DE102006051643A1 - Tandem-Schrägwälzlager - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tandem-Schrägwälzlager (1), welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneter und durch einen Lagerkäfig (4) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener rotationssymmetrischer Wälzkörper (5, 6) besteht, die in zwei Reihen (7, 8) mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern (T<SUB>K1</SUB>, T<SUB>K2</SUB>) höhenversetzt nebeneinander angeordkörper (5) der Reihe (7) auf dem größeren Teilkreis (T<SUB>K1</SUB>) ist dabei größer als der Durchmesser (d<SUB>2</SUB>) der Wälzkörper (6) der Reiheund die Wälzkörper (5, 6) beider Reihen (7, 8) rollen mit ihren Laufflächen (9, 10) in jeweils zwei benachbarten, in die Innenseite (11) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (12) des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen (13, 14, 15, 16) ab. Erfindungsgemäß werden die Wälzkörper (5 oder 6) der einen Reihe (7 oder 8) durch Kugelrollen und die Wälzkörper (5 oder 6) der anderen Reihe (7 oder 8) durch Standardlagerkugeln gebildet, wobei beide Reihen (7, 8) der Wälzkörper (5, 6) auf unterschiedlich angestellten Druckwinkelachsen (17, 18) in ihren Laufbahnen (13, 14, 15, 16) abrollen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Tandem-Schrägwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft bei zweireihigen Schrägwälzlagern zur Abstützung von Wellen oder Naben mit axialer und radialer Momentbelastung realisierbar.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass die Abstützung von Wellen oder Naben mit axialer und radialer Momentbelastung zumeist über Schrägwälzlager erfolgt, die aufgrund der hohen Beanspruchung in aller Regel als zwei gegeneinander angestellte sowie in Axialrichtung vorgespannte Kegelrollenlager ausgebildet sind. Diese Kegelrollenlager werden bei hohen auftretenden Axialkräften mit einem großen Druckwinkel ausgebildet und sorgen für eine hohe Steifigkeit der abgestützten Welle, wobei sowohl die Kegelrollen als auch deren Laufbahnen auf ihrer gesamten Breite einer gleichmäßigen Belastung unterliegen.
  • Da bei derartigen Kegelrollenlagern jedoch aufgrund ihrer Vorspannung zwischen der Stirnfläche der Kegelrollen und der Führungsfläche des Lagerbords eine gleitende Reibung einsetzt, durch die es zu einem Verschleiß an den Kegelrollen und am Lagerbord kommt, wurde es durch die DE 198 39 481 A1 vorgeschlagen, die Kegelrollenlager durch einseitig belastbare zweireihige Tandem-Schrägkugellager zu ersetzen, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind. Diese Tandem-Schrägkugellager bestehen im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen angeordneter Lagerkugeln, die in zwei Reihen mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern höhenversetzt nebeneinander angeordnet sind und durch zwei getrennte Lagerkäfige für jede Reihe in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Die Innenseite des äußeren Lagerrings ist dabei mit zwei benachbarten rillenförmigen Laufbahnen ausgebildet, die auf gemeinsamen Druckwinkelachsen mit zwei ebenfalls benachbarten rillenförmigen Laufbahnen in der Außenseite des inneren Lagerrings angeordnet sind. Auf diesen Laufbahnen rollt jeweils eine Reihe der Lagerkugeln mit ihren Laufflächen ab, wobei die Lagerkugeln der Reihe mit dem größeren Teilkreisdurchmesser einen größeren Durchmesser als die Lagerkugeln der Reihe mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser aufweisen. Durch den Einsatz solcher Tandem-Schrägkugellager anstelle von Kegelrollenlagern soll dabei erreicht werden, dass sich aufgrund der nunmehr entfallenden Gleitreibung zwischen den Lagerkugeln und den Laufbahnschultern ein wesentlich geringeres Reibmoment ergibt, durch das der Verschleiß und die Temperatur des Lagers gesenkt und dessen Wirkungsgrad verbessert wird.
  • Dennoch hat sich ein solcher Ersatz von Kegelrollenlagern durch zweireihige Tandem-Schrägkugellager in der Praxis dahingehend als nachteilig erwiesen, dass diese Tandem-Schrägkugellager durch die nebeneinander angeordneten Laufbahnen für die Lagerkugeln sowie durch die zum Erreichen der erforderlichen Traglast großen Durchmesser der Lagerkugeln im Vergleich zu Kegelrollenlagern einen erhöhten axialen Einbauraum erfordern. Soll ein solches Tandem-Schrägkugellager darüber hinaus noch eine höhere Traglast als ein Kegelrollenlager aufweisen, sind somit aufwändige Änderungen der Lagersitze notwendig, welche die Herstellungskosten des jeweiligen Bauteils in nachteiliger Weise erhöhen. Darüber hinaus verursachen solche zweireihigen Tandem-Schrägkugellager gegenüber Kegelrollenlagern nicht zuletzt wegen der notwendigen Verwendung von zwei Lagerkäfigen auch einen erhöhten Fertigungs- und Materialaufwand bei der Lagerherstellung, so dass sich deren Herstellungskosten ebenfalls erhöhen.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde es deshalb durch die zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2005 014 556.6 vorgeschlagen, bei einem zweireihigen Schrägwälzlager die Wälzkörper jeder Reihe anstelle von Lagerkugeln als Kugelrollen mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen auszubilden und beide Reihen wie bei Tandem-Schrägkugellagern mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern höhenversetzt nebeneinander anzuordnen. Die Kugelrollen der Reihe auf dem größeren Teilkreis weisen dabei in ihrer Kugelgrundform wiederum einen größeren Durchmesser als die Kugelrollen der Reihe auf dem kleineren Teilkreis auf und die Kugelrollen beider Reihen rollen mit ihren Laufflächen in jeweils zwei benachbarten rillenförmigen Laufbahnen im äußeren und im inneren Lagerring ab. Die Laufbahnen der Kugelrollen weisen dabei parallel zueinander verlaufende Druckwinkelachsen auf und sind derart aneinander angrenzend angeordnet, dass die jeweils benachbarten Kugelrollen jeder Reihe mit ihren zueinander weisenden Seitenflächen unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und sich gegenseitig führen. Durch die Verwendung von Kugelrollen als Wälzkörper soll sich ein solches Schrägwälzlager gegenüber bekannten Tandem-Schrägkugellagern vor allem durch einen minimierten axialen und radialen Einbauraum bei gleicher oder erhöhter Tragfähigkeit und durch die Möglichkeit der Verwendung eines einteiligen Lagerkäfigs für beide Reihen bei vergleichbaren Herstellungskosten auszeichnen.
  • Bei diesen im Hinblick auf Bauraum und Tragkraft als gleichwertige Alternative zu herkömmlichen Kegelrollenlagern entwickelten Tandem-Schrägkugelrollenlagern hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass beide Kugelrollenreihen konstruktionsbedingt nur mit einem identischen Druckwinkel ausgebildet werden können. In vielen Anwendungsfällen von Tandem-Schrägwälzlagern, beispielsweise im Getriebebereich, ist es jedoch vor allem wegen der unterschiedlich einwirkenden Radial- und Axialkräfte von Vorteil, die beiden Wälzkörperreihen auf deutlich voneinander abweichenden Druckwinkelachsen anzuordnen, um dem ansonsten eintretenden vorzeitigen Verschleiß an den Wälzkörpern und an deren Laufbahnen entgegen zu wirken und damit die Lebensdauer des Tandem-Schrägwälzlagers zu erhöhen. Eine Anpassung der beschriebenen Tandem-Schrägkugelrollenlager an unterschiedlich einwirkende Radial- und Axialkräfte scheint somit entweder nur durch eine Kompromissauswahl des für beide Wälzkörperreihen günstigsten Druckwinkels oder durch eine wiederum auf Kosten des axialen Lagerbauraums gehende, aufwändige Konstruktionsänderung des gesamten Tandem-Schrägkugelrollenlagers möglich.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Tandem-Schrägwälzlager zu konzipieren, welches bei gleichem axialen und radialen Einbauraum und bei gleicher oder erhöhter Tragfähigkeit wie vergleichbare Kegelrollenlager die Möglichkeit der Anpassung der Druckwinkelachsen der beiden Wälzkörperreihen an unterschiedlich einwirkende Radial- und Axialkräfte und damit eine verlängerte Lebensdauer aufweist.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Tandem-Schrägwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Wälzkörper der einen Reihe durch Kugelrollen und die Wälzkörper der anderen Reihe durch Standardlagerkugeln gebildet werden und beide Reihen der Wälzkörper auf unterschiedlich angestellten Druckwinkelachsen in ihren Laufbahnen abrollen.
  • Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch die Kombination einer Reihe Kugelrollen mit einer Reihe Standartlagerkugeln möglich ist, die Vorteile eines Tandem-Schrägkugelrollenlagers, nämlich gleicher axialer und radialen Einbauraum bei gleicher oder erhöhter Tragfähigkeit wie vergleichbare Kegelrollenlager, mit den Vorteilen eines Tandem-Schrägkugellagers, nämlich die Möglichkeit der Anpassung der Druckwinkelachsen der beiden Wälzkörperreihen an unterschiedlich einwirkende Radial- und Axialkräfte, miteinander zu vereinen.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Danach ist es gemäß Anspruch 2 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers, wenn die Wälzkörper der Reihe auf dem größeren Teilkreis als Kugelrollen mit einem größeren Durchmesser und die Wälzkörper der Reihe auf dem kleineren Teilkreis als Standartlagerkugeln mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet sind, während die Druckwinkelachsen beider Reihen der Wälzkörper zur Längsmittelachse des Tandem-Schrägwälzlagers konvergierend verlaufend angeordnet sind. Alternativ besteht hierzu jedoch auch die Möglichkeit, die Wälzkörper der Reihe auf dem größeren Teilkreis als Standartlagerkugeln mit einem größeren Durchmesser und die Wälzkörper der Reihe auf dem kleineren Teilkreis als Kugelrollen mit einem kleineren Durchmesser auszubilden.
  • Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers, dass die Anzahl der als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper und die Anzahl der als Standardlagerkugeln ausgebildeten Wälzkörper bevorzugt gleich ist und jeweils eine Kugelrolle und eine Standardlagerkugel aus jeder Reihe auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind. Diese Ausbildung sowie die von Schrägkugellagern her bekannte Auswahl der unterschiedlichen Durchmesser der Wälzkörper beider Reihen in der Form, dass der Schnittpunkt des sich ergebenden Hüllkreiskegels identisch mit dem Schnittpunkt der gemeinsamen Rotationsachse zweier benachbarter Wälzkörper auf der Längsmittelachse des Tandem-Schrägwälzlagers ist, hat sich besonders vorteilhaft dahingehend erwiesen, dass somit alle benachbarten Wälzkörper beider Reihen synchron bzw. mit gleicher Drehzahl in ihren Laufbahnen abrollen und ein dadurch bedingter Wälzkörperverschleiß vermieden sowie der beide Wälzkörperreihen führende Lagerkäfig weniger beansprucht wird.
  • Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager schließlich noch dadurch aus, dass die als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind, zwischen denen diese gegenüber dem Durchmesser ihrer Kugelgrundform eine um 20% bis 30% reduzierte Breite aufweisen. Darüber hinaus weisen die Kugelrollen in ihren Seitenflächen jeweils eine kalottenartige zentrische Vertiefung auf, von denen die den Standardlagerkugeln zugewandte Vertiefung die jeweils daneben angeordnete Standartlagerkugel zumindest teilweise aufnimmt und über die sich die Wälzkörper beider Reihen gegenseitig abstützen. Die reduzierte Breite der Kugelrollen und die teilweise Einbettung der Standartlagerkugeln in deren Seitenflächen trägt somit dazu bei, dass das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager mit der gleichen Axialbaubreite wie ein vergleichbares Kegelrollenlager ausgebildet werden kann. Ebenso geht durch die Einbettung der Standartlagerkugeln in die Seitenflächen der Kugelrollen der Vorteil eines Kugelrollenlagers, nämlich die gegenseitige Führung und Abstützung der Wälzkörper zu Vermeidung des Verkippens, nicht verloren.
  • Das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Schrägwälzlagern den Vorteil auf, dass durch den kombinierten Einsatz einer Reihe Kugelrollen mit einer Reihe Standartlagerkugeln bei gleichem axialen und radialen Einbauraum und bei gleicher oder erhöhter Tragfähigkeit wie vergleichbare Kegelrollenlager nunmehr eine freie Wahl der Druckwinkel für beide Wälzkörperreihen möglich ist, die je nach Anwendungsfall zu einer deutlichen Steigerung der Lebensdauer des Tandem-Schrägwälzlagers führt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei eine vergrößerte Darstellung der Hälfte eines Querschnittes durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Tandem-Schrägwälzlager.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Aus der Zeichnung geht deutlich ein Tandem-Schrägwälzlager 1 hervor, wie es beispielsweise in paarweiser O-Anordnung zur Lagerung der Kegelritzelwelle in einem Kraftfahrzeug-Hinterachsgetriebe zur Anwendung kommt. Dieses Tandem-Schrägwälzlager 1 besteht in bekannter Weise aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 3 angeordneter rotationssymmetrischer Wälzkörper 5, 6, die in zwei Reihen 7, 8 mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern TK1, TK2 höhenversetzt nebeneinander angeordnet sind. Deutlich sichtbar sind dabei die Wälzkörper 5 der Reihe 7 auf dem größeren Teilkreis TK1, erfindungsgemäß als Kugelrollen ausgebildet, während die Wälzkörper 6 der Reihe 8 erfindungsgemäß durch Standartlagerkugeln gebildet werden.
  • Desweiteren ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass der Durchmesser d, der Wälzkörper 5 der Reihe 7 auf dem größeren Teilkreis TK1 größer als der Durchmesser d2 der Wälzkörper 6 der Reihe 8 mit dem kleineren Teilkreis TK2 ist und dass die Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 durch einen gemeinsamen Lagerkäfig 4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Diese Wälzkörper 5, 6 rollen dabei mit ihren Laufflächen 9, 10 in jeweils zwei benachbarten, in die Innenseite 11 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 12 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 13, 14, 15, 16 auf unterschiedlich angestellten Druckwinkelachsen 17, 18 ab, die zur Längsmittelachse 19 des Tandem-Schrägwälzlagers 1 konvergierend verlaufend angeordnet sind.
  • Ferner geht aus der Zeichnung noch hervor, dass die Anzahl der als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper 5 und die Anzahl der als Standardlagerkugeln ausgebildeten Wälzkörper 6 gleich ist und jeweils eine Kugelrolle und eine Standardlagerkugel aus jeder Reihe 7, 8 auf einer gemeinsamen Rotationsachse 20 angeordnet sind. Dadurch rollen alle benachbarten Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 synchron bzw. mit gleicher Drehzahl in ihren Laufbahnen 13, 14, 15, 16 ab, so dass ein vorzeitiger Wälzkörperverschleiß sowie ein übermäßige Beanspruchung des Lagerkäfigs 4 vermieden wird.
  • Schließlich ist in der Zeichnung auch noch erkennbar, dass die als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper 5 mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen 21, 22 ausgebildet sind, zwischen denen diese gegenüber dem Durchmesser d1 ihrer Kugelgrundform eine um 20% bis 30% reduzierte Breite aufweisen. Außerdem weisen die Kugelrollen in ihren Seitenflächen 21, 22 jeweils eine in der Zeichnung lediglich angedeutete kalottenartige zentrische Vertiefung 23, 24 auf, von denen die den Standardlagerkugeln zugewandte Vertiefung 23 die jeweils daneben angeordnete Standartlagerkugel zumindest teilweise aufnimmt und über die sich die Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 gegenseitig abstützen. Durch die reduzierte Breite der Kugelrollen und die teilweise Einbettung der Standartlagerkugeln in deren Seitenflächen 21, 22 ist es somit möglich, das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager 1 mit der gleichen Axialbaubreite wie ein vergleichbares Kegelrollenlager auszubilden.
  • 1
    Tandem-Schrägwälzlager
    2
    äußerer Lagerring
    3
    innerer Lagerring
    4
    Lagerkäfig
    5
    Wälzkörper
    6
    Wälzkörper
    7
    Reihe
    8
    Reihe
    9
    Lauffläche von 5
    10
    Lauffläche von 6
    11
    Innenseite von 2
    12
    Außenseite von 3
    13
    Laufbahn von 5
    14
    Laufbahn von 5
    15
    Laufbahn von 6
    16
    Laufbahn von 6
    17
    Druckwinkelachse von 7
    18
    Druckwinkelachse von 8
    19
    Längsmittelachse von 1
    20
    Rotationsachse
    21
    Seitenfläche von 5
    22
    Seitenfläche von 5
    23
    Vertiefung in 22
    24
    Vertiefung in 21
    TK1,
    größerer Teilkreis
    TK2
    kleinerer Teilkreis
    d1
    Durchmesser von 5
    d2
    Durchmesser von 6

Claims (5)

  1. Tandem-Schrägwälzlager, im Wesentlichen bestehend aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneter und durch einen Lagerkäfig (4) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener rotationssymmetrischer Wälzkörper (5, 6), die in zwei Reihen (7, 8) mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern (TK1, TK2) höhenversetzt nebeneinander angeordnet sind, wobei der Durchmesser (d1) der Wälzkörper (5) der Reihe (7) auf dem größeren Teilkreis (TK1) größer als der Durchmesser (d2) der Wälzkörper (6) der Reihe (8) mit dem kleineren Teilkreis (TK2) ist und die Wälzkörper (5, 6) beider Reihen (7, 8) mit ihren Laufflächen (9, 10) in jeweils zwei benachbarten, in die Innenseite (11) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (12) des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen (13, 14, 15, 16) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5 oder 6) der einen Reihe (7 oder 8) durch Kugelrollen und die Wälzkörper (5 oder 6) der anderen Reihe (7 oder 8) durch Standardlagerkugeln gebildet werden und beide Reihen (7, 8) der Wälzkörper (5, 6) auf unterschiedlich angestellten Druckwinkelachsen (17, 18) in ihren Laufbahnen (13, 14, 15, 16) abrollen.
  2. Tandem-Schrägwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt die Wälzkörper (5) der Reihe (7) auf dem größeren Teilkreis (TK1) als Kugelrollen ausgebildet und die Druckwinkelachsen (17, 18) beider Reihen (7, 8) der Wälzkörper (5, 6) bevorzugt zur Längsmittelachse (19) des Schrägwälzlagers (1) konvergierend verlaufend angeordnet sind.
  3. Tandem-Schrägwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper (5) und der als Standardlagerkugeln ausgebildeten Wälzkörper (6) bevorzugt gleich ist und jeweils eine Kugelrolle und eine Standardlagerkugel aus jeder Reihe (7, 8) auf einer gemeinsamen Rotationsachse (20) angeordnet sind.
  4. Tandem-Schrägwälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper (5) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (21, 22) ausgebildet sind, zwischen denen diese gegenüber dem Durchmesser ihrer Kugelgrundform eine um 20% bis 30% reduzierte Breite aufweisen.
  5. Tandem-Schrägwälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper (5) zumindest in ihren den Standardlagerkugeln zugewandten Seitenflächen (22) eine kalottenartige zentrische Vertiefung (23) aufweisen, in der die jeweils daneben angeordnete Standartlagerkugel zumindest teilweise eingebettet ist und über die sich die Wälzkörper (5, 6) beider Reihen (7, 8) gegenseitig abstützen.
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