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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum isostatischen Pressen von Gegenstände aus keramischem Granulat, bei dem ein zwischen einem Unterstempel und einem Oberstempel eines Preßwerkzeugs gebildeter Füllraum mit Granulat gefüllt wird und das Granulat mit Hilfe einer an dem Unterstempel angeordneten, mit einem Preßdruck beaufschlagten elastischen Membran verdichtet wird derart, daß es einen gepreßten Gegenstand bildet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Preßwerkzeug zum isostatischen Pressen von Gegenständen aus keramischem Granulat, mit einem Oberstempel und einem eine elastische Membran aufweisenden Unterstempel, wobei der Oberstempel und der Unterstempel im geschlossenen Zustand des Preßwerkzeugs zwischen sich einen Füllraum bilden, in welchem die Membran, wenn sie mit einem Preßdruck beaufschlagt wird, das in den Füllraum gefüllte Granulat derart verdichtet, daß es einen gepreßten Gegenstand bildet. Ein solches Verfahren bzw. ein solches Preßwerkzeug sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Das Preßwerkzeug umfaßt dabei zwei zusammenwirkende Werkzeugteile, für welche hier die Begriffe Unterstempel und Oberstempel verwendet werden. Dabei wird als Unterstempel dasjenige Werkzeugteil bezeichnet, an dem die mit einem Preßdruck beaufschlagbare elastische Membran angeordnet ist, die das in den Füllraum zwischen den beiden Werkzeugteilen eingefüllte Granulat bei dem Anlegen des Preßdrucks in Richtung des anderen Werkzeugteils, des Oberstempels, einseitig verdichtet.
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Handelt es sich bei den Gegenständen um Becher, Schüsseln, Schalen oder dergleichen mit sehr hohen Füßen, beispielsweise dergestalt, wie sie im asiatischen Raum für Speisen oder Getränke verwendet werden, besteht beim herkömmlichen isostatischen Pressen das Problem, daß es vor allem im Fuß-/Bodenbereich der Gegenstände zu Strukturstörungen und Rißbildungen kommt, was zu einem vergleichsweise hohen Anteil an Ausschußware führt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und eine verbesserte Herstellungstechnologie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein Preßwerkzeug nach Anspruch 4 gelöst. Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Preßwerkzeug und umgekehrt. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es beim herkömmlichen isostatischen Pressen zum Abreißen der Füße bei Gegenständen mit sehr hohen Füßen kommt, weil im Fuß-/Bodenbereich der Gegenstände keine ausreichende Entlüftung stattfindet. Das erkannte Entlüftungsproblem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verdichten des Granulats wenigstens einen Vorverdichtungsschritt und einen Nachverdichtungsschritt umfaßt, wobei während des Vorverdichtens das Granulat nur in einem Teilbereich des Füllraums verdichtet wird. Entsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Preßwerkzeug dadurch aus, daß es Mittel zum Vorverdichten des Granulats in einem Teilbereich des Füllraums umfaßt.
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Eine Kernidee der Erfindung ist es somit, lediglich einen Teil des Gegenstandes vorzuverdichten. Anders ausgedrückt wird das Granulat während des Vorverdichtens nur in einem Teilbereich des Füllraums verdichtet. Dadurch kann die in dem Granulat enthaltene Luft aus dem vorverdichteten Teil in einen anderen Teil des Füllraums ausweichen.
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Diese Lösung des Entlüftungsproblems kann nicht nur bei Bechern, Schüsseln, Schalen oder anderen Gegenständen mit sehr hohen Füßen angewendet werden, sondern bei allen isostatisch gepreßten Gegenständen, bei denen ansonsten, bedingt durch ihre Form und Gestalt, bei einer gleichzeitigen Verdichtung das Problem einer mangelhaften Entlüftung in einem Teilbereich des Füllraums bestehen würde.
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Besonders vorteilhaft für die Lösung des geschilderten Problems der abgerissenen Füße ist es, wenn während des Vorverdichtens das Granulat nur im Fuß-/Bodenbereich des Gegenstandes verdichtet wird. In den hohen Füßen des Gegenstandes ist eine vergleichsweise große Menge an Restluft enthalten, die zu einer Störungs- oder Rißbildung im Bereich der Füße führen würde, wenn sie bis zum Ende des Preßvorgangs in dem Fuß-/Bodenbereich verbleiben würde. Diese Restluft wird durch das räumlich gezielte und nur teilweise, sich vorzugsweise nur auf den Fuß-/Bodenbereich konzentrierende Vorverdichten des Gegenstandes von dem Fuß-/Bodenbereich in den Bordbereich des Gegenstandes gebracht. Anders als bei herkömmlichen Techniken, bei denen der gesamte Gegenstand gleichzeitig verdichtet wird, kann die Luft aus dem zu diesem Zeitpunkt noch nicht verdichteten Rand des Gegenstandes noch entweichen, bevor auch dieser Bereich in dem sich anschließenden Nachverdichtungsschritt verdichtet wird.
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Als besonders geeignetes hat es sich erwiesen, wenn das Mittel zum Vorverdichten des Granulats wenigstens ein als Teil des Unterstempels ausgebildetes Vorverdichtungselement umfaßt. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Mittel zum Vorverdichten dadurch verwirklicht, daß der Unterstempel mehrteilig ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Vorverdichtungselement relativ zu dem verbleibenden Teil des Unterstempels bewegbar ist. Ein solcher Aufbau zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß das Vorverdichtungselement auf konstruktiv besonders einfache und dennoch zuverlässige Weise betätigbar ist. Der solcherart geteilte Unterstempel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Vorverdichtungselement einen Teil der von dem Unterstempel zur Verfügung gestellten Wandbegrenzung des Druckraums bildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine Vorverdichtungselement eine von der Membran unabhängig betätigbare, zusätzliche Vorverdichtungsmembran. Das Vorverdichten erfolgt dadurch, daß die erste, an dem Unterstempel angebrachte, herkömmliche elastische Membran in einem gewünschten Teilbereich durch die zweite, unabhängig von der ersten Membran betätigbare elastische Membran, die Vorverdichtungsmembran, beaufschlagt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein integraler Bestandteil der Membran als Vorverdichtungsteilstück ausgebildet und das wenigstens eine Vorverdichtungselement ist ein mechanisches Druckelement, das zur Beaufschlagung des Vorverdichtungsteilstücks der Membran ausgebildet ist. Eine zweite Membran ist nicht erforderlich. Das Vorverdichten erfolgt, indem dieser modifizierte Teilbereich, vorzugsweise unabhängig von einer Beaufschlagung der übrigen Membran, druckbeaufschlagt wird.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 bis 4 Schnittdarstellungen eines ersten Preßwerkzeugs zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Preßvorgangs,
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5 bis 8 Schnittdarstellungen eines zweiten Preßwerkzeugs zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Preßvorgangs.
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Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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In den Figuren abgebildet ist ein Preßwerkzeug 1 zum isostatischen Pressen von Gegenstände aus keramischem Granulat 2 mit hohen Füßen. Bei dem im Beispiel dargestellten Gegenstand 3 handelt es sich um eine Eßschale, deren Füße nicht, wie üblich, etwa 7 bis 9 mm, sondern statt dessen 15 bis 20 mm hoch sind.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 4 illustriert.
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Das Preßwerkzeug 1 umfaßt einen als Festteil ausgebildeten Oberstempel 4 und einen bewegbaren Unterstempel 5, an der mit Hilfe eines Klemmrings 32 eine elastische Preßmembran 6 befestigt ist. Die einzelnen Werkzeugteile 4, 5 sind auf Trägern 7, 8 angebracht. Zum Betrieb sind eine Einschießvorrichtung 9 für das Granulat 2, Leitungen 10 zum Befüllen des sich zwischen der Wand 12 des Unterstempels 5 und der Preßmembran 6 ausbildenden Druckraums 13 mit einem hydraulischen Fluid usw. vorgesehen. Auf den Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Preßwerkzeugs 1 soll nachfolgend nicht weiter eingegangen werden, da diese dem Fachmann bekannt sind.
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In 1 ist das geschlossene Preßwerkzeug 1 dargestellt. Das keramische Granulat 2 wird in den Füllraum 14 eingefüllt, der einerseits von der Wand 15 des Oberstempels 4 und andererseits von der Preßmembran 6 begrenzt wird.
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Eine zusätzlich zu der Preßmembran 6 vorgesehene und unabhängig von der Preßmembran 6 betätigbare, elastische Vorverdichtungsmembran 16 dient als Vorverdichtungselement. Der Unterstempel 5 ist mehrteilig ausgebildet, wobei die an einem hinteren Teil 34 des Unterstempels 5 angeordnete Vorverdichtungsmembran 16 als ein Teil des Unterstempels 5 ausgeführt ist und zusammen mit der starren Wand 12 des Unterstempels 5 eine Begrenzung des Druckraums 13 bildet. Auch die Vorverdichtungsmembran 16 ist mit Hilfe eines Klemmrings 33 an dem Unterstempel 5 befestigt.
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Die Vorverdichtungsmembran 16 weist ein an die Form des Fuß-/Bodenbereiches 17 des Gegenstandes 3 angepaßtes, druckbeaufschlagbares Teilstück 18 auf, das relativ zu dem übrigen, starren Teil des Unterstempels 5 bewegbar ist. Das Vorverdichtungsteilstück 18 ist derart geformt, daß es in dem Bereich, in dem es den Unterstempel 5 vervollständigt, mit seiner der Preßmembran 6 zuweisenden Vorderseite 19 die spätere Form des Gegenstandes 3 vorgibt, während die von einem Preßdruck zu beaufschlagende Rückseite 20 des Vorverdichtungsteilstücks 18 im wesentlichen eben ausgeführt ist.
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2 zeigt die Situation zu Beginn des Preßvorgangs, während des Vorverdichtungsschrittes. Die Vorverdichtungsmembran 16 wird auf ihrer Rückseite 20 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt. Der Druckraum 21 zwischen der hinter der Vorverdichtungsmembran 16 angeordneten, von mehreren Fluidzuleitungen durchbrochenen Wand 22 des hinteren Teils 34 des Unterstempels 5 und der Vorverdichtungsmembran 16 ist mit einem unter Druck stehendem Fluid gefüllt, so daß die Vorverdichtungsmembran 16 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt ist. Das Fluid wird zu diesem Zweck über eine zentrale Leitung 11 zugeführt. Dadurch drückt die Vorverdichtungsmembran 16 mit ihrem Vorverdichtungsteilstück 18 auf die Preßmembran 6, so daß die Preßmembran 6 in dem Fuß-/Bodenbereich 17 des Gegenstandes 3 das Granulat 2 vorverdichtet. Anders ausgedrückt wird das Granulat nur in dem Teilbereich des Füllraums 14 verdichtet, der dem späteren Fuß-/Bodenbereich 17 des Gegenstandes 3 entspricht. Zu diesem Zweck weist das Vorverdichtungsteilstück 18 einen ausreichend festen, nicht oder wenig komprimierbaren Kern auf. Eine darüber hinausgehende Beaufschlagung der Preßmembran 6 erfolgt während dieses Vorverdichtungsschrittes nicht. Die sich in dem Granulat 2 befindende Luft wandert von dem Fuß-/Bodenbereich 17 in den Bordbereich 23 des Gegenstandes 3 und kann dort entweichen.
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Nachdem der Fuß- bzw. Bodenbereich 17 vorverdichtet ist, erfolgt während des sich anschließenden Nachverdichtungsschrittes die vollständige Ausformung des Gegenstandes 3 mit Hilfe der Preßmembran 6. 3 zeigt die Situation während dieses Nachverdichtungsschrittes. Der Druckraum 13 zwischen der Wand 12 des Unterstempels 5 einerseits und der Preßmembran 6 andererseits ist mit einem unter Druck stehendem Fluid gefüllt, so daß die Preßmembran 6 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt ist und das Granulat 2 einseitig verdichtet. Dadurch wird ein an der Wand 15 des Oberstempels 4 anliegender Gegenstand 3 fertig ausgebildet. Der Druckraum 21 steht während dessen weiter unter Druck. Im Bereich des Vorverdichtungsteilstücks 18 stützt sich die Preßmembran 6 an der Vorverdichtungsmembran 16 ab.
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Je nach den gewählten Prozeßparametern ist es möglich, daß das unter Druck stehende Fluid auch in einen Raum zwischen der an dieser Stelle die Begrenzung des Druckraums 13 bildenden Vorderseite 19 der Vorverdichtungsmembran 16 einerseits und der Preßmembran 6 andererseits eindringt und den bereits vorverdichteten Fuß-/Bodenbereich 17 des Gegenstandes 3 weiter verdichtet.
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Bei dem hydraulischen Fluid handelt es sich beispielsweise um Öl, das mit einem Druck von 300 bar eine Verdichtung des Granulats 2 bewirkt. Die separate Druckbeaufschlagung der beiden Membranen 6, 16 erfolgt über eine geteilte Fluidführung 10, 11 in dem Träger 8 des Unterstempels 5.
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Die Beaufschlagung der Vorverdichtungsmembran 16 während des Vorverdichtungsschrittes kann in einer alternativen Ausführung (nicht dargestellt) mit Hilfe eines mechanischen Druckelements, beispielsweise mit Hilfe eines beispielsweise hydraulisch betätigbaren Stempels oder Kolbens, erfolgen. Auch in diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die als Angriffsfläche für das Druckelement dienende Rückseite 20 des Vorverdichtungsteilstücks 18 im wesentlichen eben ausgeführt ist.
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In 4 ist das Öffnen des Preßwerkzeugs 1 dargestellt. Der Unterstempel 5 wird von dem Oberstempel 4 mittels einer an sich bekannten, hier nicht näher beschriebenen Mechanik, wegbewegt, sobald der Abbau des die Preßmembran 6 beaufschlagenden Preßdrucks beginnt, das hydraulische Fluid also nicht mehr an der Preßmembran 6 anliegt und sich die Preßmembran 6 von der Oberfläche des gepreßten Gegenstandes 3 abzulösen beginnt.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den 5 bis 8 abgebildet. Die Figuren stellen die Prozeßschritte dar, wie sie bereits in den 1 bis 4 illustriert sind.
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Von den nachfolgend beschriebenen Unterschieden abgesehen, entspricht der grundsätzliche Aufbau des Preßwerkzeugs 1 dem Aufbau der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform.
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Wie in 5 dargestellt, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß keine zweite Membran als Vorverdichtungsmembran vorhanden ist. Statt dessen weist bereits die Preßmembran 26 in dem gewünschten Teilbereich der Membran, der an dem vorzuverdichtenden Bereich 17 des Gegenstandes 3 anliegt, ein Vorverdichtungsteilstück 28 auf. Das Vorverdichtungsteilstück 28 ist an die Form des Fuß-/Bodenbereiches des Gegenstandes 3 angepaßt, wobei seine von einem Preßdruck zu beaufschlagende Rückseite 30 im wesentlichen eben ausgeführt ist.
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Das Vorverdichten erfolgt, indem das Vorverdichtungsteilstück 28 der Preßmembran 26, unabhängig von einer Beaufschlagung der übrigen Teilbereiche der Preßmembran 26, druckbeaufschlagt wird. Ein mechanisches Druckelement in Gestalt eines mit einem Preßdruck beaufschlagbaren und damit betätigbaren Kolbens 24 dient als hinteres Teil des Unterstempels 5 und zugleich als relativ zu dem verbleibenden Teil des Unterstempels 5 bewegbares Vorverdichtungselement zur Beaufschlagung des Vorverdichtungsteilstücks 28 der Preßmembran 26.
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6 zeigt die Situation zu Beginn des Preßvorgangs, während des Vorverdichtungsschrittes. Das Vorverdichtungsteilstück 28 mit seinem Kern wird in Richtung des Oberstempels 4 bewegt, indem es an seiner ebenen Rückseite 30 mechanisch mit Hilfe des Kolbens 24 beaufschlagt wird. Der mit einer entsprechenden Anschlagfläche 25 versehene Kolben 24 fährt dabei gegen einen in der Kolbenführung 27 des Unterstempels vorgesehenen Anschlag 31, der die Endstellung des Vorverdichtungsschrittes definiert. Im Ergebnis wird das Granulat 2 in einem Teilbereich des Füllraums 14 vorverdichtet, nämlich dem Fuß-/Bodenbereich 17 des Gegenstandes 3. Eine darüber hinausgehende Beaufschlagung der Preßmembran 26 erfolgt während dieses Vorverdichtungsschrittes nicht. Die sich in dem Granulat 2 befindende Luft wandert von dem Fuß-/Bodenbereich 17 in den Bordbereich 23 des Gegenstandes 3 und kann dort entweichen.
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Während des sich anschließenden Nachverdichtungsschrittes erfolgt wiederum die vollständige Ausformung des Gegenstandes 3. 7 zeigt die Situation während dieses Nachverdichtungsschrittes. Der Druckraum 13 zwischen der Wand 12 des Unterstempels 5 einerseits und der Preßmembran 26 andererseits ist mit einem unter Druck stehendem Fluid gefüllt, so daß die Preßmembran 26 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt ist und das Granulat 2 einseitig verdichtet. Dadurch wird ein an der Wand 15 des Oberstempels 4 anliegender Gegenstand 3 fertig ausgebildet.
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Je nach den gewählten Prozeßparametern ist es auch hier möglich, daß das unter Druck stehende Fluid auch in einen Raum zwischen der Stirnseite 29 des Kolbens 24, die an dieser Stelle die den Druckraum 13 begrenzenden Wand 12 des Unterstempels 5 bildet, einerseits und der Preßmembran 26 andererseits eindringt und den bereits vorverdichteten Fuß-/Bodenbereich 17 des Gegenstandes 3 weiter verdichtet. In 8 ist erneut das Öffnen des Preßwerkzeugs 1 dargestellt.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln. als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Preßwerkzeug
- 2
- Granulat
- 3
- Gegenstand
- 4
- Oberstempel
- 5
- Unterstempel
- 6
- Preßmembran
- 7
- Träger des Oberstempels
- 8
- Träger des Unterstempels
- 9
- Einschießvorrichtung
- 10
- Fluidleitung
- 11
- Fluidleitung
- 12
- Wand des Unterstempels
- 13
- Druckraum
- 14
- Füllraum
- 15
- Wand des Oberstempels
- 16
- Vorverdichtungsmembran
- 17
- Fuß-/Bodenbereich
- 18
- Vorverdichtungsteilstück der Vorverdichtungsmembran
- 19
- Vorderseite des Vorverdichtungsteilstücks
- 20
- Rückseite des Vorverdichtungsteilstücks
- 21
- Druckraum
- 22
- Teilwand des Unterstempels
- 23
- Bordbereich
- 24
- Kolben
- 25
- Anschlagfläche
- 26
- Preßmembran
- 27
- Kolbenführung
- 28
- Vorverdichtungsteilstück der Vorverdichtungsmembran
- 29
- Kolbenstirnseite
- 30
- Rückseite des Vorverdichtungsteilstücks
- 31
- Anschlag
- 32
- Membranklemmring
- 33
- Membranklemmring
- 34
- hinterer Teil
