Maschinenelemente und Baugruppen – Sicherungs- und Verbindungselemente erkennen
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Maschinenelemente und Baugruppen – Sicherungs- und Verbindungselemente erkennen
Kurzbeschreibung: Ringe, Stifte, Bolzen und funktionale Auswahl. Du arbeitest mit Funktionsbildern, kurzen Videos, Diagnosefällen und begründetem Feedback.
| Sicherheitsgrenze des Kurses | Dieser Kurs erteilt keine Arbeitsfreigabe. Praktische Werkstattarbeiten dürfen nur nach betrieblicher Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung, Freigabe nach den geltenden Betriebsregeln und unter zuständiger Aufsicht durchgeführt werden. Bei unklarer Bauteilsituation, beschädigten Sicherungselementen oder fehlenden Vorgaben gilt: nicht improvisieren, Baugruppe nicht freigeben und die zuständige Fachkraft einbeziehen. |
|---|
Einleitung
Kleine Sicherungs- und Verbindungselemente entscheiden oft darüber, ob eine Baugruppe ihre Lage hält, sich gezielt bewegen kann oder sicher demontierbar bleibt. In diesem Kurs lernst Du vor allem, Funktion vor Form zu erkennen.
Du unterscheidest:
- Sicherungsringe: axiale Lagesicherung an Wellen oder in Bohrungen.
- Stifte: Positionieren, Verbinden und Übertragen von Querkräften.
- Bolzen: lösbare, häufig bewegliche Verbindungen mit Spiel.
- Splinte: Sicherung gegen Herausfallen oder Verdrehen, wenn die Konstruktion dies vorsieht.
Merksatz: Wähle ein Element nie nur nach dem Aussehen. Entscheidend sind Funktion, Belastung, Einbauraum, Passung, Zeichnung, Stückliste und betriebliche Vorgabe.
Lernziele
Nach dem Kurs kannst Du:
- Sicherungsringe, Zylinderstifte, Spannstifte, Bolzen und Splinte an typischen Merkmalen erkennen.
- zwischen axialer Sicherung, Positionierung, Querkraftübertragung und gelenkiger Verbindung unterscheiden.
- einen Außenring für die Welle von einem Innenring für die Bohrung unterscheiden.
- bei Fehlbildern sichere Stop-Kriterien nennen.
- eine funktionale Auswahl mit einer kurzen technischen Begründung treffen.
Ausbildungsfall: Montagevorrichtung mit vier Auffälligkeiten
Du prüfst gedanklich eine Montagevorrichtung aus vier Teilfunktionen. Es wird nichts montiert oder demontiert.
| Stelle | Beobachtung | Gesuchte Funktion |
|---|---|---|
| A | Ein Lager soll auf einer Welle axial gehalten werden. | axiale Sicherung auf einer Welle |
| B | Eine Wechselplatte muss nach jedem Ausbau wieder sehr genau sitzen. | wiederholgenaue Positionierung |
| C | Ein Griffteil soll mit einem elastisch klemmenden Stift gehalten werden. | Verbindung mit elastischer Haltewirkung |
| D | Ein Schwenkhebel braucht eine leicht lösbare Gelenkverbindung. | Bolzenverbindung mit vorgesehener Axialsicherung |
Deine Leitfrage: Welches Element erfüllt jeweils die Funktion, und woran würdest Du einen Fehler erkennen?
Gestufte Hilfen zum Ausbildungsfall
| Hilfestufe | Hinweis |
|---|---|
| Hilfe 1 | Frage zuerst: Soll etwas axial gehalten, genau positioniert, elastisch geklemmt oder gelenkig verbunden werden? |
| Hilfe 2 | Welle + Nut + axiale Sicherung deutet auf einen Außen-Sicherungsring. Bohrung + Nut + axiale Sicherung deutet auf einen Innen-Sicherungsring. |
| Hilfe 3 | Wiederholgenaue Lage spricht für einen Pass- bzw. Zylinderstift. Elastische Klemmwirkung spricht für einen Spannstift. Ein bewegliches Gelenk spricht häufig für einen Bolzen mit konstruktiv vorgesehener Sicherung. |
Lerneinheit 1: Sicherungsringe – axial sichern
Zeitbedarf: etwa 8 Minuten.
Außen-Sicherungsringe nach DIN 471 werden in einer Nut auf einer Welle eingesetzt. Innen-Sicherungsringe nach DIN 472 sitzen in einer Nut einer Bohrung. Beide dienen der axialen Festlegung.
Außen-Sicherungsring; Wikimedia Commons, Pattelitos, CC BY-SA 4.0.
Innen-Sicherungsring nach DIN 472; Wikimedia Commons, Bjornhenneberg, CC BY-SA 3.0.
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Sicherungsring in realer Anwendung; Wikimedia Commons, Tero Karppinen, CC BY 2.0.
Funktions-Schaltbild: axialer Kraftfluss
| Axialkraft | → | Bauteil | → | Sicherungsring | → | Nutwand |
Diagnoseblick: Ein Ring, der nicht vollständig in der vorgesehenen Nut sitzt, eine sichtbar beschädigte Nut oder ein dauerhaft verformter Ring sind Stop-Signale. Die Baugruppe wird nicht freigegeben, bis Vorgaben und Zustand fachlich geklärt sind.
Funktions- und Montagevideo zu DIN 471/DIN 472, Mikalor Worldwide. Das Video zeigt ein Prinzip; es ersetzt keine betriebliche Unterweisung oder Arbeitsfreigabe.
Mini-Aufgabe mit Feedback
Basis: Ordne zu: Welle oder Bohrung?
Lösung und begründetes Feedback: DIN 471 gehört zur axialen Sicherung auf der Welle; DIN 472 zur axialen Sicherung in der Bohrung. Die Auswahl folgt dem Einbauort der Nut und nicht der bloßen Ähnlichkeit der Ringform.
Lerneinheit 2: Stifte – Lage und Kraft übertragen
Zeitbedarf: etwa 8 Minuten.
Ein Stift verbindet Bauteile in einer gemeinsamen Bohrung. Je nach Ausführung steht eine andere Funktion im Vordergrund.
Zylinderstift nach DIN EN ISO 8734; Wikimedia Commons, Silberwolf, CC BY-SA 2.5.
Zylinderstift: sinnvoll, wenn eine präzise, wiederholbare Lage wichtig ist.
Geschlitzter Spannstift, schwere Ausführung nach ISO 8752; Wikimedia Commons, MatthiasDD, CC BY-SA 3.0/GFDL.
Spannstift in einer Sicherungsanwendung; Wikimedia Commons, Silberwolf, CC BY-SA 2.5.
Spannstift: wird beim Einsetzen elastisch zusammengedrückt und hält durch seine Federwirkung an der Bohrungswand.
Funktionsvideo eines geschlitzten Spannstifts, Mikalor Worldwide. Keine Aufforderung zur praktischen Durchführung.
Vergleichs-Schaltbild
| Anforderung | Funktionsprinzip | Typische Wahl |
|---|---|---|
| hohe Wiederholgenauigkeit der Lage | definierte Geometrie und passende Bohrung | Zylinderstift |
| elastische Haltewirkung in der Bohrung | Federwirkung des geschlitzten Stifts | Spannstift |
| definierte Sollbruchfunktion | konstruktiv berechnetes Versagen bei Grenzlast | Scherstift nur bei ausdrücklicher konstruktiver Vorgabe |
Mini-Aufgabe mit Feedback
Anwendung: Eine Wechselplatte soll nach jedem Ausbau wieder exakt an derselben Position sitzen. Ein Spannstift ist zwar verfügbar. Ist er automatisch die beste Wahl?
Lösung und begründetes Feedback: Nein. Wenn präzise Wiederholpositionierung gefordert ist, muss die Auswahl an Zeichnung, Passung und vorgesehener Stiftart ausgerichtet werden. Ein Zylinder- bzw. Passstift ist dafür typischer als ein Spannstift. Verfügbarkeit ersetzt keine Funktionsprüfung.
Lerneinheit 3: Kegelstift – formschlüssig und lagebestimmend
Zeitbedarf: etwa 5 Minuten.
Ein Kegelstift besitzt eine leichte Konizität. Er kann Bauteile eindeutig zueinander ausrichten und formschlüssig verbinden.
Anwendungsbeispiel eines Kegelstifts nach ISO 2339; Wikimedia Commons, Silberwolf, CC BY-SA 2.5.
Diagnoseblick: Eine falsche Einbaurichtung, beschädigte Sitzflächen oder eine nicht zur Zeichnung passende Stiftart dürfen nicht durch stärkeres Einschlagen „korrigiert“ werden. Abweichungen werden gestoppt und geklärt.
Lerneinheit 4: Bolzen und Splinte – beweglich verbinden und sichern
Zeitbedarf: etwa 8 Minuten.
Ein Bolzen ist meist zylindrisch und wird häufig mit Radialspiel eingesetzt. Dadurch eignet er sich für lösbare oder gelenkige Verbindungen. Gegen axiales Herausfallen braucht er – je nach Konstruktion – eine vorgesehene Sicherung.
Ein Splint kann eine solche Sicherungsfunktion übernehmen, zum Beispiel an einem Querloch oder an einer dafür vorgesehenen Mutter. Er ist nicht dazu da, eine ungeplante Hauptlast zu übernehmen.
Formen von Splintenden; Wikimedia Commons, Wizard191, CC BY-SA 3.0/GFDL.
Schematische Darstellung eines Splints; Wikimedia Commons, Jonasz, CC BY-SA 3.0/GFDL.
Splintsicherung an einer realen Baugruppe; Wikimedia Commons, Polyparadigm, freie CC-BY-SA/GFDL-Lizenzierung laut Dateiseite.
Funktions-Schaltbild: Gelenk mit Sicherung
| Bauteil 1 | ↔ | Bolzen | ↔ | Bauteil 2 | + | vorgesehene Axialsicherung |
Diagnoseblick: Fehlt die vorgesehene Axialsicherung, ist sie beschädigt oder wurde sie durch Draht, eine unpassende Schraube oder ein anderes improvisiertes Teil ersetzt, ist die korrekte Reaktion nicht „nachbessern“, sondern stoppen, dokumentieren und nach freigegebener Unterlage klären.
Funktionale Auswahl – die Kurzmatrix
| Funktionsfrage | Naheliegende Elementgruppe | Prüfe zusätzlich |
|---|---|---|
| Was soll auf einer Welle axial gehalten werden? | Außen-Sicherungsring | Nut, Ringgröße, Belastung, Zeichnung |
| Was soll in einer Bohrung axial gehalten werden? | Innen-Sicherungsring | Nut, Ringgröße, Belastung, Zeichnung |
| Was soll sehr genau positioniert werden? | Zylinder-/Passstift | Passung, Toleranz, Demontagekonzept |
| Was soll elastisch in einer Bohrung halten? | Spannstift | Bohrung, Scherlast, Stoßlast, Vorgabe |
| Was soll gelenkig und lösbar verbunden werden? | Bolzen | Spiel, Lagerung, Axialsicherung |
| Was soll einen dafür vorgesehenen Bolzen gegen Herausfallen sichern? | Splint oder anderes spezifiziertes Sicherungselement | Querloch, Einbauraum, Hersteller-/Zeichnungsvorgabe |
Normhinweis: Normnummern in diesem Kurs dienen der fachlichen Einordnung. Für reale Arbeiten sind die aktuelle Zeichnung, Stückliste, gültige Normausgabe, Herstellerangabe und betriebliche Freigabe maßgeblich.
Sichere Fehlerdiagnose-Simulation
Situation: Die vier Stellen A bis D aus dem Ausbildungsfall zeigen Auffälligkeiten. Du triffst nur eine Diagnoseentscheidung – keine Werkstattmaßnahme.
| Auffälligkeit | Sichere Diagnoseentscheidung |
|---|---|
| Sicherungsring sitzt sichtbar nur teilweise in der Nut. | Baugruppe nicht freigeben; Sitz, Nut und Ringzustand nach Vorgabe prüfen lassen. |
| Wechselplatte hat nach dem Tausch merkbares Lagewandern; eingebaut ist ein elastischer Spannstift statt des in der Zeichnung geforderten Zylinderstifts. | Abweichung zur Zeichnung feststellen und spezifizierte Stiftart klären. |
| Gelenkbolzen hat ein Querloch, aber die vorgesehene Sicherung fehlt. | Keine Improvisation; fehlende Axialsicherung melden und Freigabe sperren. |
| Splint ist stark korrodiert und bereits plastisch verformt. | Nicht durch bloßes Zurückbiegen „reparieren“; Zustand und Ersatz nach Arbeitsunterlage klären. |
Begründetes Feedback zur Simulation
- Teilweise sitzender Ring: Die Sicherungsfunktion entsteht erst durch korrekten Sitz in der vorgesehenen Nut. Unklarer Sitz bedeutet unklare Lastübertragung.
- Falsche Stiftart: Ein elastisch haltender Spannstift erfüllt nicht automatisch dieselbe Positionierfunktion wie ein definierter Zylinder-/Passstift.
- Ungesicherter Bolzen: Radialspiel erleichtert Beweglichkeit und Demontage, erhöht aber die Bedeutung der vorgesehenen Axialsicherung.
- Beschädigter Splint: Ein Sicherungselement mit deutlicher Beschädigung oder Korrosion darf nicht ohne Vorgabe als funktionsfähig bewertet werden.
Lernpfad: Basis – Anwendung – Transfer
Basisaufgabe
Ordne jedem Bild im Kurs einen Hauptbegriff zu: Außen-Sicherungsring, Innen-Sicherungsring, Zylinderstift, Spannstift, Kegelstift oder Splint.
Begründetes Feedback: Gute Erkennung nutzt mindestens zwei Merkmale, zum Beispiel Einbauort + Form oder Funktionsprinzip + Einbauort. Reines Raten nach Farbe oder Größe ist nicht belastbar.
Anwendungsaufgabe
Für eine präzise Wechselplatte, einen schwenkbaren Hebel und ein axial zu sicherndes Lager wählst Du jeweils eine Elementgruppe und begründest die Wahl mit genau einem Funktionssatz.
Begründetes Feedback: Eine tragfähige Begründung nennt die Funktion: Positionieren → Stift; Gelenk → Bolzen; axiales Halten → Sicherungsring.
Transferaufgabe
Eine vorhandene Baugruppe zeigt gleichzeitig Axialspiel, einen ausgetauschten Stift unbekannter Art und eine improvisierte Bolzensicherung. Formuliere eine sichere Diagnose-Reihenfolge.
Begründetes Feedback: Zuerst Betrieb/Freigabe sichern, dann Sollzustand aus Zeichnung und Stückliste feststellen, anschließend Istzustand vergleichen, Abweichungen dokumentieren und erst nach fachlicher Freigabe Maßnahmen durchführen. „Passt mechanisch irgendwie“ ist keine ausreichende technische Begründung.
Medien- und Quellencheck
Fachquellen:
- Wikipedia: Sicherungsring – Funktion und Unterscheidung von Wellen- und Bohrungsringen.
- SEEGER-Orbis: DIN 471 / DIN 472 – axiale Festlegung an Wellen bzw. in Bohrungen.
- Wikipedia: Stift im Maschinenbau – Stiftarten, Funktion und typische Beanspruchung.
- Damesa/Mikalor: Spannstift ISO 8752 – elastische Haltewirkung geschlitzter Spannstifte.
- Wikipedia: Bolzen – Bolzen mit Radialspiel und typische Sicherungsformen.
- Wikipedia: Splint – Sicherungsfunktion und EN ISO 1234.
Medienrechte: Die eingebundenen Bilder stammen aus Wikimedia Commons; Lizenz und Urheber sind jeweils direkt am Bild genannt. Die YouTube-Videos werden vom jeweiligen Kanal eingebettet; sie sind damit nicht automatisch als OER lizenziert. Es werden keine erfundenen Medienlinks verwendet.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Hauptfunktion hat ein Außen-Sicherungsring nach DIN 471? (Axiale Lagesicherung auf einer Welle) (!Radiale Abdichtung einer Bohrung) (!Elektrische Isolation einer Welle) (!Schmierung eines Lagers)
Wo sitzt ein Innen-Sicherungsring nach DIN 472 typischerweise? (In einer Nut einer Bohrung) (!Auf einem Schraubengewinde) (!In einer Passfeder-Nut der Welle) (!Zwischen zwei Zahnflanken)
Welches Element ist für eine präzise wiederholbare Positionierung besonders naheliegend? (Zylinderstift) (!Splint) (!Außen-Sicherungsring) (!Unterlegscheibe)
Wodurch hält ein geschlitzter Spannstift typischerweise in der Bohrung? (Durch elastische Federwirkung gegen die Bohrungswand) (!Durch ein Außengewinde) (!Durch einen Sicherungsring am Kopf) (!Durch magnetische Anziehung)
Welches Merkmal unterscheidet einen typischen Bolzen häufig vom eingepressten Stift? (Radialspiel in der Aufnahmebohrung) (!Immer vorhandenes Feingewinde) (!Immer quadratischer Querschnitt) (!Immer fehlende Demontierbarkeit)
Welche Aufgabe kann ein Splint in einer Bolzenverbindung übernehmen? (Sicherung gegen axiales Herausfallen) (!Erhöhung der Lagerdrehzahl) (!Abdichtung gegen Öl) (!Einstellung einer Zahnradübersetzung)
Was ist bei einem nur teilweise in der Nut sitzenden Sicherungsring die sichere Reaktion? (Baugruppe nicht freigeben und Zustand fachlich klären) (!Ring mit beliebigem Werkzeug weiterdrücken) (!Bauteil trotzdem in Betrieb nehmen) (!Ring durch Draht ersetzen)
Woran sollte sich die Auswahl eines Sicherungs- oder Verbindungselements zuerst orientieren? (An Funktion und freigegebener technischer Vorgabe) (!An der Farbe des Bauteils) (!Am niedrigsten Preis ohne weitere Prüfung) (!An dem Teil das zufällig verfügbar ist)
Was bedeutet eine beschädigte Nut an einem Sicherungsring-Sitz? (Die Sicherungsfunktion muss vor Freigabe fachlich bewertet werden) (!Die Nut ist für die Funktion unwichtig) (!Ein größerer Ring löst das Problem immer) (!Die Baugruppe kann ohne Prüfung weiterlaufen)
Unter welcher Bedingung darf eine praktische Werkstattarbeit aus diesem Themenfeld durchgeführt werden? (Nach Unterweisung Gefährdungsbeurteilung und mit zuständiger Aufsicht) (!Allein nach Abschluss dieses Onlinekurses) (!Sobald ein passendes Video angesehen wurde) (!Wenn das Werkzeug verfügbar ist)
Memory
| Sicherungsring | axiale Lagesicherung |
| Zylinderstift | präzises Positionieren |
| Spannstift | elastische Klemmwirkung |
| Bolzen | lösbare gelenkige Verbindung |
| Splint | formschlüssige Axialsicherung am Querloch |
| Nut | definierter Sitz für den Ring |
| Scherung | typische Querkraftbeanspruchung |
| Radialspiel | erleichtert die Beweglichkeit eines Bolzens |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Funktion |
|---|---|
| Außen-Sicherungsring | Welle axial sichern |
| Innen-Sicherungsring | Bauteil in einer Bohrung axial sichern |
| Zylinderstift | Lage genau wiederholen |
| Spannstift | elastisch in einer Bohrung halten |
| Bolzen mit Sicherung | bewegliches Gelenk verbinden |
| Splint | Querloch gegen Herausfallen sichern |
Kreuzworträtsel
| Sicherungsring | Welches Element hält ein Bauteil häufig axial in einer Nut? |
| Zylinderstift | Welcher Stift wird häufig zur genauen Positionierung genutzt? |
| Spannstift | Welcher Stift hält durch elastische Federwirkung? |
| Bolzen | Welches zylindrische Element wird häufig mit Spiel in einem Gelenk eingesetzt? |
| Splint | Welches Element kann einen Bolzen über ein Querloch gegen Herausfallen sichern? |
| Nutwand | Welche Fläche nimmt beim Sicherungsring einen wesentlichen Teil der axialen Kraft auf? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Bauteilkarte: Erstelle eine Karte mit je einem Foto oder einer Skizze von Sicherungsring, Zylinderstift, Spannstift und Splint. Notiere pro Element nur Hauptfunktion und Erkennungsmerkmal.
- Funktionssprache: Formuliere vier Sätze nach dem Muster „Dieses Element wird gewählt, weil …“ und verwende die Wörter axial, positionieren, elastisch und gelenkig.
- Medienanalyse: Vergleiche zwei Commons-Bilder aus dem Kurs und markiere, welche Merkmale direkt sichtbar und welche nur aus der Funktion erschließbar sind.
- Sicherheitsstopp: Formuliere drei Situationen, in denen Du eine Baugruppe nicht freigeben würdest.
Standard
- Auswahlmatrix: Ergänze für fünf fiktive Baugruppen Funktion, Elementgruppe, mögliche Fehlstelle und benötigte technische Unterlage.
- Fehlerfoto-Analyse: Analysiere ein bereitgestelltes Foto einer Baugruppe, ohne daran zu arbeiten. Nenne Soll-Funktion, sichtbare Auffälligkeit und sichere nächste Informationsquelle.
- Ausbildungsfall: Löse die vier Stellen A bis D des Kursfalls schriftlich und begründe jede Auswahl mit Funktion statt Bauteilform.
- Beobachtungsauftrag: Beobachte in einer freigegebenen Ausbildungsumgebung unter zuständiger Aufsicht eine Verbindung. Keine Eingriffe. Dokumentiere nur Elementart, Funktion und vorhandene Sicherung.
Schwer
- Fehlerbaum: Entwickle einen Fehlerbaum für „Bauteil wandert axial“. Trenne mögliche Ursachen an Ring, Nut, Bauteil, Montagezustand und Dokumentation.
- Konstruktionsvergleich: Vergleiche eine Bolzen-Splint-Verbindung mit einer Sicherungsring-Lösung für dieselbe gedachte Bewegungsaufgabe. Bewerte Demontage, Einbauraum und Fehleranfälligkeit.
- Transferfall: Eine Wechselplatte verliert Wiederholgenauigkeit. Entwickle drei Hypothesen, von denen mindestens eine die Stiftart und eine die Bohrung bzw. Passung betrifft. Plane nur Diagnose, keine Reparatur.
- Qualitätssicherung: Entwirf eine digitale Prüfliste für Sicherungs- und Verbindungselemente mit Stop-Kriterien, Dokumentationsfeld und Freigabeentscheidung durch die zuständige Fachkraft.
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Lernkontrolle
- Funktionsanalyse: Begründe, warum ein äußerlich ähnliches Element nicht automatisch funktional austauschbar ist.
- Fehlerdiagnose: Eine Baugruppe hat Axialspiel trotz vorhandenem Sicherungsring. Entwickle mindestens drei mögliche Ursachen und ordne sie nach einer sicheren Prüfreihenfolge.
- Auswahlentscheidung: Entscheide für eine präzise Wechselplatte zwischen Zylinderstift und Spannstift. Begründe mit Funktionsanforderung, nicht mit Kosten.
- Gelenkbewertung: Erkläre, warum ein Bolzen mit Spiel eine zusätzliche Axialsicherung benötigen kann.
- Sicherheitsentscheidung: Entwickle eine Stop-Regel für beschädigte, fehlende oder improvisierte Sicherungselemente.
- Transfer: Formuliere aus Zeichnung, Stückliste und Istzustand einen kurzen Prüfplan, der ohne praktische Eingriffe auskommt.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen können:
- Du erkennst Außen- und Innen-Sicherungsringe und ordnest sie Welle bzw. Bohrung zu.
- Du unterscheidest Zylinderstift, Spannstift, Kegelstift, Bolzen und Splint nach Funktion.
- Du begründest eine Auswahl mit Last, Lage, Beweglichkeit, Passung und technischer Vorgabe.
- Du erkennst typische Stop-Signale wie fehlende Sicherung, unvollständigen Ringsitz, falsche Stiftart oder sichtbare Beschädigung.
- Du beschreibst eine sichere Diagnosekette ohne improvisierte Reparatur.
- Du kennst die Grenze des Kurses: keine Arbeitsfreigabe; praktische Arbeit nur nach Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung und unter zuständiger Aufsicht.
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