu nehmen, in das Bohrloch eingetrieben werden.
  • Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der Flanken des Nagels etwa dem Radium des Ankerlochs gleich. Dadurch wird nach Zusammendrücken des Nagels beim Eintreiben dieser kreisrund und der Nagel liegt vollflächig im Bohrloch an und wird durch die enorme Spannung im Steg mit großem Druck angepreßt.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der z.B. eben ausgebildete Steg eine Breite, die dem Durchmesser des Ankerloches gleich ist, wobei die Dicke des Nagels quer zum Steg etwa um 10 % größer ist als der Durchmesser des Ankerloches. Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen. Die unterschiedlichen Durchmesser dieses Profiles gewährleisten beim Eintreiben des Nagels, das heißt beim gewaltsamen Zusammendrücken und damit beim Anschmiegen an die Bohrlochwand einen optimalen Kontakt zwischen Nagel und Bohrloch.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Steg aus zwei entgegengesetzt gekrümmten Teilen, wodurch er einen S-profilähnlichen Querschnitt aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Nagel in jeder Richtung quer zur Längsachse zusammendrückbar, wodurch der Nagel entlang seines Umfanges gleichmäßig an die Bohrlochwand gepreßt wird.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Felsnagel in der Mitte des Steges eine vorzugsweise zylindrische Verdickung aufweist, die gegebenenfalls am eintreibseitigen Ende des Felsnagels über diesen hinausragt und dort ein Gewinde aufweist. Durch die Verdickung erhält der Nagel eine höhere Steifigkeit, was beim Eintreiben des Nagels in das Bohrloch vorteilhaft ist. Zusätzlich kann, falls die Verdickung am eintreibseitigen Ende des Felsnagels über diesen hinausragt und dort ein Gewinde aufweist, leicht eine Ankerplatte o.a. am Nagel befestigt werden. Das Gewinde ergibt zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten, wie Aufhängung von Kabel, Wetterlutten usw.
  • Vorzugsweise ist der Nagel an dem dem eintreibseitigen Ende gegenüberliegenden Ende konisch verjüngt. Dadurch wird das Eintreiben des Nagels in das Ankerloch erheblich erleichtert.
  • Es ist weiters vorteilhaft, wenn an dem eintreibseitigen Ende zur Bildung eines Flansches die Flanken nach außen umgebogen und vorzugsweise ein- oder mehrfach gefaltet sind, oder wenn das eintreibseitige Ende zu einem Wulst aufgestaucht ist. Dadurch wird der Nagel an seinem eintreibseitigen Ende verstärkt und hält sehr starken Rammstößen beim Eintreiben stand. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn auf dem Flansch oder Wulst zur Verbreiterung ein Stahlring aufgesetzt und durch Verschweißung fixiert ist. Dadurch wird die Fläche verbreitert, wodurch die Befestigung von z.B. Ankerplatten erleichtert und ihr sicherer Halt gewährleistet ist. Auf den Flansch oder Wulst kann auch direkt eine Ankerplatte aufgesetzt und angeschweißt werden.
  • Vorzugsweise ist der Steg am eintreibseitigen Ende geschlitzt und die beiden am Schlitz angrenzenden Teile des Steges sind zu den gegenüberliegenden Flanken gebogen und mit diesen gemeinsam nach außen umgebogen, gefaltet und/ oder aufgestaucht. Dadurch ist das eintreibseitige Ende besonders robust ausgebildet und die Übertragung der Rammstöße auch auf den Steg gewährleistet. Durch die Verbindung des endseitig an die Flanken angelegten Quersteges wird der tragende Querschnitt des Profiles nicht verringert, zumal diese Enden ja auch noch umgebördelt und mit der Stahlscheibe bzw. mit der Ankerplatte fest verbunden werden.
  • An Hand der Fig. 1 - 5 wird der Erfindungsgegenstand durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nagel im Aufriß, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nagels im Querschnitt schnitt, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.3 und Fig. 5 einen Schnitt durch einen Nagel gemäß Fig.1 und 2 nach dem Einsetzen in ein Bohrloch.
  • Gemäß Fig. 1 und 2 besteht der aus Stahl'hoher Festigkeit gebildete Nagel 1 aus einem ebenen Steg 2 und zwei daran anschließenden Flanken 3, so daß sich ein S-Profil ergibt. Der Krümmungsradius der Flanken 3 entspricht dem Radius des Ankerloches, die Breite des Stegs 2 dem Durchmesser des Ankerlochs, in das der Nagel eingetrieben werden soll. Durch entsprechende Anordnung der Flanken 3 in Bezug auf den Steg 2 wird erreicht, daß die Dicke.des Nagels quer zum Steg um etwa 10 % größer als der Durchmesser des Ankerloches ist. Um das Eintreiben des Nagels in das Ankerloch zu erleichtern, weist der Nagel an dem dem eintreibseitigen Ende gegenüberliegenden Ende eine konische Verjüngung 4 auf. Beim Eintreiben des Nagels in das Ankerloch wird der Nagel soweit zusammengedrückt, d.h. die Spalten 5 verengt, daß auch die Dicke des Nagels quer zum Steg dem Ankerlochdurchmesser entspricht.
  • Um dem eintreibseitigen Ende des Nagels ausreichende Stabilität zu gewähren, damit es die notwendigen Rammstöße aushält, sind die Flanken zur Bildung eines Flansches 6 nach außen umgebogen und gefaltet. Zusätzlich ist auf dem Flansch 6 ein Stahlring 7 aufgesetzt, der durch Verschweißung fixiert ist. Der Nagel 1 kann ganz einfach mit einem geeigneten Schlaggerät in das Bohrloch eingetrieben werden. Dabei werden die beiden halbkreisförmigen Flanken 3, die in etwa dem Bohrlochdurchmesser entsprechen, oder auch geringfügig größer sein können, bis sie dem mehr oder weniger kreisrunden Bohrlochdurchmesser entsprechend, wobei sie sich diesem mit großem Anpreßsruck anschmiegen und nun vollflächig mit enormer Federkraft an die Bohrlochwand anliegen und sofort durch die große Reibung Lasten aufnehmen können.
  • Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Nagel 8 weist einen Steg 9 auf, der aus zwei entgegengesetzt gekrümmten Teilen besteht; dadurch erhält der Steg einen S-profilähnlichen Querschnitt. Zusätzlich weist der Steg 9 zur Verstärkung des Nagels 8 in der Mitte eine zylinderförmige Verdickung 10 auf. Die Verdickung 10 ragt über das eintreibseitige Ende des Nagels vor und ist mit einem Gewinde 11 versehen. Im gezeigten Beispiel ist auf den mit Gewinde versehenen vorragenden Teil der Verdickung eine Ringmutter aufgeschraubt, die zur Halterung verschiedener Gegenstände dienen kann.
  • Ebenso wie die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform kann auch die Ausführungsform mit ebenem Steg gemäß Fig. 1 und 2 in der Mitte mit einer Verdickung versehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich den Steg' mit S-profilähnlichem Querschnitt ohne mittiger Verdickung auszuführen.
  • Fig.5 zeigt den erfindungsgemäßen Nagel nach dem Eintreiben in eine vorgeformte Bohrung 13 z.B. im First 14 eines Tunnels. Im Zuge des Eintreibens wurden die Flanken 3 des Nagels unter gleichzeitiger Verengung der Spalten 5 zusammengedrückt, da der Durchmesser der Bohrung 13 kleiner ist als die Dicke des Nagels quer zum Steg 2 vor dem Eintreiben des Nagels. Im eingetriebenen Zustand entspricht der Außendurchmesser des Nagels dem Durchmesser der Bohrung 13.

Claims (10)

1. Nagel zum Eintreiben in in Fels oder Gestein vorgebohrte Ankerlöcher, der radial elastisch verformbar ist und zumindest in einer Dimension eine Dicke aufweist, die den Durchmesser des Ankerloches übertrifft, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus einem Steg (2; 9) und zwei daran symmetrisch zur Mittellinie des Stegs anschließenden etwa halbkreisförmigen Flanken (3) besteht, wodurch sich ein durchgehendes S-Profil ergibt.
2. Nagel nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Flanken (3) etwa dem Radius des Ankerlochs gleich ist.
3. Nagel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der z.B. eben ausgebildete Steg (2) eine Breite hat, die dem Durchmesser des Ankerlochs gleich ist, wobei die Dicke des Nagels quer zum Steg etwa um 10 % größer als der Durchmesser des Ankerlochs ist.
4. Nagel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (9) aus zwei entgegengesetzt gekrümmten Teilen besteht, wodurch er einen S-profilähnlichen Querschnitt aufweist.
5. Nagel nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Felsnagel in der Mitte des Stegs (9) eine vorzugsweise zylinderförmige Verdickung (10) aufweist, die gegebenenfalls am eintreibseitigen Ende des Felsnagels über diesen hinausragt und dort ein Gewinde aufweist.
6. Nagel nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß er an dem dem eintreibseitigen Ende gegenüberliegenden Ende (4) konisch verjüngt ist.
7. Nagel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem eintreibseitigen Ende zur Bildung eines Flansches (6) die Flanken nach außen umgebogen und vorzugsweise ein- oder mehrfach gefaltet sind.
8. Nägel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eintreibseitige Ende zu einem Wulst aufgestaucht ist.
9. Nagel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Flansch (6) oder Wulst zur Verbreiterung ein Stahlring (7) aufgesetzt und durch Verschweißung fixiert ist.
10. Nagel nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg am eintreibseitigen Ende geschlitzt ist und die beiden am Schlitz angrenzenden Teile des Steges zu den gegenüberliegenden Flanken gebogen sind und mit diesen gemeinsam nach außen umgebogen, gefaltet und/oder aufgestauch sind.
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LU (1) LU86168A1 (de)

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