EP0446964B1 - Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten - Google Patents

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EP0446964B1
EP0446964B1 EP91106867A EP91106867A EP0446964B1 EP 0446964 B1 EP0446964 B1 EP 0446964B1 EP 91106867 A EP91106867 A EP 91106867A EP 91106867 A EP91106867 A EP 91106867A EP 0446964 B1 EP0446964 B1 EP 0446964B1
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EP
European Patent Office
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expansion
hollow shaft
probe
expansion sleeve
expanded
Prior art date
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EP91106867A
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EP0446964A2 (de
EP0446964A3 (de
Inventor
Helmut Swars
Rudolf J. Schulze
Arnold Palussek
Helmut Riemscheid
Karl Dr. Weiss
Herbert Frielingsdorf
Engelbert Schwarz
Heribert Grewe
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Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/08—Tube expanders
    • B21D39/20—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable
    • B21D39/203—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable expandable by fluid or elastic material

Definitions

  • the invention relates to a device for the simultaneous hydraulic expansion of a plurality of longitudinal sections of a hollow shaft for producing non-positive and / or positive connections with elements pushed onto them, such as cams, gears, bearing seats, in the form of a pressure medium probe with a longitudinal pressure medium channel (8) and radial feed bores (9) ) to each longitudinal section of the hollow shaft to be expanded, an expansion arrangement (24) each consisting of a one-piece expansion sleeve (24) covering the entire expansion area, which can be acted upon by pressure medium over substantial parts of its length, the surface of which expands during hydraulic expansion Hollow shaft creates on the inner surface.
  • WO-A-87/00457 Devices of this type are used for fastening parts to hollow bodies.
  • EP 0 257 175 Two processes are known from EP 0 257 175 (prior art according to Article 54 (3) EP Ü), one of which is characterized in that before the parts are applied to the hollow body by heating the parts and / or cooling the A temperature difference is generated in the hollow body and that each part is fastened to the hollow body by expanding the hollow body at least in the area of the fastening point and by subsequently shrinking the parts as a result of the temperature compensation taking place.
  • the second method described in EP 0 257 175 uses a probe which is in the Hollow body is introduced. At the attachment points of the parts to be applied to the hollow body, two sealing rings are arranged per attachment point, which form the expansion space. The sealing rings lie in grooves in the probe. The grooves are connected to a central pressure channel. By introducing pressure medium into the central pressure channel, the hollow body is expanded in a targeted manner between the sealing rings.
  • an expanding device which consists of an expanding sleeve which can be pressurized with a fluid from the inside.
  • the expansion sleeve lies with part of its surface on the inside of the hollow shaft to be expanded.
  • the expanding sleeve is held in position by two sleeves which laterally overlap the expanding sleeve.
  • the particular problem is that for series production Devices must be provided, the seals of which withstand the hydraulic pressures of the order of several thousand bar at least for the duration of one shift, ie for several hundred to several thousand expansion processes, and which are suitable for reliable sealing even on uneven, in particular not to bridge and seal the completely axial interior of the hollow shaft under the conditions mentioned at each expansion point.
  • an easy replacement and replacement of the worn sealing elements of the device should preferably be possible after the service life has been reached.
  • the object of the present invention is to provide such a probe.
  • pressure medium is supplied to each expansion arrangement via the longitudinal feed channel and via the individual radial feed bores, so that all expansion areas of the hollow shaft are pressurized and plastically deformed at the same time.
  • the leakage water that gets into the hollow shaft in the intermediate areas between the expansion areas outside the probe must be drained via radial relief bores located in these areas and a common longitudinal relief channel, so that no pressure build-up and no undesired deformation of the hollow shaft take place in these areas.
  • the expansion arrangement consists in each case of a one-piece expansion sleeve covering the entire expansion area, which can be acted upon with pressure medium from the inside over substantial parts of its length and radially expandable overall is, its surface lies against the inner surface of the hollow shaft for hydraulic expansion.
  • the advantage of such a configuration of the expansion areas lies in an improved possibility of sealing, the required radial path being easily bridged with a suitable choice of material for the expansion sleeves.
  • the sealing areas do not form on the relatively uneven inner surface of the hollow shaft, so that harder materials can be used for this reason alone. Sealing can take place in each case on the outer edge regions with respect to the probe body and / or on the end faces in the manner of labyrinth seals with respect to the adjoining spacer sleeves.
  • An annular space of small radial thickness located within the expansion bushes can be formed as an internal chamber in the sleeve or as a recess on the probe body. In this case, further punctures can also be provided in the probe base body as receptacles for additional sealing elements, without thereby departing from the basic idea of the invention.
  • the invention relates to a device for the simultaneous hydraulic expansion of several longitudinal sections of a hollow shaft of the type mentioned, in which the probe consists of a one-piece probe body with periodically arranged annular grooves, which receives the pressure medium supply and relief channels.
  • a possible first embodiment is characterized in that expansion grooves are accommodated by wide grooves, which are connected to the feed bores, an expansion arrangement each consisting of a one-piece rubber-elastic expansion sleeve covering the entire expansion area, which over a substantial part of its length from the inside Pressure medium can be acted upon and can be expanded radially overall and is sealed in its end regions with respect to the probe body, its surface bearing against the inner surface of the hollow shaft for hydraulic expansion.
  • a probe is shown, which is considerably simplified in its basic structure and in which the sealing elements are cheaper to manufacture at the expense of a slightly more complex assembly, since the basic probe body can be produced without special fits or threads.
  • An improved seal between the expansion sleeve and the probe body can be brought about in that the annular groove on the end faces is undercut in longitudinal section, i. H. z. B. dovetail-like or pawl-like.
  • the figure shows a device with a one-piece probe body with ring grooves with one-piece expansion sleeves.
  • FIG. 1 a shows a probe according to the invention, which shows a probe body 21 of essentially constant diameter in two different versions.
  • a thread 4 onto which a connection piece 5 is screwed, which in turn has an external thread 6 for connection to a pressure line of a pressure generating device.
  • the base body 1 has a thickened probe head 7 at its other end.
  • the connector 5 and the base body 1 are penetrated by a central feed channel 8, of which radial Feed holes 9 go out, which open into screwed-in annular spaces 10 below the expanding sleeves 2.
  • the probe has a relief channel 11, from which radial relief bores 12 extend, which emerge below the spacers 3.
  • the expanding sleeves 24 are sealed by O-rings 13 inserted in ring grooves.
  • the probe body has two annular grooves 22 of different cross-section, which are made directly in the probe body.
  • the annular groove 22a has on its flanks grooves 23, in which an expansion sleeve 24 engages like a pawl.
  • an annular space of small radial strength is screwed into the probe base body, which is connected to a feed bore 9, which starts from the central feed channel 8.
  • the expansion sleeve 24 is preferably made of inelastic material. Essentially the same applies to the annular groove 22b with a trapezoidal cross-section into which the expansion sleeve 24 is inserted.
  • 1 b shows a further embodiment as a detail, in which the dovetail-like cross-sectional shape of the groove 22c is even more pronounced, the flanks having pronounced tips 25.
  • reinforcements 26 made of plastic mass or plastic material are used, which prevent the rubber-elastic sleeve 24c from flowing away under high pressure into the gaps between the hollow body R indicated here and the probe base body 21.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum gleichzeitigen hydraulischen Aufweiten mehrerer Längsabschnitte einer Hohlwelle zur Herstellung kraftschlüssiger und/oder formschlüssiger Verbindungen mit auf diese aufgeschobenen Elementen, wie Nocken, Zahnräder, Lagersitzen, in Form einer Druckmittelsonde mit einem längsverlaufenden Druckmittelkanal (8) und jeweils radialen Zuführungsbohrungen (9) zu jedem aufzuweitenden Längsabschnitt der Hohlwelle, wobei eine Aufweitanordnung (24) jeweils aus einer einstückigen, den gesamten Aufweitbereich abdeckenden Aufweithülse (24) besteht, die über wesentliche Teile ihrer Länge von innen mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei ihre Oberfläche sich beim hydraulischen Aufweiten der Hohlwelle an deren Innenfläche anlegt. (WO-A-87/00457)
    Derartige Vorrichtungen werden zum Befestigen von Teilen an Hohlkörpern verwendet. So sind aus der EP 0 257 175 (Stand der Technik entsprechend Artikel 54(3) EP Ü) zwei Verfahren bekannt, wobei sich das eine dadurch auszeichnet, daß vor dem Aufbringen der Teile auf den Hohlkörper durch Aufwärmen der Teile und/oder Abkühlen des Hohlkörpers eine Temperaturdifferenz erzeugt wird und daß jedes Teil durch Aufweiten des Hohlkörpers zumindest im Bereich der Befestigungsstelle sowie durch anschließendes Aufschrumpfen der Teile infolge des stattfindenden Temperaturausgleichs auf dem Hohlkörper befestigt wird. Das zweite in der EP 0 257 175 beschriebene Verfahren verwendet eine Sonde, die in den Hohlkörper eingebracht wird. An den Befestigungsstellen der an dem Hohlkörper aufzubringenden Teile sind pro Befestigungsstelle zwei Dichtringe angeordnet, die den Aufweitraum bilden. Die Dichtringe liegen dabei in Nuten in der Sonde ein. Die Nuten sind mit einem zentralen Druckkanal in Verbindung. Durch Einführen von Druckmittel in den zentralen Druckkanal erfolgt zwischen den Dichtringen ein gezieltes Aufweiten des Hohlkörpers.
  • Vorrichtungen nach dem vorstehend genannten Prinzip mit einem einzigen, durch eine Dichtungsanordnung definierten Längsabschnitt, der gegenüber dem Rohrinneren abgedichtet und mit Druckmittel beaufschlagt werden kann, sind für das Gebiet der hydraulischen Aufweitung von Rohren, die in Rohrböden von Dampferzeugern festzulegen sind, bekannt. Für den o.g. Anwendungsfall sind derartige Vorrichtungen aufgrund der umständlichen Positionierung bei mehreren hintereinanderliegenden Aufweitabschnitten und aufgrund des damit verbundenen insgesamt langsamen Verfahrens nicht geeignet.
  • Das Prinzip einer Vorrichtung mit mehreren gegenüber dem Rohrinneren abdichtbaren Längsabschnitten ist im Zusammenhang mit der oben stehenden Aufgabenstellung vorbeschrieben, wobei als Dichtungselemente einfache in Nuten eingelegte O-Ringe dargestellt sind, die in dieser Form für den genannten Anwendungsfall nicht geeignet sind.
  • Aus der WO-A-87/00457 ist eine Aufweitvorrichtung bekannt, die aus einer Aufweithülse besteht, die von innen mit einem Fluid druckbeaufschlagbar ist. Die Aufweithülse liegt dabei mit einem Teil ihrer Oberfläche an der Innenseite der aufzuweitenden Hohlwelle an. Die Aufweithülse ist dabei von zwei Hülsen, die die Aufweithülse seitlich übergreifen, in Position gehalten.
  • Bei der Konstruktion einer Vorrichtung mit mehreren Aufweitabschnitten für den o.g. Anwendungsfall besteht die besondere Problematik darin, daß für die Serienfertigung Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden müssen, deren Dichtungen die auftretenden hydraulischen Drücke in der Größenordnung von mehreren tausend bar zumindest für die Dauer einer Schicht, d.h. für mehrere hundert bis einige tausend Aufweitvorgänge überstehen und die geeignet sind, eine sichere Abdichtung auch bei unebenem, insbesondere nicht vollkommen axialem Inneren der Hohlwelle unter den genannten Verhältnissen an jeder Aufweitstelle zu überbrücken und abzudichten. Hierbei soll vorzugsweise ein leichter Austausch und Ersatz der verschlissenen Dichtungselemente der Vorrichtung nach Erreichen der Standzeit möglich sein. Die Bereitstellung einer derartigen Sonde liegt der vorliegenden Erfindung als Aufgabe zugrunde.
  • Als Lösung hierfür werden Vorrichtungen mit Aufweitanordnungen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch angegeben, die jeweils über neuartige verbesserte Dichtungsmittel mit größeren Standzeiten verfügen und die z.T. über dem Umfang ungeteilte Dichtungen mit geeigneten Formen und damit verbesserter Wirkung zulassen und zugleich einen erleichterten Austausch verschlissener Dichtelemente ermöglichen.
  • Nach den vorgesehenen Verfahren wird Druckmittel über den längsverlaufenden Zuführungskanal und über die einzelnen radialen Zuführungsbohrungen jeder Aufweitanordnung zugeführt, so daß gleichzeitig sämtliche Aufweitbereiche der Hohlwelle druckbeaufschlagt und plastisch umgeformt werden. Das je nach Bauart der Dichtungsmittel in die Zwischenbereiche zwischen den Aufweitbereichen außerhalb der Sonde in die Hohlwelle gelangende Leckwasser ist über in diesen Bereichen gelegene radiale Entlastungsbohrungen und einen gemeinsamen längsverlaufenden Entlastungskanal abzuführen, damit in diesen Bereichen kein Druckaufbau und keine unerwünschte Verformung der Hohlwelle stattfindet.
  • Nach der Erfindung besteht die Aufweitanordnung jeweils aus einer einstückigen, den gesamten Aufweitbereich abdeckenden Aufweitbuchse, die über wesentliche Teile ihrer Länge von innen mit Druckmittel beaufschlagbar und insgesamt radial aufweitbar ist, wobei ihre Oberfläche sich zum hydraulischen Aufweiten der Hohlwelle an deren Innenfläche anlegt. Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung der Aufweitbereiche liegt in einer verbesserten Möglichkeit der Abdichtbarkeit, wobei bei geeigneter Werkstoffauswahl für die Aufweithülsen der erforderliche radiale Weg ohne weiteres zu überbrücken ist. Die Abdichtbereiche entstehen nicht an der relativ unebenen Innenfläche der Hohlwelle, so daß allein aus diesem Grund härtere Materialien verwendet werden können. Die Abdichtung kann jeweils an den äußeren Randbereichen gegenüber dem Sondenkörper und/oder an den Stirnflächen nach Art von Labyrinthdichtungen gegenüber den anstoßenden Distanzhülsen erfolgen. Auf diese Weise kann auch das Leckwasser abgeführt werden ohne die Innenwandung der Hohlwelle zu erreichen. Ein innerhalb der Aufweitbuchsen liegender Ringraum von geringer radialer Dicke kann als innenliegende Kammer in der Hülse oder als Eindrehung auf dem Sondengrundkörper gebildet sein. Im Sondengrundkörper können in diesem Fall auch weitere Einstiche als Aufnahmen für zusätzliche Dichtelemente vorgesehen sein, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung dadurch verlassen wird.
  • Durch einen Nut-Feder-Eingriff am Stoß der Dichtelemente oder eine Schäftung schräg zur Achse oder schräg zur Ringtangente kann ungeachtet einer radialen Aufweitung die Dichtwirkung gewahrt sein.
  • Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum gleichzeitigen hydraulischen Aufweiten mehrerer Längsabschnitte einer Hohlwelle der eingangs genannten Art aus, bei der die Sonde aus einem einstückigen Sondenkörper mit periodisch eingeordneten Ringnuten besteht, der die Druckmittelzuführungs- und - Entlastungskanäle aufnimmt. Eine hierbei mögliche erste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß von breiten Nuten Aufweitanordnungen aufgenommen werden, die mit den Zuführungsbohrungen in Verbindung stehen, wobei eine Aufweitanordnung jeweils aus einer einstückigen, den gesamten Aufweitbereich abdeckenden gummielastischen Aufweithülse besteht, die über wesentliche Teile ihrer Länge von innen mit Druckmittel beaufschlagbar und insgesamt radial aufweitbar ist und die in ihren Endbereichen gegenüber dem Sondenkörper abgedichtet ist, wobei ihre Oberfläche sich zum hydraulischen Aufweiten der Hohlwelle an deren Innenfläche anlegt. nach dieser Lösung ist eine Sonde aufgezeigt, die im Grundaufbau wesentlich vereinfacht ist und bei der die Dichtungselemente auf Kosten einer geringfügig aufwendigeren Montage in der Herstellung verbilligt sind, da der Sondengrundköper ohne besondere Passungen oder Gewinde hergestellt werden kann.
  • Eine verbesserte Abdichtung zwischen Aufweithülse und Sondengrundköper ist dadurch herbeizuführen, daß die Ringnut an den Stirnflächen im Längsschnitt hinterschnitten ist, d. h. sich z. B. schwalbenschwanzähnlich oder klinkenartig erweitert.
  • Nach jeder der vorstehend genannten Varianten kann der Grundkörper der Aufweithülse mit einer verstärkenden Einlage z. B. aus einer bandartigen Blechspirale oder aus gewickelten Draht oder nach Art einer Karkasse versehen sein, so daß die Aufweitung über der Länge gleichmäßig erfolgt.
  • Weitere Einzelheiten der vorstehend dargestellten Erfindung in ihren verschiedenen Möglichkeiten ergeben sich aus den nachstehenden Zeichnungsbeschreibungen.
  • Es zeigt die Figur eine Vorrichtung mit einem einstückigen Sondengrundkörper mit Ringnuten mit einstückigen Aufweithülsen.
  • In der Figur 1 a ist eine erfindungsgemäße Sonde gezeigt, die einen Sondengrundkörper 21 von im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser in zwei verschiedenen Ausführungen zeigt. An einem Ende des Grundkörpers ist ein Gewinde 4 vorgesehen, auf das ein Anschlußstück 5 geschraubt ist, das seinerseits ein Außengewinde 6 zur Verbindung mit einer Druckleitung einer Druckerzeugungsvorrichtung aufweist. Der Grundkörper 1 weist an seinem anderen Ende einen verdickten Sondenkopf 7 auf. Das Anschlußstück 5 und der Grundkörper 1 werden von einem zentralen Zuführungskanal 8 durchsetzt, von welchem radiale Zuführungsbohrungen 9 ausgehen, die in eingedrehte Ringräume 10 unterhalb der Aufweithülsen 2 münden. Außermittig weist die Sonde einen Entlastungskanal 11 auf, von dem radiale Entlastungsbohrungen 12 ausgehen, die unterhalb der Distanzstücke 3 austreten. Die Aufweithülsen 24 sind durch in Ringnuten eingelegte O-Ringe 13 abgedichtet.
  • Nach Figur 1a hat der Sondengrundkörper zwei Ringnuten 22 verschiedenen Querschnittes, die unmittelbar in den Sondenkörper eingebracht sind. Die Ringnut 22a hat an ihren Flanken Nuten 23, in die eine Aufweitmuffe 24 klinkenartig eingreift. Unterhalb der Aufweitmuffe 24 ist ein Ringraum geringer radialer Stärke in den Sondengrundkörper eingedreht, der mit einer Zuführungsbohrung 9 in Verbindung steht, die vom zentralen Zuführungskanal 8 ausgeht. Die Aufweitmuffe 24 besteht vorzugsweise aus unelastischem Werkstoff. Im wesentlichen gleiches gilt für die Ringnut 22b von im Querschnitt trapezförmiger Gestalt, in die die Aufweitmuffe 24 eingesetzt ist.
  • In Fig. 1 b ist als Einzelheit eine weitere Ausführung dargestellt, bei der die schwalbenschwanzartige Querschnittsform der Nut 22c noch stärker ausgeprägt ist, wobei die Flanken ausgeprägte Spitzen 25 aufweisen. Im Bereich dieser Spitzen sind Verstärkungen 26 aus plastischer Masse oder aus Kunststoffmaterial eingesetzt, die ein Wegfließen der gummielastischen Muffe 24c unter hohem Druck in die Spalte zwischen dem hier angedeuteten Hohlkörper R und dem Sondengrundkörper 21 verhindern.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Sondengrundkörper
    2
    Aufweithülse
    3
    Distanzstück
    4
    Gewinde
    5
    Anschlußstück
    6
    Außengewinde
    7
    Sondenkopf
    8
    Zuführungskanal
    9
    Zuführungsbohrungen
    10
    Ringraum
    11
    Entlastungskanal
    12
    Entlastungsbohrung
    13
    O-Ring
    21
    Sondengrundkörper
    22
    Ringnut
    23
    Nut (in 21)
    24
    Aufweithülse
    25
    Spitzen (Flanken)
    26
    Verstärkungen

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum gleichzeitigen hydraulischen Aufweiten mehrerer Längsabschnitte einer Hohlwelle zur Herstellung kraftschlüssiger und/oder formschlüssiger Verbindungen mit auf diese aufgeschobenen Elementen, wie Nocken, Zahnräder, Lagersitzen, in Form einer Druckmittelsonde mit einem längsverlaufenden Druckmittelkanal (8) und jeweils radialen Zuführungsbohrungen (9) zu jedem aufzuweitenden Längsabschnitt der Hohlwelle, wobei eine Aufweitanordnung (24) jeweils aus einer einstückigen, den gesamten Aufweitbereich abdeckenden Aufweithülse (24) besteht, die über wesentliche Teile ihrer Länge von innen mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei ihre Oberfläche sich beim hydraulischen Aufweiten der Hohlwelle an deren Innenfläche anlegt,
    gekennzeichnet durch
    einen längsverlaufenden Entlastungskanal (11) mit jeweils radialen Entlastungsbohrungen (12) zu den unverformt bleibenden, zwischen den jeweils aufzuweitenden liegenden Längsabschnitten der Hohlwelle, sowie mit Dichtungsmitteln (13), die die unverformt bleibenden Längsabschnitte der Hohlwelle gegenüber der Einwirkung des Druckmittels aus den dazwischen liegenden aufzuweitenden Längsabschnitten der Hohlwelle abdichten, wobei die Sonde aus einem einstückigen Sondenkörper (7) mit in Abständen angeordneten Ringnuten (22) besteht, wobei Aufweitanordnungen (24) von den Nuten (22) aufgenommen werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede Aufweithülse (24) über dem Umfang geteilt und unter einen Winkel zur Tangentialen oder axialen geschäftet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede Aufweithülse (24) aus metallischem Werkstoff oder Kunststoffmaterial hoher Formsteifigkeit besteht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede Aufweithülse (24) über dem Umfang ungeteilt ist und aus gummielastischem Material besteht.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jede Aufweithülse (24) in hinterschnittenen Stirnseiten der Ringnuten (22) eingreift.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Endbereiche der Aufweithülsen (24) durch außen liegende, über dem Umfang geteilte Stützkörper höherer Formsteifigkeit eingefaßt sind.
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