DE102004008069B4 - Scharniervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Scharniervorrichtung (11, 20) mit einem Arm (5) und zwei an Enden des Arms (5) um jeweils eine Achse schwenkbar angebrachten Kopfstücken (2, 7), wobei die Kopfstücke (2, 7) jeweils mit einer von zwei Riemenscheiben (3, 6) drehverbunden sind, die an einer Umfangsfläche von einem gemeinsamen Zugriemen (4) umschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Riemenscheiben (3, 6) unrund ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scharniervorrichtung, insbesondere aber nicht notwendigerweise für die Anbringung einer Tür an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
  • Beispiele solcher Pantographtüren sind in DE 1 174 183 B beschrieben. Bei einem ersten Typ von Pantographtür ist eine Scharniervorrichtung durch ein Paar von Armen gebildet, die jeweils mit einem Ende an einer karosseriefesten Achse und mit einem anderen Ende an einer mit der Tür verbundenen Achse angreifen. Wenn die effektive Länge dieser zwei Arme, d.h. der Abstand zwischen ihren zwei Achsen, gleich ist, behält die Tür beim Öffnen und Schließen ihre Orientierung bei, so dass sie in einer offenen Stellung neben der Türöffnung und parallel zu dieser an die Karosserie angelegt werden kann. Sind die Längen ungleich, so schwenkt die Tür beim Öffnen und ist in der offenen Anschlagstellung nicht mehr parallel zur Karosserie, so dass sie nicht eng angelegt werden kann.
  • Die Parallelbewegung der Tür führt dazu, dass beim Schließen die Türen an ihrem ganzen Rand gleichzeitig sich in einen Rahmen der Türöffnung einrückt, so dass, wenn nicht ein Fenster oder eine andere Tür der Fahrzeugkarosserie geöffnet ist, durch die Einwärtsbewegung der Tür im Fahrzeuginneren ein vorübergehender Überdruck aufgebaut wird, der die Bewe gung der Tür abbremst und so das Einrasten einer Verriegelung der Tür behindert. Ein weiteres Problem ist, dass wenn die Tür versehentlich bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, der Fahrtwind – anders als bei einer in üblicher Weise durch ein einzelnes Scharnier an einer in Fahrtrichtung vorderen Kante der Tür an die Karosserie angeschlagenen Tür – hinter der teilweise geöffneten Tür eingreifen und diese vollends aufreißen kann.
  • Bei einem zweiten Typ von Pantographtür, der in DE 1 174 183 B beschrieben ist, kommt eine Scharniervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Einsatz. Es wird die Verwendung gleich großer Kettenräder in Betracht gezogen – in diesem Fall ist die Orientierung der Tür im offenen und im geschloeesenen Zustand die gleiche – oder die Verwendung unterschiedlich großer Kettenräder – in diesem Fall dreht sich die Tür während des Öffnens und Schließens.
  • Aus DE 1 027 558 B ist ein Antriebsaufbau zum Öffnen und Schließen einer Falttür eines Straßenfahrzeuges mit Hilfe eines Motors bekannt. Ein Flügel der Falttür umfasst zwei Platten, von denen eine erste um eine fahrzeugfeste Achse schwenkbar ist und die zweite an eine von der fahrzeugfesten Achse abgewandte Kante der ersten Platte angelenkt ist, so dass sie beim Öffnen und Schließen der Tür gleichzeitig rotiert und in einer Führung gleitet. Der Antriebsmotor ist an die fahrzeugfeste Achse über einen Keilriemen und eine von dem Keilriemen umschlungene Riemenscheibe gekoppelt. Die Riemenscheibe ist elliptisch, um das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Drehung der ersten Platte so zu variieren, dass das Anfahrmoment gering wird.
  • FR 2 731 461 A1 beschreibt einen Aufbau mit zwei schwenkbaren Türflügeln, deren Schwenkbewegung über zwei elliptische Riemenscheiben und einen Riemen derart gekoppelt sein soll, dass eine Klemmgefahr zwischen den Flügeln durch einen Winkelversatz beseitigt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Scharniervorrichtung zum Verbinden eines beweglichen Teils mit einem ortsfesten Teil zu schaffen, bei der das bewegliche Teil zwischen zwei gegeneinander versetzten, aber parallel ausgerichteten Stellungen wenigstens eine relativ zu diesen parallelen Stellungen verdrehte Stellung durchläuft.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Scharniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Wenn es sich bei den beweglichen Teilen um eine Tür wie oben beschrieben handelt, können diese zwei parallelen Stellungen einer geschlossenen Stellung der Tür und einer offenen Anschlagstellung der Tür entsprechen, in der diese parallel zur geschlossenen Stellung versetzt an der Karosserie anliegt. Dadurch, dass zwischen der geschlossenen und der parallelen offenen Stellung eine verdrehte Stellung durchlaufen wird, ist die Bewegung beim Schließen der Tür keine exakte parallele Translation, so dass ein Druckstau im Innern des Fahrzeugs vermieden wird und die Tür ungehindert ins Schloss fallen kann. Bei geeigneter Orientierung der verdrehten Stellung im Bezug zum Fahrtwind drückt dieser die Tür in Richtung der geschlossenen Stellung, ein unerwartetes Aufreißen der Tür ist ausgeschlossen.
  • Um zwischen zwei Grenzstellungen der Kopfstücke der Scharniervorrichtung in Bezug auf den Arm zwei gegenläufige Schwenkbewegungen der Kopfstücke in Bezug aufeinander zu erhalten, sollte in einer ersten dieser Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die erste Riemenscheibe trifft, von der Achse dieser ersten Riemenscheibe kleiner sein als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die zweite Riemen die erste Riemenscheibe trifft, von der Achse dieser ersten Riemenscheibe kleiner sein als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die zweite Riemenscheibe trifft, von der Achse der zweiten Riemenscheibe, während in der zweiten Grenzstellung die Abstandsverhältnisse umgekehrt sein sollten. So ergeben sich jeweils Übersetzungsverhältnisse größer bzw. kleiner als 1 zwischen Drehungen der Kopfstücke in Bezug auf den Arm in den verschiedenen Grenzstellungen.
  • Vorzugsweise ist die wenigstens eine unrunde Riemenscheibe elliptisch. Die andere Riemenscheibe ist vorzugsweise kreisrund oder ebenfalls elliptisch.
  • Wenn beide Riemenscheiben elliptisch sind, so sollten sie, um eine starke Schwenkung der Tür zwischen den beiden Grenzstellungen zu erreichen, geeignet in Bezug aufeinander orientiert sein. Für zwei Ellipsen von gegebener Gestalt und gleicher Umfangslänge wird der maximale Schwenkhub erreicht, wenn in einer Stellung der ersten Riemenscheibe, in der die Auftreffpunkte des Riemens an der ersten Riemenscheibe die Schnittpunkte der langen Achse mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte an der anderen Riemenscheibe jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse mit dem Umfang liegen.
  • Um eine große Schwenkbewegungsfreiheit der Scharniervorrichtung zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Arm gewinkelt und der Zugriemen zwischen den Riemenscheiben an zwei Rollen umgelenkt ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Schnitt durch eine nicht erfindungsgemäße Scharniervorrich tung gemäß einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin;
  • 2 einen Schnitt analog dem der 1 durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung;
  • 3 einen Schnitt analog dem der 1 durch eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung;
  • 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung der Scharniervorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie bei geschlossner Tür;
  • 5 einen Schnitt durch die dritte Ausgestaltung bei bis zum Anschlag geöffneter Tür;
  • 6 die Lage des Riemens an den Riemenscheiben bei geschlossener Tür gemäß einer Abwandlung der dritten Ausgestaltung; und
  • 7 die entsprechenden Lagen des Riemens bei offener Tür.
  • Zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung und seiner Auswirkungen soll zunächst kurz auf die nicht erfindungsgemäße Scharniervorrichtung gemäß 1 eingegangen werden. Die Figur zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Tür 1 eines Kraftfahrzeugs und die Tür 1 seitlich umgebende Säulen 8, 9 einer Karosserie des Kraftfahrzeugs. Eine allgemein mit 10 bezeichnete Scharniervorrichtung umfasst ein an der Tür 1 befestigtes erstes Kopfstück 2 und ein an der rechten Säule 8 befestigtes zweites Kopfstück 7 sowie einen Arm 5, an den die Kopfstücke 2, 7 jeweils um eine Achse schwenkbar angelenkt sind. Der Arm 5 ist durch ein hohles Gehäuse gebildet, in dessen Innerem zwei Riemenscheiben 3, 6 jeweils durch Öffnungen des Arms 5 hindurch drehfest mit den Kopfstücken 2 bzw. 7 verbunden sind. Ein endloser Zugriemen 4 ist um die Umfangsflächen der zwei Riemenscheiben 3, 6 herumgeschlungen.
  • Bei der Scharniervorrichtung der 1 sind die Riemenscheiben 3, 6 beide kreisrund und haben den gleichen Durchmesser, so dass eine Drehung eines Kopfstückes 2 oder 7 in Bezug auf den Arm 5 mit Hilfe des Zugriemens 4 in eine gleich große Drehung das jeweils anderen Kopfstückes 7 bzw. 2 übersetzt wird. Folglich bleibt die Tür 1 bei einer Bewegung zwischen ihrer geschlossenen Stellung zwischen den Säulen 8, 9 und einer offenen Stellung stets in der gleichen Orientierung.
  • Die in 2 gezeigte erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung 11 entspricht der in 1 gezeigten in allem oben Gesagtem mit Ausnahme der Form der ersten Riemenscheibe 3. Diese hat bei der Ausgestaltung der 2 einen unrunden, genauer gesagt einen elliptischen Querschnitt. In der geschlossenen Stellung der Tür 1, zwischen den Säulen 8, 9, liegen Auftreffpunkte 12, 13, an denen die zwei Stränge des Zugriemens 4 die Riemenscheibe 3 tangential berühren, im wesentlichen auf einer als strichpunktierte Linie K eingezeichneten kurzen Achse der Ellipse. (Eine exakte Lage der Auftreffpunkte auf der kurzen Achse K würde sich ergeben, wenn die Stränge des Zugriemens 4 zwischen den Riemenscheiben 3, 6 parallel verliefen; diese Abweichung wird allerdings im Rahmen der vorliegenden Beschreibung vernachlässigt, da sie für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung ohne Bedeutung ist. Der Abstand der Auftreffpunkte 12, 13 von der Achse der Riemenscheibe 3 ist in der geschlossenen Stellung der Tür 1 kleiner als der Abstand entsprechender Auftreffpunkte 14, 15 der kreisrunden Riemenscheibe 6 des an der Säule 8 befestigten Kopfstücks 7 von dessen Achse. Das Übersetzungsverhältnis von Kopfstück 7 zu Kopfstück 2 ist daher in der geschlossenen Stellung geringfügig größer als 1, so dass, wenn der Arm 5 beim Öffnen der Tür um die Achse des Kopfstücks 7 schwenkt, diese Schwenkbewegung durch eine entsprechende Drehung des Kopfstücks 2 in Bezug auf den Arm nicht nur aufgehoben, sondern überkompensiert wird. Beim Öffnen der Tür entfernt sich somit deren der Säule 8 benachbarte Kante 16 schneller aus der Türöffnung als die der Säule 9 benachbarte Kante 17, und die Tür 1 durchläuft eine in 2 als punktierter Umriss dargestellte Zwischenposition, in der sie deutlich in Bezug auf ihre Orientierung in geschlossener Position verschwenkt ist. Entsprechend legt sich beim Schließen der Tür 1 zuerst die Kante 17 gegen die Säule 9 und dann die Kante 16 gegen die Säule 8, so dass ein Druckaufbau im Inneren des Fahrzeugs beim Schließen der Tür vermieden wird.
  • Unter der Annahme, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs von rechts nach links in der Figur ist, würde Fahrtwind schräg auf die Außenseite der in 2 als punktierter Umriss dargestellten teilweisen geöffneten Tür treffen. Die Tür 1 würde also, wenn sie bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, vom Fahrtwind in ihre geschlossene Stellung hineingedrückt. Ein unbeabsichtigtes Aufreißen der Tür während der Fahrt durch den Fahrtwind ist so ausgeschlossen.
  • In dem Maße, wie der Arm 5 geschwenkt wird, wandern die Auftreffpunkte 12 bis 15 des Zugriemens 4 auf den Riemenscheiben 3, 6, wobei der Abstand der Auftreffpunkte 12, 13 von der Drehachse der Riemenscheibe 3 kontinuierlich zunimmt, während der entsprechende Abstand bei den Auftreffpunkten 14, 15 der kreisrunden Riemenscheibe 6 gleich bleibt. Je größer der Abstand an der Riemenscheibe 3 wird, umso kleiner wird das Übersetzungsverhältnis, so dass die anfängliche Schwenkbewegung der Tür im Gegenuhrzeigersinn im Laufe des Öffnens immer langsamer wird und schließlich ihre Richtung umkehrt. In der wiederum mit durchgezogenen Linien dargestellten offenen Stellung der Tür 1 liegen die Auftreffpunkte 12, 13 jeweils am Schnittpunkt einer langen Achse L der Ellipse mit der Umfangsfläche der Riemenscheibe 3, und die Orientierung der Tür ist dieselbe wie in der geschlossenen Stellung.
  • Voraussetzung dafür, dass die Orientierungen der Tür in offener und geschlossener Stellung die gleichen sind, ist, dass der beim Öffnen und Schließen zurückgelegte Weg der Auftreffpunkte an beiden Riemenscheiben der gleiche ist. In dem hier gezeichneten Fall einer Schwenkbewegungsfreiheit von 90° zwischen offener und geschlossener Stellung entspricht dies der Anforderung, dass die Umfangslänge beider Riemenscheiben 3, 6 gleich sein muss. Durch maßstäbliches Vergrößern bzw. Verkleinern der Riemenscheibe 3 relativ zur Riemenscheibe 6 kann man jedoch erreichen, dass bereits bei einem Schwenkwinkel von weniger bzw. erst bei einem Schwenkwinkel von mehr als 90° die Tür wieder eine zu ihrer geschlossenen Stellung parallele Orientierung erreicht.
  • Während in 2 die türseitige Riemenscheibe 3 elliptisch und die säulenseitige Riemenscheibe 6 kreisrund ist, könnte das gleiche Ergebnis auch erreicht werden durch Verwendung einer kreisrunden Riemenscheibe 3 auf Seiten der Tür 1 und einer elliptischen Riemenscheibe 6 auf Seiten der Säule 8, allerdings mit einer im Vergleich zu 2 um 90° gedrehten Orientierung der elliptischen Riemenscheibe, so dass wiederum in der geschlossenen Stellung der Tür die Entfernung der Auftreffpunkte 14, 15 des Zugriemens an der Riemenscheibe 6 größer und in der offenen Stellung kleiner ist als der Abstand der Auftreffpunkte 12, 13 an der Riemenscheibe 3.
  • Eine Verstärkung der Schwenkbewegung wird erreicht, indem, wie im Ausführungsbeispiel der 3 gezeigt, beide Riemenscheiben 3, 6 elliptisch mit gleichen Abmessungen, aber mit gegeneinander verdrehten langen Achsen L, gewählt werden. Wären die langen Achsen L nicht verdreht, son dern parallel zueinander, würde die Tür 1 bei ihrer Bewegung nicht schwenken. Ein maximaler Schwenkhub wird erreicht, wenn die langen Achsen L der zwei Ellipsen senkrecht zueinander orientiert sind.
  • 4 und 5 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung an einer Tür eines Kraftfahrzeugs. Teile in diesen Figuren, die mit in den 13 gezeigten Teilen identisch oder funktionsgleich sind, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut im Detail erläutert. Die Scharniervorrichtung 20 hier gemäß in dieser dritten Ausgestaltung unterscheidet sich von denen der 2 und 3 durch die gewinkelte Form ihres Arms 5. Der Zugriemen 4 im Innern des Arms ist an zwei Rollen 21 um einen Winkel von 90° umgelenkt. Die von dem Zugriemen 4 umschlungenen Riemenscheiben 3, 6 sind wie bei der Ausgestaltung der 3 beide elliptisch, und in der geschlossenen Stellung der 4 befinden sich die Auftreffpunkte 12, 13 des Riemens an der Riemenscheibe 3 an den Kreuzungspunkten von deren kurzer Achse K mit dem Umfang und die Auftreffpunkte 14, 15 der Riemenscheibe 6 an den Kreuzungspunkten der langen Achse L mit dem Umfang. Durch diese Platzierung ist sichergestellt, dass unmittelbar zu Beginn der Öffnungsbewegung der Tür 1 das Übersetzungsverhältnis der Riemenscheiben 3, 6 am stärksten von 1 abweicht und sich anschließend kontinuierlich 1 nähert und schließlich unterschreitet. Aufgrund der Abwinkelung des Arms 5 sind hier die langen Achsen L beider Ellipsen parallel.
  • Wie mit Bezug auf 2 bereits erläutert, ergibt sich aus den Abständen der Auftreffpunkte 12 bis 15 von den Drehachsen ihrer Riemenscheiben 3, 6, dass die Tür 1 beim Öffnen zunächst im Gegenuhrzeigersinn schwenkt. Im Laufe der Öffnungsbewegung ändert die Schwenkbewegung ihre Richtung in dem Maße, wie sich die Auftreffpunkte 12, 13 dem Schnittpunkt mit der kurzen Achse K und die Auftreffpunkte 14, 15 dem Schnittpunkt mit der langen Achse L nähern. Eine An schlagstellung, die einer vollständigen Öffnung der Tür 1 entspricht, ist bei dieser Ausgestaltung aber erst, wie in 5 gezeigt, am Ende einer Schwenkbewegung von 135° erreicht. In dieser Stellung haben sich die Auftreffpunkte 12, 13 an der Riemenscheibe 3 bereits über die Schnittpunkte mit der langen Achse bzw. die Auftreffpunkte 14, 15 an der Riemenscheibe 6 über die Schnittpunkte mit der kurzen Achse hinausbewegt. Dennoch ist die Orientierung der Tür 1 in der offenen Anschlagstellung exakt parallel zur Orientierung in der geschlossenen Stellung, weil die Abmessungen der zwei Riemenscheiben 3, 6 geringfügig unterschiedlich gewählt sind.
  • Eine andere Möglichkeit, parallele Orientierungen der Tür im geschlossenen Zustand und im offenen Anschlagzustand mit zwei identischen Riemenscheiben 3, 6 zu gewährleisten, ist in 6 und 7 gezeigt, wobei hier der Übersichtlichkeit halber der Arm 5 nur bruchstückhaft gezeichnet und die Riemenscheiben 3, 6 vergrößert dargestellt sind. Wenn α der Schwenkwinkel zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung der Tür ist und der Arm 5 um den Winkel ☐ von hier 90° abgewinkelt ist, so sind die Auftreffpunkte 11 bis 15 in der geschlossenen und der offenen Stellung jeweils in der gezeigten Weise um den Winkel θ = (α – ☐)/2 gegen einen Schnittpunkt der langen bzw. kurzen Achse L, K mit dem Umfang der Riemenscheibe winkelverschoben.
  • 1
    Tür
    2
    Kopfstück
    3
    Riemenscheibe
    4
    Riemen
    5
    Arm
    6
    Riemenscheibe
    7
    Kopfstück
    8
    Säule
    9
    Säule
    10
    Scharniervorrichtung
    11
    Scharniervorrichtung
    12
    Auftreffpunkt
    13
    Auftreffpunkt
    14
    Auftreffpunkt
    15
    Auftreffpunkt
    16
    Kante
    17
    Kante
    20
    Scharniervorrichtung
    21
    Rolle

Claims (9)

  1. Scharniervorrichtung (11, 20) mit einem Arm (5) und zwei an Enden des Arms (5) um jeweils eine Achse schwenkbar angebrachten Kopfstücken (2, 7), wobei die Kopfstücke (2, 7) jeweils mit einer von zwei Riemenscheiben (3, 6) drehverbunden sind, die an einer Umfangsfläche von einem gemeinsamen Zugriemen (4) umschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Riemenscheiben (3, 6) unrund ist.
  2. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstücke (2, 7) in Bezug auf den Arm (5) zwischen zwei Grenzstellungen schwenkbar sind, wobei in einer ersten der Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes (12, 13), an dem der Zugriemen (4) auf die erste Riemenscheibe (3) trifft, von der ersten Drehachse der ersten Riemenscheibe (3) kleiner ist als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes (14, 15), an dem der Zugriemen (4) auf die zweite Riemenscheibe (6) trifft, von der zweiten Drehachse der zweiten Riemenscheibe (6), und dass in der zweiten Grenzstellung der Abstand des ersten Auftreffpunktes (12, 13) von der ersten Drehachse größer als der Abstand des zweiten Auftreffpunktes (14, 15) von der zweiten Achse ist.
  3. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unrunde Riemenscheibe (3) elliptisch ist.
  4. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Riemenscheiben (6) kreisrund ist.
  5. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3, 6) elliptisch sind.
  6. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3, 6) eine gleiche Umfangslänge haben.
  7. Scharniervorrichtung (11, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung der ersten Riemenscheibe (3), in der die Auftreffpunkte (12, 13) des Riemens (4) an der ersten Riemenscheibe (3) die Schnittpunkte der langen Achse (L) mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte (14, 15) an der anderen Riemenscheibe (6) jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse (K) mit dem Umfang liegen.
  8. Scharniervorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (5) gewinkelt ist und der Zugriemen (4) zwischen den Riemenscheiben (3, 6) durch zwei Rollen (21) umgelenk ist.
  9. Scharniervorrichtung (11, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kopfstücke (2) an einer Tür (1) und das andere (7) an einer Karosserie (8) eines Kraftfahrzeugs montiert ist.
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