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Die Erfindung betrifft ein Wechselsystem für Verschleissteile eines Baggerlöffels einer Erdbewegungsmaschine umfassend eine am Baggerlöffel befestigbare oder dort ausgebildete Trägerstruktur mit einem Vorsprung sowie einem Austauschteil mit taschenartigem Hohlraum, das mittels des Hohlraums lösbar auf die Trägerstruktur bzw. den dort ausgeprägten Vorsprung der Trägerstruktur aufsteckbar ist.
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Baggerlöffel von Erdbewegungsmaschinen sind während der Grabarbeiten extremen Belastungen durch das Grabgut ausgesetzt. Dies gilt umso mehr für Erdbewegungsmaschinen des Mining Betriebs, d. h. für den Tage- bzw. Bergbau. Die dort eingesetzten Löffel bestehen aus einer Grundstruktur aus Gussstahl, die an den verschleisskritischen Stellen mit tauschbaren Verschleißteilen als Schutz versehen sind, die dann nach einer gewissen Betriebsdauer erneuert werden können. Als Beispiel für solche Verschleissteile seien die Löffelzähne sowie Schutzschilde im Bereich der Schneidkante bzw. der Seitenwände des Löffels genannt. Auch können einzelne Adapter für die Zähne austauschbar gestaltet sein. Da diese Verschleissteile bei Bedarf getauscht werden, muss deren Befestigung am Grundträger lösbar gestaltet sein.
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Die oben beschriebenen Systeme sind im Markt als sogenannte Ground Engaging Tool (GET) bekannt. Prominent ist dabei die Ausgestaltung entsprechender Zahnadapter an der Lippe des Baggerlöffels, die zur Aufnahme der eigentlichen Zähne dienen. Die Fixierung der aufgesteckten Zähne am Adapter erfolgt mittels Steckbolzen, der entweder horizontal oder vertikal durch Adapter und Zahn gesteckt wird. Neben dem Adapter muss auch der verwendete Bolzen den auftretenden Belastungen standhalten, weshalb dieser relativ groß dimensioniert werden muss. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Größe des Bolzens eine entsprechend große Bolzenbohrung innerhalb des Zahns und auch des Adapters verlangt, wodurch es zu einer Schwächung der Adapterstruktur (bzw. des Zahns) kommen kann.
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Zudem unterliegen die Vertikal- oder Horizontalbolzen während des Betriebs Scherkräften, die generell zur Deformation des Bolzens führen können. Ein deformierter Bolzen erschwert jedoch die Auftrennung der Bolzenverbindung und damit den Austausch der Zähne. Kommt zur Bolzendeformation noch die Ansammlung des Schüttgutes sowie eine Verfestigung des angesammelten Drecks im Bereich der Bolzenverbindung hinzu, lässt sich der Bolzen unter Umständen nicht oder nur mit großem Aufwand entfernen.
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Ferner ist die Herstellung der vorgenannten Adapter und Zahnteile mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Bei der Herstellung von Zahnteilen und Adaptern als Gussteilen sind die Bohrungen ein kritischer Punkt beim Abkühlvorgang, da sie Wärme konzentrieren. Das kann zu Kühlrissen oder Schäden beim Gussvorgang am Sandkern führen. Löcher in den Strukturen induzieren zusätzlich Spannungskonzentrationen, die sich nachteilig auf die Ermüdungslebensdauer der Teile auswirken.
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Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Optimierung gattungsgemäßer Wechselsysteme für Verschleißteile eines Baggerlöffels, um die vorgenannten Nachteile überwinden zu können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wechselsystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Wechselsystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird also ein Wechselsystem für Verschleißteile eines Baggerlöffels einer Erdbewegungsmaschine, vornehmlich für Erdbewegungsmaschinen des Mining Betriebs. Derartige Wechselsysteme werden im Fachjargon auch als „ground engaging tools“ (GET) bezeichnet. Das Wechselsystem betrifft vorwiegend die Anordnung eines Löffelzahns an einem Adapter des Baggerlöffels. Die Erfindung soll jedoch keinesfalls auf eine solche Verbindung zwischen Adapter und Zahn beschränkt sein, sondern lässt sich problemlos auf die Anordnung von Zahnteilen unmittelbar an der Lippe des Baggerlöffels anwenden. Auch eignet sich die Erfindung für die Befestigung der Zahnadapter selbst an der Lippe des Baggerlöffels. Zuletzt lässt sich die Erfindung auch auf die Befestigung von sogenannten Schutzschilde (Abdeckungen) an der Lippe, insbesondere im Bereich zwischen den Zahnadaptern oder aber auf den Seitenwänden des Baggerlöffels anwenden. Stellvertretend für die unterschiedlichen Möglichkeiten wird nachfolgend stets von einer Trägerstruktur sowie einem daran lösbar befestigbaren Austauschteil gesprochen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für die Sicherung bzw. Fixierung des Austauschteils auf der Trägerstruktur wenigstens ein zusätzliches Verbindungsglied vorzusehen, das über einen ersten Verbindungsmechanismus mit der Trägerstruktur und einen weiteren zweiten Verbindungsmechanismus, dieser physikalisch getrennt vom ersten Verbindungsmechanismus ist, mit dem Austauschteil verbunden ist. Wenigstens einer der beiden Verbindungsmechanismen basiert auf einer lösbaren Verbindung um die Austauschfähigkeit des Austauschteils zu gewährleisten.
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Durch diese Maßnahme kann auf wesentliche, die Bauteilhaltbarkeit beeinträchtigende Modifikationen (wie Bohrungen) der Trägerstruktur bzw. des Austauschteils verzichtet werden. Stattdessen wird für die Verbindung zusätzliches Material in Form des Verbindungsgliedes verwendet. Die Verwirklichung unabhängiger Verschlussmechanismen für die Verbindung zwischen Verbindungsglied und Trägerstruktur einerseits sowie zwischen Austauschteil und Verbindungsglied andererseits macht das System zudem resistenter gegen auftretende Scherspannungen.
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Einer der Verbindungsmechanismen kann eine permanente Verbindung sein, beispielsweise in Form einer Schweiß- oder auch Klebeverbindung. Auch eine einstückige Ausführung eines Teils der zusammengefügten Elemente kann möglich sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sitzt einer dieser Verbindungsmechanismen umfangsseitig auf entweder der Trägerstruktur oder dem Austauschteil. Bevorzugt ist jedoch die umfangsseitige Befestigung auf der Trägerstruktur, da die Abmessungen der Trägerstruktur üblicherweise kleiner dimensioniert ist als die Abmessungen des auf den Vorsprung der Trägerstruktur aufgesteckten Austauschteils. Einer der Verbindungsmechanismen ist vorzugsweise klammerartig ausgestaltet, beispielsweise U-förmig wie eine Keilnut, eine Nut- und Zapfenverbindung oder eine Schwalbenschwanzverbindung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umgreift das Verbindungsglied die Trägerstruktur damit zumindest teilweise. Idealerweise entspricht der Umfang des auf der Trägerstruktur sitzenden Verbindungsgliedes ungefähr dem Umfang des Austauschteils im Verbindungsbereich, d.h. die Außenflächen von Verbindungsglied und Austauschteil sind annähernd bündig.
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Gemäß weiter bevorzugter Ausführungsform entwickelt der zweite Verbindungsmechanismus eine Zugkraft auf das Verbindungsglied, wodurch dieses vorzugsweise axial in Richtung des Austauschteils gezogen wird.
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Der erste Verbindungsmechanismus kann beispielsweise durch ein oder mehrere Längsnuten oder auch Vertikalnuten gebildet sein, in diese entsprechende Führungsvorsprünge des zu verbindenden Teils eingreifen. Idealerweise ist die Ausrichtung der Nuten entsprechend der Zugkraft des zweiten Verbindungsmechanismus gewählt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Trägerstruktur ein oder mehrere keilförmige Längsnuten aufweist, in diese ein oder mehrere keilartige Führungsvorsprünge des Verbindungsgliedes eingreifen. Durch die Ausführung als Längsnuten kann vorgesehen sein, dass hierdurch das Verbindungsglied in Längsrichtung auf dem Umfang der Trägerstruktur verschiebbar ist, insbesondere in Richtung des aufgesteckten Austauschteils. Aufgrund der keilförmigen Ausführung der Nuten ist die Nutbreite variabel, sodass sich diese idealerweise in Richtung des Austauschteils reduziert. Eine Axialverschiebung des Verbindungsgliedes in Richtung des Austauschteils führt damit zu einer Erhöhung des Kraftschlusses zwischen Nut und Führungsvorsprung.
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Alternativ kann ebenso vorgesehen sein, die Längsnuten stattdessen im Bereich des Verbindungsgliedes, insbesondere auf der Innenseite der Klammerform des Verbindungsgliedes auszuprägen. Entsprechende Führungsvorsprünge sind dann auf der Trägerstruktur vorgesehen. Auch hierbei gilt beispielsweise, dass die Nutbreite sich in Längsrichtung reduziert, sodass bei einer Axialbewegung des Verbindungsgliedes in Richtung des Austauschteils ein Formschluss zwischen Trägerstruktur und Verbindungsglied erreicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die vorgenannte Axialbewegung des Verbindungsgliedes durch den zweiten Verbindungsmechanismus zwischen Verbindungsglied und Austauschteil erzeugt. Die durch den Verbindungsmechanismus aufgebrachte Zugkraft führt zur Axialverschiebung des Verbindungsgliedes und damit zur Fixierung des ersten Verbindungsmechanismus.
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Als geeigneter zweiter Verbindungsmechanismus würde sich insbesondere eine Schraubverbindung zwischen Austauschteil und Verbindungsglied erweisen. Hierdurch lässt sich die Zugkraft kontinuierlich einstellen.
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Denkbar ist die Ausführung der Schraubverbindung mit einer Nachspanneinrichtung. Vorstellbar ist zu diesem Zweck die Einbringung wenigstens einer elastischen Komponente, bspw. eines Rings oder einer Scheibe im Bereich der Schraubverbindung, um dadurch Verformungen mittels der eingebrachten Elastizität kompensieren zu können.
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Von besonderem Vorteil ist es ebenso, wenn die Schraubverbindung zwischen Austauschteil und Verbindungsglied ein oder mehrere taschenartige Aussparungen an der Umfangsfläche des Austauschteils und/oder an der Oberfläche des Verbindungsgliedes aufweist. In solche Ausnehmungen lassen sich Bestandteile der Schraubverbindung, bspw. die Schraubmuttern oder Schraubenköpfe geschützt einbetten, was insbesondere deren Verschmutzung während der Erdarbeiten reduziert. Ferner wird verhindert, dass Bestandteile der Schraubverbindung störend in den Arbeitsbereich des Tieflöffels hineinragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsglied über wenigstens ein zusätzliches Sicherungselement an der Trägerstruktur und/oder dem Austauschteil gesichert ist. Dabei dient das besagte Sicherungselement weniger zur isostatischen Fixierung, sondern vielmehr als reine Sicherheitsvorkehrung für den Fall, dass der erste und/oder zweite Verbindungsmechanismus versagt. Das Sicherungselement soll in diesem Fall den Verlust des Verbindungsgliedes verhindern.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsglied, insbesondere wenn dieses auf dem Außenumfang der Trägerstruktur bzw. des Anschlussteils angeordnet ist, zusätzlich als Verschleißschutz für die Trägerstruktur dient.
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Neben dem erfindungsgemäßen Wechselsystem betrifft die vorliegende Erfindung einen Baggerlöffel für eine Erdbewegungsmaschine, insbesondere für eine Erdbewegungsmaschine des Mining-Betriebs, mit wenigstens einem Wechselsystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Auf weitere Vorteile und Einzelheiten bezüglich des Baggerlöffels kann daher verzichtet werden, da diese vollumfänglich den vorstehenden Ausführungen zum Wechselsystem entsprechen.
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Daneben betrifft die Erfindung ebenso eine Erdbewegungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Baggerlöffel. Auf weitere Ausführungen kann daher ebenfalls verzichtet werden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele aufgezeigt werden, die in den einzelnen Figuren dargestellt sind. Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Baggerlöffels inklusive einer Detailansicht auf die Lippe des Baggerlöffels,
- 2: eine schematische Ansicht der Trägerstruktur nebst Austauschteil in Form eines Löffelzahns,
- 3: eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Wechselsystem inklusive des neuartigen Verbindungsgliedes,
- 4: das Wechselsystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 5: das Wechselsystem gemäß einer zweiten Ausführung,
- 6: eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Wechselsystem,
- 7-9: diverse Modifikationen des Ausführungsbeispiels gemäß 6.
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1 gibt einen kurzen Überblick über die konstruktive Ausgestaltung eines Baggerlöffels für Erdbewegungsmaschinen des Mining Equipments. Die Darstellung zeigt den Löffel in perspektivischer Seitenansicht sowie eine Detailaufnahme der Schneidkante des Löffels. Der gezeigte Baggerlöffel besteht im Wesentlichen aus einer Grundplatte 6 mit daran angeordneten Seitenplatten 7. An der Vorderkante der Bodenplatte 6 befindet sich eine Lippe 1, die die Schneidplatte des Baggerlöffels darstellt. An dieser Lippe 1 sind eine Vielzahl von Zwischenadaptern 2 montiert, diese ebenfalls lösbar mit der Lippe 1 verbunden sein können. Die Adapter 2 dienen zur Aufnahme der eigentlichen Löffelzähne 3. Zwischen den Zähnen 3 können Schutzschilde 4 als Verschleißschutz montiert sein. Gleiches kann für die Stirnkanten der Seitenplatten 7 verwirklicht sein, auf diese entsprechende Verschleißschutzelemente 5 aufgebracht werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung geht es um die Befestigung der einzelnen Bauteile 2 bis 5 am Baggerlöffel. Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Mechanismus vornehmlich anhand der Befestigung der Löffelzähne 3 an den Zwischenadaptern 2 aufgezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass sich die erfindungsgemäße Idee ebenfalls zur Befestigung der Adapter 2 an der Lippe 1 eignet als auch zur unmittelbaren Befestigung etwaiger Zähne 3 an der Lippe 1. Genauso gut kann der Verbindungsmechanismus auch für die Anbringung der Schutzschilde 4 an der Lippe 1 als auch der Schutzschilde 5 an den Seitenplatten 7 des Löffels eingesetzt werden.
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2 zeigt nunmehr das Prinzip eines solchen Systems bestehend aus dem Adapter 2 und einem darauf aufsteckbaren Zahn 3. Der Adapter 2 bildet eine Trägerstruktur mit einem entsprechenden Vorsprung 2a zur Aufnahme des Zahns 3. Der Zahn 3 weist einen entsprechenden taschenförmigen Hohlraum 3a auf, der in etwa dem Volumen des Vorsprungs 2a des Trägerteils 2 entspricht. In der rechten Darstellung der 2 ist der Zahn 3 zumindest teilweise auf den Vorsprung 2a der Trägerstruktur 2 aufgesteckt.
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Der Zahn 3 ist ein Verschleißteil, das von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden muss. Daher ist eine lösbare Verbindung zwischen den beiden Komponenten 2, 3 zwingend notwendig, was gemäß der vorliegenden Erfindung mithilfe einer zusätzlichen Komponente in Form des Verbindungsgliedes 10 realisiert. Wie im Ausführungsbeispiel der 3 gezeigt wird dieses umfangsseitig auf der Oberfläche des Adapters 2 aufgebracht und über eine erste Verbindungsstelle 11 mit dem Adapter 2 fest verbunden. Eine zweite, davon physikalisch separierte Verbindungsstelle 12 wird zwischen dem Verbindungsglied 10 und dem Zahn 3 geschaffen. Durch diese Maßnahme, insbesondere den Einsatz eines zusätzlichen Verbindungsglieds 10, welches über zwei separierte Verbindungsstellen 11, 12 mit den jeweiligen Komponenten 2, 3 verbunden wird, können die Nachteile des Standes der Technik weitreichend ausgeräumt werden. Insbesondere kann die Form der Trägerstruktur 2, d.h. des Adapters ideal gehalten werden, da die Struktur des Trägers 2 schwächende Bohrungen nicht mehr notwendig sind. Gleiches gilt natürlich für die Ausgestaltung des Zahns 3.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel lässt sich der 4 entnehmen, die links eine Seitenansicht der Schnittstelle zwischen Zahn 3 und Adapter 2 zeigt und rechts einen Schnitt entlang der Achse X-X abbildet. In dieser Ausführung ist das Verbindungsglied 10 als eine Art Klammer ausgestaltet, die auf der Oberseite des Adapters 2 aufgesetzt ist und dessen Seitenwände zumindest teilweise umklammert.
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Innen an den Seitenwänden des Verbindungsglieds 10 sind Längsnuten 13 ausgeprägt, die sich in Montagposition auf dem Adapter 2 in Axialrichtung des Zahns 3 erstrecken. Die Nutbreite der Längsnuten 13 nimmt in Richtung des Zahns 3 zu. Die gegenüberliegenden Seitenflächen des Adapters 2 sind mit komplementären Führungsvorsprünge 15 ausgestaltet, die sich ebenfalls in axialer Richtung des Zahns erstrecken und deren Breite in Richtung des Zahns 3 ebenfalls zunimmt. Zur Montage wird das Verbindungsglied 10 auf den Adapter 2 aufgesetzt und dort in Axialrichtung in Richtung des Zahns 3 verschoben. Durch die etwas geringere Nutbreite gegenüber der Breite des Führungsvorsprungs 14 kommt es zum Kraftschluss zwischen Adapter 2 und Verbindungsglied 10 je näher letzteres in Richtung des Zahns 3 verschoben wird.
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Die Verbindung zwischen dem Zahn 3 und dem Verbindungsglied 10 wird durch einen weiteren unabhängigen Verbindungsmechanismus hergestellt. Dieser bewirkt eine Zugkraft auf das Verbindungsglied 10, wodurch dieses in Axialrichtung in Richtung des Zahns 3 gezogen wird.
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Die Anordnung und Ausprägung der Führungsvorsprünge bzw. Längsnuten kann auch leicht modifiziert sein. Gemäß 5 sind hier Nuten 13 in den Seitenbereichen des Adapters 2 ausgeprägt, während an der Innenseite der Seitenwände des Verbindungsliedes 10 passende Führungsvorsprünge 14 vorgesehen sind. Anders als im Ausführungsbeispiel der 4 laufen hier die Nut bzw. Führungsvorsprünge in axialer Richtung zum Zahn 3 zusammen, d.h. die Breite der Nut 13 bzw. der Führungsvorsprünge 14 nimmt in Richtung des Zahns ab. Die Montage des Verbindungsgliedes 10 erfolgt aber analog zur Ausführung gemäß 4.
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Der Verbindungsmechanismus zwischen Verbindungsglied 10 und Zahn 3 kann, wie in 6 dargestellt, als Schraubverbindung 15 ausgeführt sein. Durch das Anziehen der Schraubverbindung 15 wird eine Zugkraft auf das Verbindungsglied 10 aufgebracht, sodass dieses axial in Richtung des Zahnteils 3 gezogen wird.
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Ersichtlich ist am Ausführungsbeispiel der 6 ebenfalls, dass die einzelnen Bestandteile der Schraubverbindung in entsprechenden Ausnehmungen 16 auf dem Außendurchmesser des Verbindungsgliedes 10 als auch des Zahnteils 3 eingebettet liegen. Dadurch ragen diese nicht in den Arbeitsraum des Löffels hinein und werden zudem etwas vor dem aufgenommenen Schüttgut geschützt.
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Geringfüge Modifikationen zur Ausführung der 6 zeigen die 7 bis 9, bei diesen die Schraubverbindung mit einer zusätzlichen Nachspanneinrichtung ausgeführt ist. Gemäß 7 kommen hier einfache elastische Scheiben 17 zum Einsatz, die zwischen Gewinde und Schraubkopf angeordnet sind und durch deren Elastizität etwaige Verformungen ausgeglichen werden können. Im Ausführungsbeispiel der 8 werden zusätzliche Taschen 18 im Verbindungsglied für die Platzierung der Scheiben 17 geschaffen. Im Beispiel der 9 kommt zusätzlich ein elastischer Ring 19 zum Einsatz.
