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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kegelrads, mit den Verfahrensschritten: Spanabhebende Weichbearbeitung eines Kegelrads, wobei Zähne des Kegelrads mittels eines Kegelradwerkzeugs hergestellt werden, wobei das Kegelradwerkzeug ein Stabmesserkopf mit einem Grundkörper und in dem Grundkörper lösbar gehaltenen Stabmessern ist und wobei die Stabmesser eine vorgegebene Schneidengeometrie aufweisen; Härten des Kegelrads und spanabhebende Hartbearbeitung des Kegelrads.
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Die traditionelle Vorgehensweise zum Herstellen von Kegelrädern bzw. von Zahnrädern im Allgemeinen besteht im Wesentlichen aus der Weichbearbeitung mit einem Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide, d.h. dem Verzahnungsfräsen, und aus einer Hartbearbeitung bzw. Hartfeinbearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide, d.h. dem Verzahnungsschleifen. Dieser bewährte und weit verbreitet Ansatz eignet sich hervorragend für die industrielle Serienfertigung hoher Stückzahlen, wobei eine hohe Genauigkeit zuverlässig erreicht werden kann. Weiter sind Hartbearbeitungsverfahren mit speziellen Hartfräswerkzeugen bekannt, wie z.B. Zyklo-Palloid, HPG und HPG-S oder die Hartfeinbearbeitung durch Läppen.
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Die voranstehend beschriebene Vorgehensweise des Weichfräsens mit anschließender Schleifbearbeitung im gehärteten Zustand setzt jedoch große Investitionen voraus, wobei sowohl für das Verzahnungsfräsen als auch für das Verzahnungsschleifen üblicherweise jeweils spezifische Werkzeugmaschinen und Werkzeuge bereitgestellt werden müssen. Für kleine Serien bzw. Losgrößen ist dieses Vorgehen daher ggf. nicht wirtschaftlich.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kegelrads anzugeben, das eine effiziente und kostengünstige Fertigung von Kegelrädern ermöglicht.
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Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit den mit den Verfahrensschritten: Spanabhebende Weichbearbeitung eines Kegelrads, wobei Zähne des Kegelrads mittels eines Kegelradwerkzeugs hergestellt werden, wobei das Kegelradwerkzeug ein Stabmesserkopf mit einem Grundkörper und in dem Grundkörper lösbar gehaltenen Stabmessern ist und wobei die Stabmesser eine vorgegebene Schneidengeometrie aufweisen; Härten des Kegelrads; und Spanabhebende Hartbearbeitung des Kegelrads. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung des Kegelrads mit dem gleichen Kegelradwerkzeug erfolgen und dass für die Weichbearbeitung und für die Hartbearbeitung die gleiche Schneidengeometrie der Stabmesser verwendet wird.
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Die Bearbeitung erfolgt daher sowohl im weichen als auch dem harten Zustand mit dem gleichen Kegelradwerkzeug - und zwar durch Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide. Es muss daher lediglich eine Werkzeugauslegung zum Bereitstellen des Kegelradwerkzeugs sowohl für die Weichbearbeitung als auch für die Hartbearbeitung erfolgen. Weiter kann ein und dieselbe Werkzeugmaschine sowohl zur Weichbearbeitung als auch zur Hartbearbeitung verwendet werden. Es ist daher insbesondere keine separate Verzahnungsschleifmaschine mit den entsprechenden Schleifwerkzeugen erforderlich. So können auch kleine Losgrößen effizient und kostengünstig gefertigt werden.
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Die Begriffe „Schneidengeometrie“ und „Werkzeugprofil“ werden im vorliegenden Text synonym verwendet.
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Die Stabmesser können lösbar und austauschbar in Messerschächten des Kegelradwerkzeugs gehalten sein.
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Die Stabmesser können beispielsweise aus Hochleistungsschnellstahl (HSS) oder Hartmetall (HM) bestehen.
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Die Stabmesser können beschichtet sein, z.B. mit einer CVD- oder PVD-Beschichtung.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung des Kegelrads mit demselben Kegelradwerkzeug erfolgen. So kann ein einzelnes Kegelradwerkzeug sowohl zur Weichbearbeitung als auch zur Hartbearbeitung dienen. Das Kegelrad kann daher kostengünstig mittels eines einzelnen Kegelradwerkzeugs bearbeitet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Weichbearbeitung im Completing-Verfahren oder im Semi-Completing Verfahren erfolgt und dass die Hartbearbeitung im Semi-Completing Verfahren erfolgt.
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„Completing" bedeutet, dass das Werkzeugprofil der Stabmesser dem Lückenprofil am Kegelrad entspricht, so dass eine entsprechende Lücke in einer Zustellung fertigbearbeitet werden kann. Die Breite des Werkzeugprofils entspricht daher der Lückenweite der zu fertigenden Zahnlücke. Die konkave und die konvexe Flanke werden somit gleichzeitig bearbeitet. Das Schneidenprofil kann dabei an vollschneidenden Stabmessern gebildet sein, wobei jedes Stabmesser sowohl die konkaven als auch die konvexen Flanken bearbeitet. Alternativ kann das Schneidenprofil auf Innenschneider und Außenschneider aufgeteilt sein, so dass Innenschneider Stabmesser sind, die die konvexen Flanken bearbeiten und Außenschneider Stabmesser sind, die die konkaven Flanken bearbeiten.
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„Semi-Completing" bedeutet, dass die herzustellende Lückenweite größer ist als die Breite des Werkzeugprofils. Die konkaven und die konvexen Flanken werden daher in zwei Zustellungen bearbeitet. Wiederum können vollschneidende Messer oder Innen- und Außenschneider eingesetzt werden.
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Die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung können wälzend erfolgen. Auf diese Weise ist die Belastung der Schneiden der Stabmesser im Vergleich zum Tauchverfahren geringer, da kürzere Späne erzeugt werden und die Winkel der Spanbildung insgesamt günstiger sind. Beim wälzenden Bearbeiten eines Kegelrads bildet das Werkzeug einen Zahn eines virtuellen Erzeugerrads ab, ähnlich dem Zahnstangenbezugsprofil beim Wälzfräsen, wobei das Werkzeug während der spanabhebenden Bearbeitung um die Wälzwiege geschwenkt wird. Dabei wälzt das Werkzeug für jede Lücke von der Ferse bis zur Zehe durch oder umgekehrt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Zahnfuß eines jeweiligen Zahns des Kegelrads während der Hartbearbeitung nicht bearbeitet wird, wobei ein den Zahnfuß begrenzender, durch die Weichbearbeitung erzeugter Lückengrund während der Hartbearbeitung nicht zerspant wird. Auf diese Weise kann die Belastung der Kopfschneiden der Stabmesser während der Hartbearbeitung reduziert werden. Auf diese Weise kann die Belastung der Kopfschneiden der Stabmesser während der Hartbearbeitung reduziert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Zahnfuß eines jeweiligen Zahns des Kegelrads während der Hartbearbeitung bearbeitet wird, wobei ein den Zahnfuß begrenzender, durch die Weichbearbeitung erzeugter Lückengrund während der Hartbearbeitung zerspant wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Weichbearbeitung im Completing-Verfahren erfolgt und dass die Hartbearbeitung im Completing-Verfahren erfolgt.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Zahnfuß eines jeweiligen Zahns des Kegelrads während der Hartbearbeitung bearbeitet wird, wobei ein den Zahnfuß begrenzender, durch die Weichbearbeitung erzeugter Lückengrund während der Hartbearbeitung zerspant wird und wobei beim Weichbearbeiten ein vorgegebenes Aufmaß für die anschließende Hartbearbeitung sowohl im Bereich der Zahnflanken als auch im Bereich des Lückengrunds vorgehalten wird.
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Die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung können wälzend erfolgen.
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Für jedes der voranstehend beschriebenen Verfahren gilt, dass die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung im kontinuierlich teilenden Verfahren durchgeführt werden oder die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung im Einzelteilverfahren durchgeführt werden.
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Das kontinuierliche Teilverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das zu bearbeitende Kegelrad während der spanabhebenden Bearbeitung eine kontinuierliche Teilbewegung ausführt. Diese kontinuierliche Teilbewegung ist derart mit der Rotation des den Spanabtrag bewirkenden Kegelradwerkzeugs gekoppelt, dass das Kegelradwerkzeug an dem zu bearbeitenden Kegelrad einzelne Schnitte an aufeinanderfolgenden Zahnlücken ausführt. Das zu bearbeitende Kegelrad rotiert daher während des kontinuierlichen Spanabtrags kontinuierlich und mehrfach um die eigene Achse, bis das Kegelradwerkzeug die volle Zahntiefe an dem Kegelrad erzeugt hat. Das Kegelradwerkzeug befindet sich daher kontinuierlich im spanabhebenden Schneidkontakt mit dem zu bearbeitenden Kegelrad.
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Im Gegensatz zum kontinuierlichen Teilverfahren wird beim Einzelteilverfahren mit dem Kegelradwerkzeug zunächst eine einzelne Zahnlücke vollständig hergestellt, das Kegelrad anschließend um eine Zahnteilung weitergedreht, um dann in gleicher Weise die nächste einzeln Zahnlücke zu fräsen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Lücken gefertigt sind. Beim Einzelteilverfahren werden die Zahnlücken des Kegelrads daher nacheinander in ein zu bearbeitendes Kegelrad bzw. einen Kegelradrohling eingebracht. Das bedeutet mit anderen Worten, dass zunächst eine erste Zahnlücke des Kegelrads durch ein Zustellen und ein anschließendes Zurückziehen des Kegelradwerkzeugs an dem Kegelradrohling fertiggestellt wird, bevor der Kegelradrohling um eine Zahnteilung gedreht und anschließend eine zweite Zahnlücke durch ein Zustellen und ein anschließendes Zurückziehen des Kegelradwerkzeugs fertiggestellt wird. Das Kegelradwerkzeug befindet sich daher nicht im kontinuierlichen spanabhebenden Schneidkontakt, sondern wird Zahnlücke für Zahnlücke immer wieder neu zugestellt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass während ein Stabmesser des Kegelradwerkzeugs einen Span von dem Kegelrad abhebt, kein weiteres Stabmesser des Kegelradwerkzeugs mit dem Kegelrad im spanabhebenden Eingriff ist oder in spanabhebenden Eingriff gelangt, so dass Späne einzeln und aufeinanderfolgend von dem Kegelrad abgehoben werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein Eingriffsstoß eines Stabmessers den bereits erfolgenden Spanabtrag eines anderen Stabmessers stört, was zu erkennbaren Markierungen auf den Zahnflanken führen kann.
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Für das Einzelteilverfahren kann ein sich zumindest teilweise zeitlich überlappender Spanabtrag z.B. dadurch vermieden werden, dass ein Abstand benachbarter bzw. aufeinander folgender Stabmesser am Messerkopf größer ist als eine Länge einer Flankenlinie einer jeweiligen Zahnflanke des Kegelrads.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein Kegelradwerkzeug zur Kegelradherstellung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 ein Kegelrad gemäß dem Stand der Technik;
- 3 ein Completing-Verfahren mit vollschneidendem Messer gemäß dem Stand der Technik;
- 4 ein Semi-Completing-Verfahren mit vollschneidendem Messer gemäß dem Stand der Technik;
- 5 einen Ablaufplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 6 einen Ablaufplan eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 7 ein Completing-Verfahren mit Innen- und Außenschneider gemäß dem Stand der Technik;
- 8 eine wälzende Erzeugung eines Zahns gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt ein Kegelradwerkzeug 2 zur Kegelradherstellung. Das Kegelradwerkzeug 2 ist ein Stabmesserkopf.
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Das Kegelradwerkzeug 2 hat einen Grundkörper 4 mit Messerschächten 6. In jedem Messerschacht 6 ist ein Stabmesser 8 lösbar gehalten. Die Stabmesser 8 bestehen aus Hartmetall, wobei jedes der Stabmesser 8 mit einer Verschleißschutzbeschichtung versehen worden ist.
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2 zeigt ein Kegelrad 10. Das Kegelrad 10 ist einer Tellerrad. Das Kegelrad 10 hat Zähne 12 mit zwischen den Zähnen 12 angeordneten Lücken 14. Jede Lücke 14 bzw. Zahnlücke 14 wird von einer konkaven Flanke 16 und einer konvexen Flanke 18 benachbarter Zähne 12 begrenzt.
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3 zeigt ein exemplarisch ein Completing-Verfahren mit vollschneidendem Stabmesser 8'. Das Stabmesser 8' hat eine Schneidengeometrie 20', die die Lücke 14 erzeugt. Sowohl die konkave als auch die konvexe Flanke 16, 18 werden gleichzeitig mit dem vollschneidenden Stabmesser 8' fertiggestellt.
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4 zeigt ein exemplarisch ein Semi-Completing-Verfahren mit vollschneidendem Stabmesser 8". Das Stabmesser 8" hat eine Schneidengeometrie 20", die die Lücke 14 abbildet. Die konkave und die konvexe Flanke 16, 18 werden mit dem vollschneidenden Stabmesser 8" in zwei Zustellungen gefertigt.
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Es versteht sich, dass sowohl das Semi-Completing-Verfahren als auch das Completing-Verfahren mit Stabmessern realisiert werden können, wobei erste Stabmesser als Innenschneider zum Herstellen der konvexen Flanken und zweite Stabmesser als Außenschneider zum Herstellen der konvexen Flanken vorgesehen sind.
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5 zeigt einen Ablaufplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird ein Verfahren angegeben, mit den Verfahrensschritten:
- (A) Spanabhebende Weichbearbeitung eines Kegelrads 10, wobei Zähne 12 des Kegelrads mittels eines Kegelradwerkzeugs 2 hergestellt werden und wobei das Kegelradwerkzeug 2 ein Stabmesserkopf mit einem Grundkörper 4 und in dem Grundkörper 4 lösbar gehaltenen Stabmessern 8" ist, wobei die Stabmesser 8" eine vorgegebene Schneidengeometrie 20" aufweisen; (B) Härten des Kegelrads 10; (C) Spanabhebende Hartbearbeitung des Kegelrads 10; wobei die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung des Kegelrads 10 mit dem gleichen Kegelradwerkzeug 2 erfolgen und wobei für die Weichbearbeitung und für die Hartbearbeitung die gleiche Schneidengeometrie 20" der Stabmesser 8" verwendet wird.
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Die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung des Kegelrads 10 erfolgen mit demselben Kegelradwerkzeug 2. Die Weichbearbeitung erfolgt im Semi-Completing Verfahren. Die Hartbearbeitung erfolgt im Semi-Completing Verfahren. Die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung erfolgen wälzend.
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Ein Zahnfuß 22 eines jeweiligen Zahns 12 des Kegelrads 10 wird während der Hartbearbeitung nicht bearbeitet, wobei ein den Zahnfuß 22 begrenzender, durch die Weichbearbeitung erzeugter Lückengrund 24 während der Hartbearbeitung nicht zerspant wird.
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6 zeigt einen Ablaufplan eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird ein Verfahren angegeben, mit den Verfahrensschritten:
- (I) Spanabhebende Weichbearbeitung eines Kegelrads 10, wobei Zähne 12 des Kegelrads 10 mittels eines Kegelradwerkzeugs 2 hergestellt werden und wobei das Kegelradwerkzeug 2 ein Stabmesserkopf mit einem Grundkörper 4 und in dem Grundkörper 4 lösbar gehaltenen Stabmessern 8' ist, wobei die Stabmesser 8' eine vorgegebene Schneidengeometrie 20' aufweisen; (II) Härten des Kegelrads 10; (III) Spanabhebende Hartbearbeitung des Kegelrads 10; wobei die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung des Kegelrads 10 mit dem gleichen Kegelradwerkzeug 2 erfolgen und wobei für die Weichbearbeitung und für die Hartbearbeitung die gleiche Schneidengeometrie 20' der Stabmesser 8' verwendet wird.
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Die Weichbearbeitung erfolgt im Completing-Verfahren erfolgt. Die Hartbearbeitung erfolgt im Completing-Verfahren.
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Ein Zahnfuß 22 eines jeweiligen Zahns 12 des Kegelrads 10 wird während der Hartbearbeitung bearbeitet, wobei ein den Zahnfuß 22 begrenzender, durch die Weichbearbeitung erzeugter Lückengrund 24 während der Hartbearbeitung zerspant wird und wobei beim Weichbearbeiten ein vorgegebenes Aufmaß für die anschließende Hartbearbeitung sowohl im Bereich der Zahnflanken 16, 18 als auch im Bereich des Lückengrunds 24 vorgehalten wird.
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Die Weichbearbeitung und die Hartbearbeitung erfolgen wälzend.
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Während voranstehend exemplarisch Tauchverfahren mit vollschneidenden Stabmessern gezeigt worden sind, beschreibt 7 schematisch ein Completing Tauchverfahren mit Innenschneider 8''' und Außenschneider 8''''. Wie zuvor bereits diskutiert, dienen die Innenschneider 8''' zum Herstellen der konvexen Flanken 18 und die Außenschneider 8'''' zum Herstellen der konkaven Flanken 16. Dieses Prinzip der Verwendung von Innenschneidern und Außenschneidern lässt sich gleichermaßen auch auf das Tauchverfahren im Semi-Completing übertragen, das mit Bezug zu 4 für vollschneidende Messer gezeigt worden ist.
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8 deutet schematisch die wälzende Erzeugung der Zähne eines Kegelrads an. Hierbei wälzt ein Werkzeug 26 unter Nachbildung eines virtuellen Erzeugerrads mit der herzustellenden Verzahnung ab, so dass die Stabmesser mittels der durch die verschiedenen Werkzeugpositionen angedeuteten Hüllschnitte die vorgesehene Zahnform erzeugen. Das Prinzip ist auch aus dem konventionellen Wälzfräsen von Stirnverzahnungen hinlänglich bekannt. Kegelräder können wälzend sowohl im Completing als auch im Semi-Completing mit vollschneidenden Stabmessern oder mit Innen- und Außenschneider hergestellt werden.
- 2
- Kegelradwerkzeug / Stabmesserkopf
- 4
- Grundkörper
- 6
- Messerschacht
- 8
- Stabmesser
- 8'
- Stabmesser
- 8"
- Stabmesser
- 8'''
- Stabmesser
- 8''''
- Stabmesser
- 10
- Kegelrad / Tellerrad
- 12
- Zahn
- 14
- Lücke
- 16
- konkave Flanke
- 18
- konvexe Flanke
- 20'
- Schneidenprofil
- 20"
- Schneidengeometrie
- 22
- Zahnfuß
- 24
- Lückengrund
- 26
- Werkzeug
- 28
- Zahn
- A
- Verfahrensschritt
- B
- Verfahrensschritt
- C
- Verfahrensschritt
- I
- Verfahrensschritt
- II
- Verfahrensschritt
- III
- Verfahrensschritt
