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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen, aufweisend einen Senkstempel in Form eines Stahlträgers, mindestens eine Leitung zum Führen von flüssigem Beton oder einer Zementsuspension/Bindemittelsuspension, mindestens eine bewegliche Förderklappe, die sich beim Abtrieb des Senkstempels durch das stationäre Erdreich öffnet und beim Heben des Senkstempels durch das stationäre Erdreich verschließt und somit das Erdreich mitnimmt.
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Zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen, die als Stütze für ein Fundament eines Gebäudes dienen, ist es bekannt, mit einem Schneckenbohrer ein Loch ins Erdreich zu bringen und beim Herausziehen des Schneckenbohrers das freiwerdende Volumen mit Beton zu füllen. Des Weiteren ist es bekannt, Ortbetonpfähle als Verdrängungspfähle ins Erdreich zu rammen. Beim Bohren mit einem Schneckenbohrer ist es notwendig, das Bohrloch zu stabilisieren. Dies geschieht durch eine Verrohrung oder durch Aufrechterhalten eines Flüssigkeitsdruck im Bohrloch, damit das Bohrloch nicht durch den Druck des umgebenden Erdreiches kollabiert.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 41 37 541 A1 wird ein alternatives Verfahren zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen offenbart. In der
DE 41 37 541 A1 wird davon ausgegangen, dass ein Doppel-T-Träger durch einen Rüttler so tief ins Erdreich verbracht wird, wie der spätere Ortbetonpfahl später ins Erdreich reichen soll. Das im Verhältnis zum Hüllvolumen des Doppel-T-Trägers vergleichbare tatsächliche Volumen ermöglicht ein Einbringen des Doppel-T-Trägers ins Erdreich unter nur geringfügiger Verdichtung des umgebenden Erdreiches. Beim späteren Herausziehen des Doppel-T-Trägers wird unter den Doppel-T-Träger Beton verpumpt. Des Weiteren sind Förderklappen zwischen den Gurten des Doppel-T-Trägers angeordnet, die sich beim Herausziehen dem darüber liegenden Erdreich entgegenstellen und damit das darüber liegende Erdreich mitnehmen. Das dort gelehrte Verfahren hat den Vorteil, dass es keiner Bohrlochstabilisierung bedarf und daher ist das Verfahren schnell und einfach durchführbar.
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Nachteilig an dem dort gelehrten Verfahren ist, dass sich mit zunehmender Tiefe die Oberfläche des im Erdreich befindlichen Doppel-T-Trägers vergrößert und somit die notwendige Rüttelenergie überproportional zur Tiefe des Ortbetonpfahles zunimmt. Je nach Eigenschaften des Erdreichs hat das Einrütteln eines Doppel-T-Trägers Grenzen. Bei unmittelbar umliegender Architektur kann die beim Einrütteln ins Erdreich verbrachte Rüttelenergie Fundamente der umliegenden Architektur beeinträchtigen.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist es, das Einbringen des Doppel-T-Trägers mit weniger Rüttelenergie zu ermöglichen.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
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Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass am Fuße des Senkstempels ein Schneidwerkzeug angeordnet ist, das einen größeren mittleren Durchmesser aufweist als der mittlere Durchmesser des Profils des Senkstempels. Zum Einen lässt sich dadurch beispielsweise mit einem Doppel-T-Träger als Senkstempel arbeiten, der eine wesentlich kleinere Oberfläche pro laufendem Meter aufweist als es einem Werkzeug entspricht, dessen Schneidwerkzeug und Senkstempel den gleichen mittleren Durchmesser haben. Die Reibung zwischen dem stationären Erdreich und dem hier beispielsweise angenommenen Doppel-T-Träger wird dadurch geringer, womit weniger Rüttelenergie zum Einbringen des Werkzeugs ins Erdreich notwendig ist. Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass die notwenige Rüttelenergie sogar deutlich geringer ist als die Abnahme der Oberfläche des Werkzeugs es vermuten lässt. Es wird im Rahmen dieser Anmeldung vermutet, dass der Schnitt ins Erdreich mit einer größeren mittleren Durchmesser als es dem mittleren Durchmesser des Senkstempels entspricht dazu führt, dass sich zwischen dem Senkstempel und dem noch befestigten Erdreich eine Zone mobilisierten Erdreiches ausbildet, die einerseits das befestigte Erdreich stützt, aber andererseits als mobilisierte Schicht wie ein Schmiermittel den Senkstempel gegenüber dem befestigten Erdreich schmiert.
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In bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges ist vorgesehen, dass das mindestens eine bewegliche Förderklappe zwischen Schneidwerkzeug und dem Stahlträger angeordnet ist. Je nach Anordnung der Förderklappe wird durch das Werkzeug ein Volumen aufgespannt, welches dem Produkt der Tiefe des Werkzeuges im Erdreich und Profil des Schneidwerkzeuges oder entspricht, oder welches aufgespannt ist durch das Produkt aus der Tiefe des Werkzeuges im Erdreich und Profil des Senkstempels in das Erdreich, wobei dieses Volumen beim Herausziehen des Werkzeuges mit Beton oder je nach erwünschter oder notwendiger Verfestigung des Erdreiches mit einer Zementsuspension/Bindemittelsuspension aufgefüllt wird.
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In weiterer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges ist vorgesehen, dass mindestens eine bewegliche Förderklappe zwischen zwei Gurten und dem Steg des Stahlträgers angeordnet ist. Sind sowohl zwischen den Gurten eines Doppel-T-Trägers als Senkstempel und auch zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Doppel-T-Träger Förderklappen angeordnet, so wird das mobilisierte Erdreich aus dem eingerüttelten Bohrloch quantitativ herausgezogen, wobei die Wandung des noch befestigten Erdreichs nicht aufreißt. Auf diese Weise wird verhindert, dass bei einem wenig verdichteten Erdreich der Durchmesser des Bohrloches beim Herausziehen des Werkzeuges sich nach oben zum Erdboden hin vergrößert und so kein konisches Bohrloch entsteht.
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In weiterer Ausführungsform des Werkzeuges kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine bewegliche Förderklappe am Stahlträger angelenkt ist. Hierdurch lässt sich ein Scharnier mit größerer Stabilität aufbauen im Vergleich zu einem Scharnier mit einer Scharnierachse, die am Rand der Gurte angeordnet ist.
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Das Profil des Schneidwerkzeuges kann offen oder geschlossen sein. Ein offenes Profil hat eine Unterbrechung, ein geschlossenes Profil des Schneidwerkzeuges ist umlaufend und ohne Unterbrechung ausgestaltet. Für stark verdichtete Erdreiche oder für ein kiesreiches Erdreich erzeugt das geschlossene Profil des Schneidwerkzeuges eine höhere Stabilität gegenüber Verformung, die beim Aufprall auf einen größeren Stein oder einen Findling entstehen kann.
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Die Leitung zum Einfüllen von Beton oder einer Zementsuspension/Bindemittelsuspension kann als Leitung im Steg des Senkstempels vorgesehen sein, so dass diese Leitung Teil des Steges darstellt. Um zu vermeiden, dass sich die Leitung während des Einrüttelns mit Erdreich füllt, kann vorgesehen sein, dass die Leitung zum Führen von flüssigem Beton oder einer Zementsuspension/Bindemittelsuspension am Fuße des Senkstempels ein Rückschlagventil aufweist, welches sich durch entgegenlaufendes oder stationäres Erdreich beim Einrütteln verschließt.
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Um die dem stationären Erdreich ausgesetzte Oberfläche möglichst gering zu halten, ist in bevorzugter Ausführungsform des Werkzeuges vorgesehen, dass die Höhe des Schneidwerkzeuges weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5% der Höhe des Senkstempels im Erdreich beträgt. Besonders bevorzugt ist eine Höhe des Schneidwerkzeuges zwischen 10 cm, und 50 cm für eine übliche Tiefe von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen zwischen 5 m und 25 m und einem üblichen Durchmesser der Ortbetonpfähle zwischen 30 cm und 1 m.
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Um das Einrütteln bei einem sehr inhomogenen Erdreich, das mit Holz oder Steinen durchsetzt ist, zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass das Schneidwerkzeug an der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch nach unten ins Erdreich weisenden Kante eine Zahnung aufweist. Hierzu kann das Schneidwerkzeug auch aus einem besonders gehärteten Stahl bestehen, wie V2A oder Widia-Stahl. Hingegen kann der Senkstempel, hier beispielsweise ein Doppel-Träger aus einem weicheren Bewehrungsstahl bestehen, der üblicherweise zum Bewehren von Beton verwendet wird.
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Um das Werkzeug ins Erdreich zu verbringen, hat der Senkstempel am Kopf, der aus dem Erdreich herausragt, in bevorzugter Weise eine Aufnahme für einen pneumatischen oder hydraulischen Rüttler. Der Rüttler bringt eine Vibration des Werkzeuges in vertikale Richtung auf das Werkzeug, wobei das Rütteln auch eine Rotationskomponente aufweisen kann.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Skizze, die das Einbringen eines Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK zum Erstellen eines Ortbetonpfahles darstellt,
- 2.1 eine erste Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK,
- 2.2 eine zweite Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK,
- 2.3 eine dritte Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK,
- 3 eine Skizze, die das Herausziehen eines Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK zum Erstellen eines Ortbetonpfahles zeigt,
- 4.1 einen Querschnitt durch das Schneidwerkzeug des erfindungsgemäßen Werkzeuges zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen,
- 4.2 einen Längsschnitt durch das Schneidwerkzeug des erfindungsgemäßen Werkzeuges zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen gemäß der Schnittlinie A-A in 4.1, wobei das Werkzeug ins Erdreich eingerüttelt wird,
- 4.3 einen Längsschnitt durch das Schneidwerkzeug des erfindungsgemäßen Werkzeuges zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen gemäß der Schnittlinie A-A in 4.1, wobei das Werkzeug aus dem Erdreich herausgezogen wird,
- 5 eine perspektivische Ansicht auf den Fuß des erfindungsgemäßen Werkzeuges,
- 6 eine Skizze zur vermuteten Wirkung des erfindungsgemäßen Werkzeuges.
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In 1 ist eine Skizze, die das Einbringen eines Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK zum Erstellen eines Ortbetonpfahles gezeigt.
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2.1 stellt eine erste Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK dar. Ein durch eine Silhouette dargestellter Bagger (ohne Bezugszeichen) hält einen Senkstempel 110, der mit einem Rüttler R ins Erdreich E gerüttelt wird. In der Zeichnung ist durch Schlangenlinien dargestellt, wie sich die Rüttelenergie in das Erdreich verteilt. Das Profil und die Wirkungsweise sind in den nächsten Figuren näher erläutert.
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2.2 stellt eine zweite Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK dar, wobei hier ein Querschnitt durch ein Bohrloch gezeigt ist. Im hier quadratischen Bohrloch im Erdreich E befindet sich ein Doppel-T-Träger als Senkstempel, wobei der Doppel-T-Träger aus einem Steg 122 und zwei Gurten 121 besteht. Zwischen den Gurten 121 befindet sich aufgewühltes Erdreich E, das hier zur Unterscheidung vom befestigten Erdreich punktiert dargestellt ist. Beim Einrütteln in das Erdreich E befinden sich Förderklappen 140 in einer vertikalen Stellung, in der diese dem Erdreich möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Dabei sammelt sich das aufgewühlte Erdreich zwischen den Gurten 121.
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2.3 stellt eine dritte Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK dar. Das Einsenken aus 2.1 ist hier in einer Seitenansicht als Längsschnitt durch das Bohrloch gezeigt. Beim Einsenken stellen sich die Förderklappen in vertikale Richtung.
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3 zeigt schließlich eine Skizze, die das Herausziehen eines Werkzeuges aus dem STAND DER TECHNIK zum Erstellen eines Ortbetonpfahles darstellt. In dieser Darstellung, ist gezeigt, wie das gesamte Werkzeug aus dem Erdreich herausgezogen wird. Beim Herausziehen des Werkzeuges legen sich die Förderklappen 140 (2.1 bis 2.3) um und auf ihnen steht das aufgewühlte Erdreich E, das zwischen den Gurten liegt, wobei die Förderklappen 140 das Erdreich E beim Herausziehen des Werkzeuges aus dem Bohrloch herausheben. Dadurch bildet sich ein Aushubhügel in unmittelbarer Nähe zum Bohrloch, das hier an der Bohrlochmündung auf der Oberfläche des Erdreiches E gezeigt ist. Beim Herausziehen des Werkzeuges 100 wird durch die Leitung 130 Beton gepumpt, der das beim Herausziehen freiwerdende Volumen ausfüllt. Durch das unmittelbare Verfüllen beim Herausziehen wird das Bohrloch stabilisiert, so dass es nicht in sich zusammenfällt. Der im Bohrloch verbleibende Beton oder die Zementsuspension/Bindemittelsuspension härtet aus und bildet sich einen Ortbetonpfahl / einen Pfahl aus durch die Zementsuspension/Bindemittelsuspension verhärteten Erdreiches, der zum Sichern und Stützen eines Fundaments genutzt werden kann.
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4.1 stellt einen Querschnitt durch das Schneidwerkzeug 200 des erfindungsgemäßen Werkzeuges 100 zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen dar. Das Schneidwerkzeug 200 hat im Profil P einen größeren mittleren Durchmesser als ein Senkstempel 110, der hier als Doppel-Träger aus zwei Gurten 121 und einem Steg 122 besteht. Im Steg 122 ist eine Leitung für Beton oder für eine Zementsuspension/Bindemittelsuspension vorhanden, durch die der Beton B oder die Zementsuspension/Bindemittelsuspension beim Herausziehen des Werkzeuges 100 aus dem Bohrloch gepumpt wird. Zwischen den Gurten 121 und zwischen dem Senkstempel 110 und dem Schneidwerkzeug 200 befinden sich Förderklappen 140, die sich beim Einrütteln des Werkzeuges 100 aufrecht stellen und dem stationären Erdreich E möglichst wenig Widerstand bieten, jedoch beim Herausziehen des Werkzeuges 100 aus dem Bohrloch umklappen und dadurch das darüber befindliche Erdreich E nach oben stützen. Beim Herausziehen des Werkzeuges wird dadurch das darüber liegende Erdreich E nach oben gefördert.
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In 4.2 ist ein Längsschnitt durch das Schneidwerkzeug 200 des erfindungsgemäßen Werkzeuges 100 zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen gemäß der Schnittlinie A-A in 4.1 gezeigt, wobei das Werkzeug ins Erdreich eingerüttelt wird. Beim hier durch den mittleren Pfeil unter der Kante 201 des Werkzeuges 200 dargestellten Absenken des Werkzeuges 100 durch Einrütteln verschließt sich ein Rückschlagventil in der Leitung 130 für Beton B oder eine Zementsuspension/Bindemittelsuspension. Die beiden mit E für Erdreich stehenden Pfeile demonstrieren, wie das stationäre Erdreich E durch das Schneidwerkzeug 200 hindurchgleitet und dabei die Förderklappen 140 in eine vertikale Stellung treibt.
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In 4.3 ist hingegen ein Längsschnitt durch das Schneidwerkzeug 200 des erfindungsgemäßen Werkzeuges zur Erstellung von Ortbetonpfählen oder Bodenverbesserungspfählen gemäß der Schnittlinie A-A in 4.1 dargestellt, wobei das Werkzeug aus dem Erdreich E herausgezogen wird. Das Herausziehen ist durch den mittleren Pfeil oberhalb des hier dargestellten Werkzeugteils gezeigt. Das durch verformte Pfeile dargestellte Erdreich E stößt gegen die sich nun quer stellenden Förderklappen 140, wodurch das Erdreich E mit dem Werkzeug 100 nach oben geschoben wird. Beim Anheben des Werkzeuges 100 wird das Rückschlagventil 131 geöffnet, wodurch Beton B oder eine Zementsuspension/Bindemittelsuspension austritt und das zurückgelassen Volumen ausfüllt.
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In 5 ist eine perspektivische Ansicht auf den Fuß 150 des erfindungsgemä-ßen Werkzeuges gezeigt. Hier ist gezeigt, dass Förderklappen 140 sowohl zwischen den Gurten 121 als auch zwischen dem Schneidwerkzeug 200 und dem Senkstempel 110 angeordnet sind. Beim Einsatz hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Förderklappen 140 zwischen den Gurten in der Verschlussstellung eine horizontale Ausrichtung haben, bzw. senkrecht zur Werkzeugachse ausgerichtet sind. Hingegen ist es vorteilhaft, wenn die Förderklappen zwischen dem Senkstempel und dem Schneidwerkzeug 200 eine schräge Ausrichtung, bzw. eine nicht zur Werkzeugachse senkrechte Ausrichtung haben. Durch die unterschiedliche Stellung der verschiedenen Förderklappen 140 wird Erdreich, das sich zwischen den Gurten befindet, beim herausziehen des Werkzeuges aus dem Erdreiche E quantitativ gefördert. Hingegen bietet die zur Werkzeugachse schräge Ausrichtung der Förderklappen 140, die zwischen dem Senkstempel und dem Schneidwerkzeug angeordnet sind, eine erwünschte Abrutschkante, welche darauf liegendes Erdreich mit einer Horizontalkomponente bzw. mit einer Komponente senkrecht zur Werkzeugachse gegen die Borlochwand drückt und so beim Herausziehen des Werkzeuges die Bohrlochwand verdichtet und stabilisiert. Die schräge Stellung der Förderklappen erleichtert das Herausziehen. Da das Werkzeug nicht nur senkrecht zur Ebene der lokalen Erdoberfläche ins Erdreich eingerüttelt werden kann, sondern auch bewusst unter einem Winkel zur Ebene der lokalen Erdoberfläche ins Erdreich verbracht werden kann, ist die Definition der Stellung der Förderklappen im Verschlusszustand anhand der Werkzeugachse notwendig bei schräger Einsenkung ins Erdreich. Hingegen ist bei vertikaler Einbringung des Werkzeugs, nämlich senkrecht zur Ebene der lokalen Erdoberfläche die Definition mit dem Horizontalbegriff zielführend. Die untere Kante 201 des Schneidwerkzeuges 200 kann glatt und eben sein. Es ist aber auch möglich, dass die untere Kante 201 des Werkzeuges 200 eine grobe Zahnung aufweist, wie dies unterhalb der perspektivischen Darstellung angedeutet ist. Die grobe Zahnung der Kante 201 kann im Erdreich E vorhandenes Holz brechen oder aber behilflich sein, Steine und Kies zu rütteln, so dass diese beim Einrütteln des gesamten Werkzeuges nicht im Wege stehen.
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6 zeigt schließlich eine Skizze zur vermuteten Wirkung des erfindungsgemäßen Werkzeuges 100. Dadurch, dass der mittlere Durchmesser DS des Schneidwerkzeuges 200 größer ist als der mittlere Durchmesser DT des Senkstempels 110 bildet sich eine mobilisierte Schicht von Erdreich E, das hier durch die Kreispfeile als in Bewegung dargestellt ist. Es wird im Rahmen dieser Anmeldung vermutet, dass diese mobilisierte Schicht von Erdreich E wie ein Schmiermittel oder wie eine fluidisierte / mobilisierte Schicht zwischen dem stationären Erdreich E und der Oberfläche des Werkzeuges 100 wirkt und dadurch die Abtriebsenergie beim Einrütteln erheblich verringert.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 100
- Werkzeug
- 110
- Senkstempel
- 115
- Kopf (Senkstempel)
- 116
- Aufnahme
- 120
- Stahlträger
- 121
- Gurt
- 122
- Steg
- 130
- Leitung
- 131
- Rückschlagventil
- 140
- Förderklappe
- 141
- Scharnier
- 150
- Fuß (Senkstempel)
- 200
- Schneidwerkzeug
- 201
- Kante
- B
- Beton, Zement-/Bindemittelsuspension
- E
- Erdreich
- DS
- Durchmesser
- DT
- Durchmesser
- P
- Profil
- R
- Rüttler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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