DE10123494A1 - Innen-Räummaschine - Google Patents

Innen-Räummaschine

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Abstract

Eine Innen-Räummaschine weist einen Drall-Antrieb (35) auf, der mit einem ersten Räumwerkzeughalter (31) gekoppelt ist. Einem zweiten Räumwerkzeughalter (17) ist eine Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers zwischen einem Räumwerkzeug (20) und einem zu räumenden Werkstück (19) zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine zum Räumen drallförmiger Innenprofile ausge­ bildete Innen-Räummaschine nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2.
Beim Räumen drallförmiger Innenprofile, wie z. B. Innenzahnrädern mit Schrägverzahnung, wird der geradlinigen Räumbewegung, d. h. dem geradlinigen Räumhub, entsprechend der im Werkstück zu erzeugenden Schraubenlinie eine Rotation zwischen Werkstück und Räumwerkzeug überlagert. Diese Rotation wird als Drall bezeichnet. Die hierbei zwischen dem Räumwerkzeug und dem zu räumenden Werkstück auftretenden Tan­ gentialkräfte führen zu Torsionsspannungen im Räumwerkzeug und damit zu einer elastischen Verformung (Verdrilllung) des Räumwerkzeugs. Der Drall-Antrieb des Räumwerkzeuges erfolgt nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1 entweder von vorne, d. h. von der Schaftseite, oder von hinten, d. h. von der Endstückseite, um die erforderlichen Drehmomente aufzu­ bringen. Alternativ wird das erforderliche Drehmoment nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 2 dadurch aufgebracht, daß bei feststehendem, also undrehbarem Räumwerkzeug die Werkstück-Vorlage drehantreibbar aus­ gebildet ist. Während des Räumhubes verändert sich der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Drall-Antrieb. Hieraus resultieren unterschiedli­ che Torsionslängen und damit unterschiedliche Abweichungen des ge­ räumten, drallförmigen Innenprofils von der idealen Schraubenlinie. Dieser Drallfehler bewirkt Profilabweichungen am geräumten Werkstück.
Aus der DE 196 24 404 A (entsprechend US-Patent 5,833,411) ist eine Räummaschine der gattungsgemäßen Art bekannt, die einen Maschinen­ ständer mit einer oberen Quertraverse aufweist. Am Maschinenständer ist ein Zubringerschlitten verfahrbar angeordnet. Zwischen der Quertraverse und dem Zubringerschlitten ist ein Werkstück-Hebetisch mit einer Werk­ stück-Vorlage angebracht, der zum Räumen nach oben verfahrbar ist. Auf der Quertraverse ist ein Drall-Antrieb zur Erzeugung des notwendigen Dralls angebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innen-Räummaschine der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die beim Drall-Räumen auftretenden Drallfehler zumindest teilweise kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei den Innen-Räummaschinen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 durch die identischen Merkmale im jeweiligen Kennzeichnungsteil gelöst. Die Kompensation des Drallfeh­ lers führt zumindest teilweise zu einer Aufhebung desselben. Der Drallfeh­ ler kann am Räumwerkzeug selber in dessen unbelastetem Bereich oder an dem Raumwerkzeughalter erfaßt werden, der den unbelasteten Bereich aufnimmt, wie es in den Ansprüchen 3 und 4 niedergelegt ist.
Bei einer Ausgestaltung nach den Ansprüchen 6 bis 8 wird der Drehwinkel des Räumwerkzeuges in dessen nicht torsionsbelastetem Bereich gemes­ sen. Hierdurch wird die elastische Torsions-Verformung des Räumwerk­ zeuges zwischen Werkstück und Drall-Antrieb erfaßt, so daß eine Kom­ pensation des Drallfehlers über die Steuerung möglich ist. Die einzelnen Räumzähne des Räumwerkzeuges können hierdurch auf der idealen Schraubenlinie beim Räumen geführt werden. Je nachdem, von welcher Seite des Räumwerkzeuges der Drehantrieb erfolgt, ob also durch den Schafthalter oder durch den Endstückhalter, ist die Ist-Drall-Erfassungs- Einheit dem anderen, nicht torsionsbelasteten Ende, also dem Endstückhal­ ter oder dem Schafthalter, zugeordnet. Dieser letztgenannte Halter ist selbstverständlich drehbar gelagert und mit dem Räumwerkzeug während des Räumens drehfest verbunden. Auch wenn das Drehmoment über die Werkstück-Vorlage aufgebracht wird, erfolgt die Messung des Drehwin­ kels des Räumwerkzeuges in dessen nicht torsionsbelastetem Bereich.
Bei einer Ausführung nach den Ansprüchen 9 bis 11 wird die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers durch einen zweiten Drall-Antrieb gebildet, der synchron mit dem ersten Drall-Antrieb angetrieben wird. Die Ansteuerung des zweiten Drall-Antriebs kann auch nach dem Master- Slave-System erfolgen. Hierdurch kann der maximale Drallfehler auf etwa ein Viertel reduziert werden.
Grundsätzlich kann die Einrichtung zur Kompensation des Drallfehlers auch entsprechend Anspruch 12 nach dem Teach-in-Verfahren arbeiten, d. h. der Drallfehler wird bei einem ersten Räumhub über dem Hub gemessen und entsprechend verschiedenen Stützpunkten auf dem Räumwerkzeug erfaßt. Die Korrektur erfolgt dann ab dem nächsten Räumhub am nächsten zu räumenden Werkstück.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Frontansicht einer Senkrecht-Innen-Druck-Räummaschine während eines Räumhubes,
Fig. 2 die Räummaschine nach Fig. 1 in einer Seitenansicht in teilweise aufgebrochener Darstellung,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Räummaschine mit einem gegenüber den Fig. 1 und 2 geänderten Drall-Antrieb,
Fig. 4 eine Frontansicht der Räummaschine mit einem gegenüber den Fig. 1 und 2 geänderten Drall-Antrieb und
Fig. 5 die Räummaschine nach Fig. 4 in einer Seitenansicht in teilweise aufgebrochener Darstellung.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, weist eine erfindungsgemäße Senk­ recht-Innen-Räummaschine einen auf einem Fundament 1 abgestützten Maschinenfuß 2 auf, der Teil eines Maschinenständers 3 ist. Der Maschi­ nenständer 3 ist nach oben durch eine Quertraverse 4 abgeschlossen und weist zwischen Maschinenfuß 2 und Quertraverse 4 eine Rückwand 5 und Seitenwände 6, 7 auf.
An der der Beladeseite 8 der Räummaschine zugewandten Vorderseite der Rückwand 5 sind Schlittenführungs-Schienen 9a, 9b angebracht, auf denen ein als Räumschlitten dienender Werkstück-Hebetisch 10 vertikal verschiebbar geführt ist.
Unterhalb des Hebetisches 10 ist ein Zubringerschlitten 11 auf von den Schlittenführungs-Schienen 9a, 9b gesonderten Führungsschienen 12a, 12b vertikal mittels eines Zubringerschlitten-Antriebs verschiebbar angeord­ net, der seitlich und unten am Maschinenständer 3 angebracht ist, so daß er nicht mit dem Hub-Antrieb kollidieren kann, unabhängig ob letzterer ober­ halb oder unterhalb des Hebetisches 10 angeordnet ist. Der Zubringerschlitten 11 kann auch - wie aus der DE 196 24 404 A bekannt ist - auf den Schienen 9a, 9b verschiebbar angeordnet sein. Der Antrieb weist einen Zubringerschlitten-Antriebsmotor 13 auf, der eine vertikal angeordnete Zubringer-Spindel 14 antreibt. Auf dieser Spindel 14 ist eine fest mit dem Zubringerschlitten 11 verbundene Spindelmutter 15 angeordnet, so daß bei einer Drehung der Spindel 14 um ihre Achse 16 der Zubringerschlitten 11 in der Vertikalen verfahren wird. An dem Zubringerschlitten 11 ist ein unterer Räumwerkzeughalter 17 angebracht.
Der Hebetisch 10 weist eine Werkstück-Vorlage 18 zur drehsteifen Auf­ nahme eines zu räumenden Werkstückes 19 mittels eines Innen- Räumwerkzeuges 20 auf. Von der Beladeseite 8 her gesehen hinter den Schlittenführungen 9, also hinter der Rückwand 5, ist als einziger Hebe­ tisch-Hub-Antrieb eine Hub-Spindel 22 angeordnet, die als Wälz-Schraub- Trieb ausgebildet ist. Die Mittel-Längs-Achse 23 der Spindel 22 liegt mit der Achse 21 des Räumwerkzeuges 20 in einer gemeinsamen vertikalen Ebene, die senkrecht zu der durch die Schlittenführungs-Schienen 9a, 9b aufgespannten vertikalen Ebene verläuft und diese mittig schneidet.
Der Hebetisch 10 weist eine schlittenartige Hinterwand 24 auf, an der ver­ tikal übereinander auf den Schlittenführungs-Schienen 9a, 9b verschiebbar geführte Führungslager 25a, 25b angebracht sind. An der Hinterwand 24 ist ein von der Beladeseite 8 weg nach hinten ragender Arm 26 angebracht, der in den Bereich der Rückwand 5 hineinragt, in der die Hub-Spindel 22 an­ geordnet ist. Am Arm 26 ist eine Spindelmutter 28 angebracht, in der die Hub-Spindel 22 aufgenommen ist. Die Hub-Spindel 22 ist in einem Lager 29 in der Quertraverse 4 frei drehbar aber axial unverschiebbar gelagert. Sie wird mittels eines elektromotorischen Spindelantriebs 30 als Hub- Antrieb angetrieben, der ebenfalls auf der Quertraverse 4 angebracht ist.
Koaxial zur Achse 21 des Räumwerkzeuges 20 ist an der Quertraverse 4 ein oberer Räumwerkzeughalter 31 mit einem Endstückhalter 32 für das Endstück 33 des Räumwerkzeuges 20 angebracht. In diesem Ausführungs­ beispiel ist der obere Räumwerkzeughalter 31 drehbar ausgebildet, um mit­ tels des als Drall-Räumwerkzeug ausgebildeten Räumwerkzeuges 20 einen Drall-Räum-Vorgang ausführen zu können. Hierzu ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der obere Räumwerkzeughalter 31 mittels eines im wesentlichen durch einen Getriebemotor 34 gebildeten Drall-Antriebs 35 antreibbar. Der untere Räumwerkzeughalter 17 ist um die Achse 21 frei drehbar. Der untere Räumwerkzeughalter 17 weist einen Schafthalter 36 auf, der in eine unterhalb der Vorlage 18 am Hebetisch 10 ausgebildete Ausnehmung 37 einfahrbar ist und der zur Aufnahme und Halterung des unteren Schaftes 38 des Räumwerkzeuges 20 dient.
Der untere, frei um die Achse 21 drehbare Räumwerkzeughalter 17 ist mit einem Dreh-Impuls-Geber 39 gekoppelt, der an der Unterseite des Zubrin­ gerschlittens 11 angebracht ist. Von diesem Geber 39 werden über eine Leitung 40 Signale auf eine Steuer- und Bedien-Einheit 41 gegeben. Beispielsweise gibt der Geber 39 pro Umdrehung des Räumwerkzeughal­ ters 17 18.000 Impulse auf die Steuer- und Bedien-Einheit 41. Der Drall- Antrieb 35 weist einen Servomotor 42 auf, der von der Steuer- und Bedien- Einheit 41 über eine Steuerleitung 43 angesteuert wird. Weiterhin wird der Spindelantrieb 30 von der Steuer- und Bedien-Einheit 41 über eine ent­ sprechende Steuerleitung 44 angesteuert.
In die Steuer- und Bedien-Einheit 41 ist der als Drall-Sollwert bezeichnete Soll-Wert der Drallsteigung eingegeben, d. h. um welchen Winkelbetrag der obere Räumwerkzeughalter 31 während eines Räum-Vorganges ge­ dreht werden soll. Der Drall wird also als Drallsteigung programmiert. Diese entspricht dem Räumhub des Räumwerkzeuges 17 pro Umdrehung des Räumwerkzeuges 17. Aufgrund der Räumkräfte unterliegt das Räum­ werkzeug 20 beim Räumen einer Torsion um die Achse 21. Dies führt da­ zu, daß dann, wenn der Drall-Antrieb 35 entsprechend dem Drall-Sollwert angesteuert wird, der tatsächlich erzeugte Drallwinkel kleiner ist, als dem Sollwert entspricht. Der Istwert des Drallwinkels wird mittels des Dreh- Impuls-Gebers 39 gemessen, da das Räumwerkzeug 20 zwischen dem Werkstück 19 und dem Geber 39 kräfte- und momenten-frei, also auch tor­ sionsfrei ist. Dieser Drall-Istwert wird auf die Einheit 41 gegeben und dort in einen Korrekturwert umgesetzt, so daß der Drall-Antrieb 35, d. h. der Servomotor 42, derart angesteuert wird, daß der Drall-Istwert an der Räumstelle, also am Werkstück 19, dem gespeicherten Sollwert entspricht. Über die Steuerleitung 44 wird hierbei der Spindelantrieb 30 derart ange­ trieben, daß der Hub des Werkstückes 19, d. h. der Räumhub, in Überein­ stimmung mit dem Drall-Antrieb 35 des Räumwerkzeuges 20 erfolgt. Während des Räumhubes ist der Schafthalter 36 des unteren Räumwerk­ zeughalters 17 geschlossen, d. h. der Schaft 38 eingespannt, obwohl der Bereich des Räumwerkzeuges 20 bis zur Räumstelle kräftefrei ist. Zweck dieses Einspannens ist nur, diesen Bereich des Räumwerkzeuges 20 mit dem Geber 39 zu koppeln.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 erfolgt der Drehantrieb des Räumwerkzeuges 20 über den Endstückhalter 32, wogegen die tatsächliche Verdrehung des Räumwerkzeuges 20 an der Räumstelle mittels des Schafthalters 36 auf den Geber 39 übertragen und gemessen wird. Selbst­ verständlich ist es auch möglich, den Drehantrieb über den Schafthalter 36 vorzunehmen und den Geber 39 dem Endstückhalter 32 zuzuordnen. In gleicher Weise kann die Drallfehler-Kompensation auch beim Zieh- Räumen eingesetzt werden.
Bei der vorstehend geschilderten Ausgestaltung erfolgt die Erfassung der Torsion im nicht torsionsbelasteten Teil des Räumwerkzeugs 20. Die Er­ fassung kann auch am Räumwerkzeug 20 selber erfolgen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Erfassung dem Bereich des nicht torsionsbelasteten Werkzeugendes, also dem Schaft 38 zuzuordnen.
Der Ablauf des Räumvorganges ist ansonsten bei dieser Räummaschine gleich dem üblichen Ablauf, wie er in der Praxis gang und gäbe ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß nicht nur der obere Räumwerkzeughalter 31, sondern auch der untere Räumwerkzeughalter 17 drehantreibbar ist. Hierzu ist an der Unterseite des Zubringerschlittens 11 ein ebenfalls von der Steuer- und Bedien-Einheit 41 angesteuerter Getriebemotor 34' als zweiter Drall- Antrieb 35' vorgesehen, der ebenfalls einen Servomotor 42' aufweist. Die Synchronisation der beiden Drall-Antriebe 35 und 35' erfolgt über die Steuer- und Bedieneinheit 41. Ein sog. Master-Slave-Antrieb erfolgt in der Weise, daß der Servomotor 42, also der dem Endstück 33 des Räumwerk­ zeuges 20 zugeordnete Drall-Antrieb 35, im sogenannten Master-Betrieb und der dem Schaft 38 zugeordnete Drall-Antrieb 35' im sogenannten Sla­ ve-Betrieb erfolgt. Die Verknüpfung mit dem Spindelantrieb 30 erfolgt grundsätzlich in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2. Durch den synchronen Antrieb oder den Master-Slave- Antrieb der Drall-Antriebe 35, 35' erfolgt eine sehr ausgeprägte Reduktion des im Räumwerkzeug 20 auftretenden Torsionsmoments und somit der elastischen Verformung (Verdrillung).
Die Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß das Räumwerkzeug 20 nicht angetrieben wird. Der untere Räumwerkzeughalter 17" ist nicht drehbar sondern dreh­ steif, also drehfest mit dem Zubringerschlitten 11 verbunden. Der Schafthalter 36 des Räumwerkzeugs 20 ist ebenfalls drehfest im unteren Räumwerkzeughalter 17" eingespannt. Das Räumwerkzeug 20 kann sich also nicht um seine Achse 21 drehen. Das Endstück 33 des Räumwerk­ zeugs 20 ist ebenfalls drehfest im Endstückhalter 32 des oberen Räum­ werkzeughalters 31 gehalten. Der obere Räumwerkzeughalter 31 ist gegen­ über der Quertraverse 4 drehbar gelagert und mit einem Dreh-Impuls- Geber 39" gekoppelt, der dem Dreh-Impuls-Geber 39 entspricht, und des­ sen Impulse über die Leitung 40 auf die Steuer- und Bedien-Einheit 41 ge­ geben werden.
Die Werkstück-Vorlage 18" ist mit einem am Werkstück-Hebetisch 10 angebrachten Drallantrieb 35" versehen, so daß das fest in der Werkstück- Vorlage 18" eingespannte Werkstück 19 mittels des Drallantriebs 35 ge­ genüber dem undrehbaren Räumwerkzeug 20 gedreht wird. Der Drall- Antrieb 35" weist auch hier einen Servomotor 42 auf, der von der Steuer- und Bedien-Einheit 41 über eine Steuerleitung 43 angesteuert wird. Die Drallfehler-Kompensation erfolgt wie zuvor beschrieben.
Bei einer vereinfachten Ausführung ist das Räumwerkzeug 20 an beiden Enden drehsteif eingespannt, ohne daß eine aktive Drallfehlerkompensati­ on erfolgt. Es wird aber eine Drallfehlerreduktion erreicht.

Claims (12)

1. Innen-Räummaschine
mit einer Werkstück-Vorlage (18), die zur Aufnahme eines zu räumenden Werkstückes (19) ausgebil­ det ist,
mit einem ersten Räumwerkzeughalter (17), der zur Halterung eines ersten Endes eines Räumwerkzeuges (20) ausgebildet ist, und der auf einer ersten Seite der Werkstück-Vorlage (18) angeordnet ist,
mit einem zweiten Räumwerkzeughalter (31), der zur Halterung eines zweiten Endes eines Räumwerkzeuges (20) ausgebildet ist und der auf einer zweiten Seite der Werkstück-Vorlage (18) angeordnet ist,
mit einem Antrieb (30), der zur Erzeugung eines Räumhubes zwischen den Räumwerk­ zeughaltern (17, 31) mit eingespanntem Räumwerkzeug (20) und der Werkstück-Vorlage (18) mit Werkstück (19) ausgebildet ist, und
mit einem ersten Drall-Antrieb (35), der mit dem ersten oder zweiten Räumwerkzeughalter (17, 31) zur Erzeugung eines Dralls des Räumwerkzeuges (20) während des Räumhubes gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers zwischen Räumwerkzeug (20) und Werkstück (19) während des Räumhubes vorgesehen ist, die der zweiten Seite zwischen der Werkstück-Vorlage (18) und dem zweiten Räumwerkzeughalter (31) oder der ersten Seite zwischen der Werkstück-Vorlage (18) und dem ersten Räumwerkzeug­ halter (17) zugeordnet ist.
2. Innen-Räummaschine
mit einer Werkstück-Vorlage (18"), die zur Aufnahme eines zu räumenden Werkstückes (19) ausgebil­ det ist,
mit einem ersten Räumwerkzeughalter (17"), der zur Halterung eines ersten Endes eines Räumwerkzeuges (20) ausgebildet ist, und der auf einer ersten Seite der Werkstück-Vorlage (18") angeordnet ist,
mit einem zweiten Räumwerkzeughalter (31), der zur Halterung eines zweiten Endes eines Räumwerkzeuges (20) ausgebildet ist und der auf einer zweiten Seite der Werkstück-Vorlage (18") angeord­ net ist,
mit einem Antrieb (30), der zur Erzeugung eines Räumhubes zwischen den Räumwerk­ zeughaltern (17", 31") mit eingespanntem Räumwerkzeug (20) und der Werkstück-Vorlage (18") mit Werkstück (19) ausgebildet ist, und
mit einem ersten Drall-Antrieb (35"), der mit der Werkstück-Vorlage (18") zur Erzeugung eines Dralls des Räumwerkzeugs (20) während des Räumhubes gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers zwischen Räumwerkzeug (20) und Werkstück (19) während des Räumhubes vorgesehen ist, die der zweiten Seite zwischen der Werkstück-Vorlage (18") und dem zweiten Räumwerkzeughalter (31") oder der ersten Sei­ te zwischen der Werkstück-Vorlage (18") und dem ersten Räumwerk­ zeughalter (17") zugeordnet ist.
3. Innen-Räummaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers dem zweiten Ende des Räumwerkzeuges (20) oder dem ersten Ende des Räumwerk­ zeuges (20) zugeordnet ist.
4. Innen-Räummaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers mit dem zweiten oder dem ersten Räumwerkzeughalter (31, 17; 31", 17") ge­ koppelt ist.
5. Innen-Räummaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Drall-Antrieb (35; 35") und die Einrichtung zur Kompen­ sation eines Drallfehlers über eine gemeinsame Steuerung (41) mitein­ ander gekoppelt sind.
6. Innen-Räummaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers eine Drall- Istwert-Erfassungs-Einheit aufweist.
7. Innen-Räummaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Drall-Erfassungs-Einheit ein Dreh-Impuls-Geber (39) ist.
8. Innen-Räummaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung (41) derart ausgebildet ist, daß entspre­ chend einem erfaßten Drall-Istwert ein in der Steuerung (41) gespei­ cherter Drall-Sollwert nachgeregelt wird.
9. Innen-Räummaschine nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers ein zweiter Drall-Antrieb (35') ist.
10. Innen-Räummaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drall-Antrieb (35) und der zweite Drall-Antrieb (35') synchron antreibbar sind.
11. Innen-Räummaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drall-Antrieb (35) im Master-Betrieb und der zweite Drall-Antrieb (35') im Slave-Betrieb betreibbar sind.
12. Innen-Räummaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kompensation eines Drallfehlers nach dem Teach-in-Verfahren arbeitet.
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