EP1514640B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen Download PDF

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EP1514640B1
EP1514640B1 EP20040020483 EP04020483A EP1514640B1 EP 1514640 B1 EP1514640 B1 EP 1514640B1 EP 20040020483 EP20040020483 EP 20040020483 EP 04020483 A EP04020483 A EP 04020483A EP 1514640 B1 EP1514640 B1 EP 1514640B1
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EP
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belt
workpiece
abrasive belt
abrasive
support
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Horst Dipl.-Ing. Steinwender
Martin Dipl.-Ing. Wolters
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Thielenhaus Technologies GmbH
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Thielenhaus Technologies GmbH
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    • B24B19/12Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts
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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B5/00Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36Single-purpose machines or devices
    • B24B5/42Single-purpose machines or devices for grinding crankshafts or crankpins

Definitions

  • the invention relates to a method for finish machining of shafts, esp. Of crankshaft and camshaft, wherein a workpiece surface of a rotating about its axis workpiece is processed by means of a continuously driven endless abrasive belt and wherein the abrasive belt tensioned with a tensioning device and on its rear side in the area the workpiece surface is supported by an endless, in this area parallel to the grinding belt tensioned support belt, and a device according to the preamble of claim 5.
  • a method and a device with the features described above is known from the document US 5,951,377 known.
  • the known method takes place between the abrasive belt and the workpiece to be machined in a sectional plane perpendicular to the axis of rotation point-like contact.
  • the grinding belt is guided in the area of the workpiece surface to be machined between two deflection rollers, which also tension the support belt.
  • the invention has for its object to provide a method for finish machining of waves, esp. Of crankshafts and camshafts, which allows a uniform and targeted to the workpiece surface to be machined finishing machining.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 5.
  • the sanding belt and the support belt partially wrap around the workpiece so that the sanding belt lies flat against the circumference of the workpiece.
  • the support band is tensioned by means of a separate second tensioning device.
  • the grinding belt lies flat with uniform surface pressure on the workpiece surface to be machined on, wherein the contact pressure of the abrasive belt is selectively adjustable by the separate clamping device of the support band.
  • the sanding belt drive allows a targeted adjustment of the cutting speed on the surface to be machined. Esp. Even with small workpiece diameters, high cutting speeds, which are necessary to guarantee good finishing results, can be set. As a result, the method according to the invention enables finish machining of workpiece surfaces that meet high surface quality requirements.
  • the support band is made of metal and consequently of a high tensile modulus material.
  • the support belt can be tensioned machine-resistant.
  • the support belt is also driven continuously and with the same direction of movement as the abrasive belt.
  • the mechanical stress of the abrasive belt can be reduced, so that even sanding belts with low tensile strength can be used.
  • the speed of the support belt corresponds to the speed of the sanding belt.
  • the sanding belt lies with a wrap angle of more than 90 ° flat against the peripheral surface of the workpiece to be machined. This allows a very uniform machining of the workpiece.
  • the invention also provides a device according to claim 5 for carrying out the method. Preferred embodiments of this device are described in claims 6 to 8.
  • the Fig. 1 shows a device for finishing a shaft.
  • the apparatus comprises a tool carrier 1, an endless grinding belt 2 for finish machining of a workpiece 3 driven in rotation about its axis of rotation A, a grinding belt drive 4 which continuously drives the grinding belt 2 during workpiece machining, and a clamping device 5 for the grinding belt 2.
  • the tool carrier 1 has a machining head 6 with two mutually spaced band deflections 7, which limit a working area L of the machining head 6.
  • the band deflections 7 are formed as deflection rollers.
  • the grinding belt 2 is guided over the deflection rollers 7 and runs in the working area L past the peripheral surface of the workpiece 3 to be machined.
  • an endless support belt 8 is provided, which is stretched in the working area L of the machining head 6 parallel to the sanding belt 2 and in the working area L, the back of the sanding belt 2 is supported.
  • the machining head 6 surrounds the circumferential surface of the workpiece 3 to be machined such that the abrasive belt 2 acted upon at the rear by the support belt 8 partially wraps around the workpiece 3 and bears against the workpiece surface to be machined along a circumferential section.
  • the support belt 8 is tensioned by means of a separate second tensioning device 9. This second tensioning device 9 allows a targeted adjustment of the surface force exerted by the grinding belt 2 on the workpiece 3.
  • the mechanical stress of the abrasive belt 2 is considerably reduced by the support belt 8, so that no special requirements must be made of the tensile strength of the abrasive belt 2.
  • the sanding belt drive allows a specific adjustment of the cutting speed to the surface to be machined. The high cutting speeds required for achieving good finisher results are thus possible even with small workpiece diameters.
  • the support band 8 is made of metal. The support belt 8 is guided together with the sanding belt 2 over the work area L limiting pulleys 7 and is in the embodiment according to Fig. 1 also driven by the sanding belt drive 4.
  • the rectified speed of the two belts 2, 8 is identical, so that only a very small or no relative movement is present in the working area L between the grinding belt 2 and the support belt 8. As a result, a particularly low tensile stress of the abrasive belt 2 is ensured.
  • the two tensioning devices 5, 9, the two belts 2, 8 and the sanding belt drive 4 are arranged together on the workpiece carrier 1.
  • the tensioning devices 5, 9 have adjusting devices 10 for changing the belt lengths in the working area L.
  • the wrap angle ⁇ between the grinding belt 2 and the workpiece surface to be machined is more than 90 °. As a result, a very uniform workpiece machining is possible.
  • the tool carrier 1 is mounted on a feed carriage 11.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention.
  • the tool holder 1 follows here the orbital movement of the rotating about its axis of rotation
  • a workpiece 3 which is formed in Fig. 2 as a crankshaft.
  • the bearing shafts 12, 12 ' rotate synchronously and in phase with the workpiece 3 about their axes B, B'.
  • the tool carrier 1 is mounted on circumferential surfaces 13, 13 'of the bearing shafts 12, 12', which correspond to the surface of the workpiece 3 to be machined.
  • a separate support belt drive 14 is provided which drives the support belt 8 continuously.
  • the rectified belt speeds of abrasive belt 2 and support belt 8 are identical in this embodiment, too.
  • the tool carrier 1 When in the Fig. 3 1, the tool carrier 1 is pivotally mounted about a rotation axis C, which is aligned parallel to the axis of rotation A of the workpiece 3 and is arranged in a lying between the machining head 6 and the sanding belt drive 4 tool carrier area. Trained as a swivel arm tool carrier 1 can follow by an oscillating pivotal movement of the rotating workpiece surfaces of the crankshaft 3, wherein the contact area between the grinding belt 2 and workpiece 3 within the working area L during the orbital motion moves accordingly. Due to the simple construction and operation, this embodiment allows a particularly cost finishing machining of crankshafts and camshafts.
  • the distance of the sanding belt drive 4 from the axis of rotation C of the tool carrier 1 is set so that a substantial mass balance of the swinging about the rotation axis C masses is given. Furthermore, a mass 15 which is displaceably arranged along the tool carrier 1 is provided, which can be locked at a specific position of the tool carrier 1 before the start of processing, so that the desired contact force between the grinding belt 2 and the workpiece surface is ensured during processing. Also in this embodiment, the support belt 8 is also driven continuously with the same direction of movement and speed as the sanding belt 2 of the sanding belt drive 4.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Wellen, insbes. von Kurbel- und Nockenwellen, wobei eine Werkstückfläche eines um seine Rotationsachse rotierenden Werkstückes mit Hilfe eines kontinuierlich angetriebenen endlosen Schleifbandes bearbeitet wird und wobei das Schleifband mit einer Spannvorrichtung gespannt und an seiner Rückseite im Bereich der Werkstückfläche von einem endlosen, in diesem Bereich parallel zum Schleifband gespannten Stützband gestützt wird, und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der Druckschrift US 5,951,377 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt zwischen dem Schleifband und dem zu bearbeitenden Werkstück eine in einer Schnittebene senkrecht zur Rotationsachse punktförmige Berührung. Das Schleifband wird im Bereich der zu bearbeitenden Werkstückfläche zwischen zwei Umlenkrollen geführt, die auch das Stützband spannen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Wellen, insbes. von Kurbel- und Nockenwellen anzugeben, das eine gleichmäßige und auf die zu bearbeitende Werkstückfläche gezielt abstimmbare Finishbearbeitung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst. Das Schleifband und das Stützband umschlingen das Werkstück teilweise, so dass das Schleifband am Umfang des Werkstückes flächig anliegt. Das Stützband wird mittels einer separaten zweiten Spannvorrichtung gespannt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Schleifband flächig mit gleichmäßiger Flächenpressung an der zu bearbeitenden Werkstückfläche an, wobei die Anpresskraft des Schleifbandes durch die separate Spannvorrichtung des Stützbandes gezielt einstellbar ist. Ferner erlaubt der Schleifbandantrieb eine gezielte Abstimmung der Schnittgeschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche. Insbes. sind auch bei kleinen Werkstückdurchmessern hohe Schnittgeschwindigkeiten, welche für die Gewährleistung von guten Finishergebnissen erforderlich sind, einstellbar. Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Finishbearbeitung von Werkstückflächen, die hohen Anforderungen an die Oberflächengüte entsprechen.
  • Das Stützband besteht aus Metall und folglich aus einem zugfesten Material mit hohem Elastizitätsmodul.
  • Das Stützband kann maschinenfest gespannt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Stützband ebenfalls kontinuierlich und mit gleicher Bewegungsrichtung wie das Schleifband abgetrieben. Hierdurch kann die mechanische Beanspruchung des Schleifbandes reduziert werden, so dass auch Schleifbänder mit geringer Zugfestigkeit eingesetzt werden können. Vorzugsweise entspricht die Geschwindigkeit des Stützbandes der Geschwindigkeit des Schleifbandes.
  • Das Schleifband liegt mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes an. Dies erlaubt eine sehr gleichmäßige Bearbeitung des Werkstückes.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens. Bevorzugte Ausführungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 6 bis 8 beschrieben.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
  • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Finisbearbeitung von Wellen,
    Fig. 2 und 3
    weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in einer Seitenansicht.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Welle. Die Vorrichtung weist einen Werkzeugträger 1, ein endloses Schleifband 2 zur Finishbearbeitung eines um seine Rotationsachse A rotierend angetriebenen Werkstückes 3, einen Schleifbandantrieb 4, welcher das Schleifband 2 während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt, und eine Spannvorrichtung 5 für das Schleifband 2 auf. Der Werkzeugträger 1 besitzt einen Bearbeitungskopf 6 mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen 7, die einen Arbeitsbereich L des Bearbeitungskopfes 6 begrenzen. Im Ausführungsbeispiel sind die Bandumlenkungen 7 als Umlenkrollen ausgebildet. Das Schleifband 2 wird über die Umlenkrollen 7 geführt und läuft im Arbeitsbereich L an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes 3 vorbei. Ferner ist ein endloses Stützband 8 vorgesehen, welches im Arbeitsbereich L des Bearbeitungskopfes 6 parallel zum Schleifband 2 gespannt ist und im Arbeitsbereich L die Rückseite des Schleifbandes 2 abstützt. Der Bearbeitungskopf 6 umgreift die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes 3 so, dass das rückseitig von dem Stützband 8 beaufschlagte Schleifband 2 das Werkstück 3 teilweise umschlingt und entlang eines Umfangsabschnittes an der zu bearbeitenden Werkstückfläche flächig anliegt. Das Stützband 8 ist mit Hilfe einer separaten zweiten Spannvorrichtung 9 gespannt. Diese zweite Spannvorrichtung 9 erlaubt eine gezielte Einstellung der von dem Schleifband 2 auf das Werkstück 3 ausgeübten Flächenkraft. Diese Flächenkraft verläuft darüber hinaus über die gesamte Kontaktfläche zwischen Schleifband 2 und Werkstück 3 hinweg sehr gleichmäßig. Hierdurch sind sehr gute Finishergebnisse erzielbar. Die mechanische Beanspruchung des Schleifbandes 2 wird durch das Stützband 8 erheblich reduziert, so dass keine besonderen Anforderungen an die Zugfestigkeit des Schleifbandes 2 gestellt werden müssen. Der Schleifbandantrieb erlaubt eine gezielte Abstimmung der Schnittgeschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche. Die für die Erzielung von guten Finishergebnissen erforderlichen hohen Schnittgeschwindigkeiten sind damit auch bei kleinen Werkstückdurchmessern möglich. Das Stützband 8 besteht aus Metall. Das Stützband 8 ist zusammen mit dem Schleifband 2 über die den Arbeitsbereich L begrenzenden Umlenkrollen 7 geführt und wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ebenfalls von dem Schleifbandantrieb 4 angetrieben. Im Ausführungsbeispiel ist die gleichgerichtete Geschwindigkeit der beiden Bänder 2, 8 identisch, so dass im Arbeitsbereich L zwischen dem Schleifband 2 und dem Stützband 8 nur eine sehr geringe bzw. keine Relativbewegung vorliegt. Hierdurch ist eine besonders geringe Zugbeanspruchung des Schleifbandes 2 gewährleistet. Die beiden Spannvorrichtungen 5, 9, die beiden Bänder 2,8 und der Schleifbandantrieb 4 sind gemeinsam auf dem Werkstückträger 1 angeordnet. Die Spannvorrichtungen 5,9 weisen Stelleinrichtungen 10 zur Veränderung der Bandlängen im Arbeitsbereich L auf. Der Umschlingungswinkel α zwischen dem Schleifband 2 und der zu bearbeitenden Werkstückfläche beträgt mehr als 90°. Hierdurch ist eine sehr gleichmäßige Werkstückbearbeitung möglich. Der Werkzeugträger 1 ist auf einem Zustellschlitten 11 montiert.
  • Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Werkzeugträger 1 folgt hier der Umlaufbewegung des um seine Rotationsachse A rotierenden Werkstückes 3, welches in der Fig. 2 als Kurbelwelle ausgebildet ist. Es sind zwei parallel zum Werkstück 3 angeordnete Lagerwellen 12, 12' vorgesehen, deren Gestalt dem Werkstück 3 entspricht. Die Lagerwellen 12, 12' rotieren synchron und phasengleich zum Werkstück 3 um ihre Achsen B, B'. Der Werkzeugträger 1 ist an Umfangsflächen 13, 13' der Lagerwellen 12, 12' gelagert, die der zu bearbeitenden Fläche des Werkstückes 3 entsprechen. In Fig. 2 ist ein separater Stützbandantrieb 14 vorgesehen, welcher das Stützband 8 kontinuierlich antreibt. Die gleichgerichteten Bandgeschwindigkeiten von Schleifband 2 und Stützband 8 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel identisch.
  • Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Werkzeugträger 1 schwenkbar um eine Drehachse C gelagert, die parallel zur Rotationsachse A des Werkstückes 3 ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem Schleifbandantrieb 4 liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist. Der als Schwenkarm ausgebildete Werkzeugträger 1 kann durch eine oszillierende Schwenkbewegung den umlaufenden Werkstückflächen der Kurbelwelle 3 folgen, wobei sich der Kontaktbereich zwischen Schleifband 2 und Werkstück 3 innerhalb des Arbeitsbereiches L während der Umlaufbewegung entsprechend verschiebt. Aufgrund der einfachen Konstruktion und Betriebsweise erlaubt diese Ausführungsform eine besonders kostengünstige Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen. Der Abstand des Schleifbandantriebes 4 von der Drehachse C des Werkzeugträgers 1 ist so festgelegt, dass ein weitgehender Massenausgleich der um die Drehachse C schwingenden Massen gegeben ist. Ferner ist eine entlang des Werkzeugträgers 1 verschiebbar angeordnete Masse 15 vorgesehen, die vor dem Bearbeitungsbeginn an einer bestimmten Position des Werkzeugträgers 1 arretierbar ist, so dass die gewünschte Anpresskraft zwischen Schleifband 2 und Werkstückfläche während der Bearbeitung gewährleistet ist. Auch in dieser Ausführungsform wird das Stützband 8 ebenfalls kontinuierlich mit gleicher Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit wie das Schleifband 2 von dem Schleifbandantrieb 4 angetrieben.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen, wobei eine Werkstückfläche eines um seine Rotationsachse (A) rotierenden Werkstückes (3) mit Hilfe eines kontinuierlich angetriebenen endlosen Schleifbandes (2) bearbeitet wird, wobei das Schleifband (2) mit einer Spannvorrichtung (5) gespannt und an seiner Rückseite im Bereich der Werkstückfläche von einem endlosen, in diesem Bereich parallel zum Schleifband gespannten Stützband (8) gestützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifband (2) und das Stützbund (8) das Werkstück (3) teilweise umschlingen, so dass das Schleifband (2) mit einem Umschlingungswinkel (α) von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes (3) anliegt, dass ein Stützband (8) aus Metall verwendet wird und dass das Stützbund (8) mittels einer separaten zweiten Spannvorrichtung (5) gespannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (8) während der Bearbeitung der Werkstückfläche fest steht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (8) ebenfalls kontinuierlich und mit gleicher Bewegungsrichtung wie das Schleifband (2) angetrieben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Stützbandes (8) der Geschwindigkeit des Schleifbandes (2) entspricht.
  5. Vorrichtung mit
    Werkzeugträger (1),
    endlosem Schleifband (2) zur Finishbearbeitung eines um seine Rotationsachse (A) rotierend angetriebenen Werkstückes (3),
    einem Schleifbandantrieb (4), welcher das Schleifband (2) während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt und
    einer Spannvorrichtung (5) für das Schleifband (2),
    wobei der Werkzeugträger (1) einen Bearbeitungskopf (6) mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen (7) aufweist, die einen Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes (6) begrenzen, wobei das Schleifband (2) über die Bandumlenkungen (7) des Bearbeitungskopfes (6) geführt ist und wobei ein endloses Stützband (8) vorgesehen ist, welches im Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes (6) parallel zum Schleifband (2) gespannt ist und im Arbeitsbereich (L) die Rückseite des Schleifbandes (2) abstützt, dadurch gekennzeichne, dass zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der Bearbeitungskopf (6) die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes (3) gabelförmig so umgreift, dass das rückseitig von dem Stützband (8) beaufschlagte Schleifband (2) das Werkstück (3) teilweise umschlingt und mit einem Umschlingungswinkel (α) von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstücks (3) anliegt, und dass das Stützband (8) aus Metall besteht und mit Hilfe einer zweiten Spannvorrichtung (9) gespannt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (8) zusammen mit dem Schleifband (2) über die den Arbeitsbereich (L) begrenzenden Bandumlenkungen (6) geführt ist und von dem Schleifbandantrieb (4) oder einem separaten Stützbandantrieb (14) angetrieben wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtungen (5, 9) und die Antriebe (4, 14) für das Schleifband (2) und das Stützband (8) auf dem Werkzeugträger (1) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtungen (5, 9) Stelleinrichtungen (10) zur Veränderung der Bandlängen im Arbeitsbereich (L) aufweisen.
EP20040020483 2003-09-12 2004-08-28 Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen Expired - Lifetime EP1514640B1 (de)

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