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Die
Erfindung betrifft einen Schneideinsatz mit einem im Wesentlichen
quaderförmigen
Grundkörper
mit zwei größeren beabstandeten
Längsflächen, die
durch zwei kleinere Querflächen
und zwei kleinere als Spanflächen
ausgebildete Längsflächen miteinander
verbunden sind, wobei die kleineren Längsflächen mit den angrenzenden Flächen jeweils eine
umlaufende, geschlossene Schnittlinie besitzen, die Schneidkanten
und abgerundete Schneidecken bildet, und wobei die größere Längsfläche jeweils beidseitig über abgerundete
Kanten in die kleinere Querfläche übergeht.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Fräser mit einem linear oder scheibenförmig ausgebildeten Grundkörper, an
dem radial wie tangential Scheideinsätze eingespannt sind.
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Bereits
in der
DE 197 43 971
A1 wird erläutert,
dass bei Zerspanungsarbeiten, bei denen Schneideinsätze gleichzeitig
rotierend wie auch senkrecht zur Rotationsachse vorwärts bewegt
werden, auf einem Werkzeugträger,
insbesondere einem Scheibenfräser,
peripher mehrere Schneideinsätze in
wechselnder lateraler und tangentialer Anordnung vorgesehen sind.
Unter einer tangentialen Anordnung ist zu verstehen, dass der Schneideinsatz
umfangsseitig des Scheibenfräsers
angeordnet ist und in Richtung des Fräswerkzeugmittelpunktes befestigt wird,
wohingegen in einer lateralen Anordnung der Schneideinsatz seitlich
am Fräswerkzeug
angeordnet ist und in axialer Richtung befestigt wird, wobei die
Schneidkante radial ausgerichtet ist. Je nach gewünschter
Schnittbreite des auf einem Träger
und mehreren Schneideinsätzen
bestehenden Werkzeuges sind nebeneinander entsprechend viele Schneideinsätze vorgesehen.
Wegen des nicht unerheblichen Schneideinsatzverschleißes kommen Wendeschneidplatten
mit mehreren nutzbaren Schneiden zum Einsatz. Die Zahl der nutzbaren Schneiden
wird durch die Grundform des Schneideinsatzes festgelegt, wobei
sich bei einem Quader auf jeder Seite maximal vier Schneidkanten ergeben.
Die strenge Quaderform eines Schneideinsatzes, bei der die größeren Längsflächen über abgerundete
Kanten in kleineren Querflächen übergeht, liefert
auf gegenüberliegenden
Seiten zwei Spanflächen
mit jeweils vier Schneidecken, die jeweils durch eine kürzere und
eine längere
Schneidkante gebildet werden. Solche Schneideinsätze sind bei einer Kurbelwellenbearbeitung
im Wesentlichen zur Bearbeitung der seitlichen Wangen, der Hublager
und der Ausformung eines Ölbundes
geeignet.
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Für sog. Unterstich-Bearbeitungen
wird hingegen ein Schneideinsatz verwendet, der unterschiedlich
lange größere Längsflächen besitzt,
die durch jeweils schrägwinklig
angeordnete Querflächen
miteinander verbunden sind, so dass durch diese Querflächen sowie
die entsprechende Kantenabrundungen eine spitzwinklig, aber asymmetrisch
ausgebildete Schneidecke an jedem der vier Quaderenden entsteht.
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Mit
Schneideinsätzen
nach der
DE 197 43 971
A1 wird eine Schneideinsatzvariante beschrieben, bei der
die längeren
Schneidkanten eines quaderförmigen
Schneideinsatzes durch Freimachungen unterbrochen sind, so dass
die jeweils langen Schneidkanten in zwei kurze Schneidkantenabschnitte
aufgeteilt werden.
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Eine
weitere Schneidplatte, insbesondere für Kurbelwellen-Schlichtfräser, wird
in der
EP 129105 A1 beschrieben.
Diese besitzt einen Grundkörper, der
eine Grundfläche,
eine Deckfläche
sowie Seitenflächen
aufweist, die zwischen der Grundfläche und der Deckfläche angeordnet
sind, und wenigstens einen ersten Vorsprung, der auf der Deckfläche an eine Seitenfläche anschließend angeordnet
ist, und wenigstens eine erste Hauptschneidkante, die einen geraden,
zwischen einer der Seitenflächen
und der Deckfläche
definierten Abschnitt und einen gekrümmten Abschnitt aufweist, der
an dem Vorsprung ausgebildet ist, und wenigstens einem zweiten Vorsprung,
der an einer Seitenfläche
an die Grundfläche anschließend angeordnet
ist und eine zweite Hauptschneidkante aufweist, die gekrümmt ist.
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Weitere
Erläuterungen
für Verfahren
zur Bearbeitung von Kurbelwellen durch das Außenfräsen werden beispielsweise in
der
EP 0 830 228 B1 gegeben.
Alternativ zu dem dort verwendeten Scheibenfräser können Kurbelwellen auch durch
sog. Dreh-Räum- oder
Dreh-Dreh-Räum-Werkzeuge
bearbeitet werden. Hierunter versteht man ein lineares Werkzeug,
dass in radialer Richtung auf das zu bearbeitende rotierende Werkstück zugestellt
wird. Auf einem Teilkreisumfang des scheibenförmig ausgebildeten Werkzeugträgers sind
mehrere aufeinander folgende Schneideinsätze angeordnet, die schrittweise
kontinuierlich längs
eines ersten Abschnittes des Scheibenumfanges zunehmen. Dieses Werkzeug wird
entlang eines Teilkreisbogens in radialer Richtung auf das rotierend
bewegte Werkstück
eingeschwenkt, was prinzipiell in der
EP 0 313 644 B1 oder der
EP 0 286 771 A1 beschrieben
wird. Auch auf solchen leistenförmigen
oder scheibenförmigen
Werkzeugträgern
werden geometrisch unterschiedliche Schneideinsatztypen für die Zapfenbearbeitung
und die Fertigung des Unterstiches verwendet.
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Neben
den vorgenannten Verfahren ist auch das sog. Innenfräsen bekannt,
bei dem ebenfalls mit einem scheibenförmigen Fräswerkzeug gearbeitet wird,
allerdings mit der Maßgabe,
dass die Schneideinsätze
an der Innenmantelseite einer Ringscheibe angeordnet sind.
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Die
Kosten für
die Bearbeitung eines Werkstückes,
insbesondere einer Kurbelwelle, setzen sich aus mehreren Komponenten
zusammen. Neben den reinen Bearbeitungszeiten, die durch die Geometrie sowie
das Material der Werkzeuge und hierauf abgestimmte Dreh- oder Fräsgeschwindigkeiten
bestimmt werden, wirken sich Leerlauf-Standzeiten, in denen die
verwendete Werkzeugmaschine umgerüstet werden muss, kostensteigernd
aus. Die Werkzeugkosten lassen sich bekanntlich durch Verwendung
von sog. Wendeschneidplatten vermindern, die mehrere nacheinander
nutzbare Schneiden besitzen, deren Anzahl aufgrund der verwendeten
Geometrie jedoch begrenzt ist.
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Nach
dem Stand der Technik werden beim Kurbelwellenfräsen Wendeschneidplatten verwendet,
in denen die unterschiedlichen Schnittoperationen zur Herstellung
des Kurbelwellendurchmessers, der Kurbelwellenflanken, des Ölbundes
und des Unterstiches mit speziell hierzu ausgebildeten Schneideinsätzen ausgeführt werden.
Im Wesentlichen werden für
die Unterstichfertigung sowie die Durchmesserbearbeitung und die Ölbundbearbeitung
einer Kurbelwelle unterschiedliche Schneideinsätze benutzt.
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Die
Optimierung solcher Schneideinsätze
für jeweils
nur eine Bearbeitungsart, d. h. eine Unterstichfertigung, ist weitgehend
ausgereizt, da wegen geometrischer Voraussetzungen die Zahl der
verwendbaren Schneidkanten nicht mehr gesteigert werden kann. Allerdings
ist es von Nachteil, dass auf den Werkzeugträgern jeweils unterschiedliche
Sorten von Schneideinsätzen
montiert werden müssen, was
zur Verwechslungen während
der Montage führen
kann. Fehlmontierte Werkzeuge können
jedoch ihre Funktion entweder nicht oder nur unzureichend erfüllen, schlimmstenfalls
führt ein
deplatzierter Schneideinsatz sogar zu einer irreparablen Werkstückschädigung.
Darüber
hinaus hat eine Vielzahl von Werkzeugen mit unterschiedlichen Geometrien den
Nachteil erhöhter
Lagerkosten, die ebenfalls bei der Berechnung der Werkstückkosten
negativ zu Buche schlagen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz
und ein Fräswerkzeug zu
schaffen, mit denen die vorstehenden Nachteile beseitigt werden.
Insbesondere soll das Schneidwerkzeug möglichst viele unterschiedliche
Schnittoperationen, welche bei der Bearbeitung einer Kurbelwelle
erforderlich sind, ausführen
können.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1 gelöst. Dieser
Schneideinsatz ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der abgerundeten
Schneidecken gegenüber
einer Grundform, die durch die beidseitigen Schnittlinien der größeren Längsflächen mit
der kleineren Längsfläche bestimmt
wird, vorspringend ausgebildet ist, wobei jeder Vorsprung eine schräg oder rechtwinklig
zu jedem benachbarten linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt
verlaufende Anstiegsflanke aufweist, der sich vorzugsweise ein Linearstück anschließt, das
in einen gerundeten Eckbereich übergeht.
Vorzugsweise erstreckt sich dieser vorspringende Bereich über die
gesamte Breite der größeren Längsfläche und
wird durch eine Wulst gebildet, so dass an beiden Enden der Wulst
spiegelsymmetrisch Vorsprünge
gebildet werden. Anders als bei einer reinen Quaderform mit abgerundeten
Ecken, bei der die kleinste Schnittbreite durch die Höhe der kleineren Querfläche bzw.
den Abstand der größeren Längsflächen bestimmt
wird, können
mit dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz
wegen des Vorsprungs auch schmalere Unterstiche gefertigt werden.
Da auf einer Spanfläche
nur eine Schneidecke vorspringend ausgebildet ist, bleiben an den übrigen drei
Ecken die sich aus der Quaderform ergebenden Konturen erhalten,
insbesondere steht eine lange Schneidkante zur Verfügung, die
beidseitig durch zwei Schneidecken flankiert wird. Diese lange Schneide
ist insbesondere für
Durchmesser-Bearbeitungen, insbesondere Schrupparbeiten verwendbar.
Wie im Einzelnen noch anhand der Beschreibung des Ausführungsbeispiels
erläutert
werden wird, ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz insgesamt
acht nutzbare Schneiden, die in folgender Weise verwendbar sind:
Der
Vorsprung sowie die angrenzende lange Schneidkante sind für die Unterstichfertigung
und die Durchmesserbearbeitung (insbesondere Unterstichbearbeitung)
zu benutzen. Hierzu wird der Schneideinsatz tangential eingespannt.
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Ebenfalls
in tangentialer Einspannung, allerdings um 180° gedreht, kann ein Zapfendurchmesser zusammen
mit einem abgebrochenen Ölbund
gefertigt werden. Die dem Vorsprung diametral gegenüberliegende
Schneidecke lässt
sich zur Schruppbearbeitung eines Ölbundes (bei lateraler bzw.
radialer Schneideinsatzausrichtung) verwenden. Schließlich kann
die kurze Schneidkante zur Durchmesser-Schruppbearbeitung bei lateraler
Einspannung des Schneideinsatzes benutzt werden.
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Die
Kontur des Vorsprungs bzw. der Wulst wird im Wesentlichen durch
die Geometrie des herzustellenden Unterstiches bzw. des Ölbundes
bestimmt. Dabei besitzt jeder Vorsprung eine Anstiegsflanke, die
schräg
oder rechtwinklig zum benachbarten linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt
verläuft,
wobei sich dieser Anstiegsflanke vorzugsweise ein Linearstück anschließt, dass
in einen gerundeten Eckenbereich übergeht. Der Vorsprung des Schneideinsatzes
kann symmetrisch oder asymmetrisch zu einer durch die betreffende
Ecke gelegte Winkelhalbierende ausgebildet sein.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes besitzt
der gerundete Eckenbereich des Vorsprungs bzw. vorspringenden Schneidkantenabschnittes
einen Radius, der maximal gleich groß, vorzugsweise kleiner ist
als die Eckenradien der übrigen
Schneidecken. Beispielsweise können
drei Schneidecken gleich große
Radien von 2,5 mm und der Vorsprung einen Schneideckenradius von
1,8 mm besitzen.
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Vorzugsweise
ist der Radius des vorspringen ausgebildeten Eckenbereiches maximal
3 mm, weiterhin vorzugsweise 1,7 mm bis 2,5 mm.
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Die Übergangsbereiche
vom linear verlaufenden Schneidkantenabschnitt zur Anstiegsflanke sind
abgerundet und besitzen nach einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung einen Radius von 0,5 mm +/– 0,1 mm.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch einen Fräser nach
Anspruch 7 gelöst.
Dieser Fräser
ist wenigstens zum Teil mit Schneideinsätzen der vorgeschriebenen Art
bestückt,
vorzugsweise ausschließlich
mit solchen Schneideinsätzen,
die abwechselnd in alternierender Folge lateral (radial) und tangential
eingespannt sind.
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Weitere
Vorteile sowie Ausführungsformen werden
anhand der Zeichnungen im Folgenden erläutert. Es zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes,
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1a eine
Teilansicht des Vorsprungs,
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2 eine
Draufsicht auf die Spanfläche
des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes
in einer weiteren Ausführungsform,
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3 eine
perspektivische schematische Teilansicht eines Werkzeugfräsers in
einer ersten Ausführungsform
und
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Werkzeugfräsers in einer zweiten Ausführungsform.
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Der
erfindungsgemäße Schneideinsatz
besitzt zwei parallel zueinander angeordnete größere Längsflächen 10 und 11,
zwei kleinere Querflächen 12 und 13 sowie
zwei gegenüberliegend
angeordnete kleinere Längsflächen 14,
die als Spanfläche
ausgebildet sind. Erfindungsgemäß weist
der Schneideinsatz gegenüber
der streng geometrischen Quaderform mit abgerundeten Ecken einen
Vorsprung 15 auf, der beidseitig auf der Spanfläche als Stirnfläche einer
Wulst 16 gebildet wird, die sich über die gesamte Breite des
Schneideinsatzes erstreckt. Durch diese Geometrie ergeben sich eine
lange Schneidkante 17, die jeweils beidseitig durch Schneidecken 18 und 19 flankiert
wird, eine kurze Schneidkante 20, die durch die Schneidecken 18 und 21 flankiert
wird sowie eine weitere lange Schneidkante 22, der sich
auf einer Seite der Vorsprung 15 und auf der anderen Seite
die Schneidkante 21 anschließt. Der Vorsprung 15 besitzt,
wie aus 1a zu erkennen ist, einen abgerundeten
Bereich 151 sowie zwei sich hieran anschließende Linearstücke 152 und 153,
die entweder über
eine schräge
Anstiegsflanke 154 oder eine rechtwinklig angeordnete Anstiegsflanke 155 flankiert
werden, denen sich die Schneidkante 13 bzw. 22 anschließt. Ggf.
kann noch ein Freistich 156 vorgesehen sein.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich, kann wenigstens
teilweise entlang der Schneidkanten eine Fase 23 vorgesehen
sein, die lediglich im Bereich des Linearstückes 153 und im Bereich
des Freistiches 156 unterbrochen wird.
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Des
Weiteren kann der Schneideinsatz abfallende Flanken 24 besitzen,
die unter einem positiven (Span-)Winkel angeordnet sind. Selbstverständlich besteht
die Möglichkeit,
dass im Bereich der abfallenden Flanken oder in dem mittleren Bereich 25, der
durch die abfallenden Flanken 24 umrahmt wird, Spanformelemente
in der Gestalt von Erhebungen und/oder Vertiefungen angeordnet sind.
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Die
Radien in den Schneidecken 18, 19 und 21 betragen
nach einer konkreten Ausführungsform 2,5
mm, wohingegen der Eckenradius des Schneideckenbereichs 151 einen
kleineren Radius, zum Beispiel von 1,8 mm besitzt. Die Schutzfase 23 sollte möglichst
kleiner als 0,1 mm, insbesondere 0,08 mm breit sein. Die kürzere Querfläche 13 wird
nicht exakt parallel zur Querfläche 12 ausgerichtet,
sondern in einem Winkel von ca. 5° hierzu
nach Innen geführt.
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Die
Schneideinsätze
besitzen eine Durchgangsbohrung 26 zur Aufnahme einer Spannschraube.
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3 und 4 zeigen
mögliche
Verwendungen der erfindungsgemäßen Schneideinsätze in einem
Scheibenfräsen 30.
Die erfindungsgemäße Schneideinsätze 31 und 32 sind
tangential eingespannt, wobei deren Schneidkanten 22 (siehe 1) in
Verbindung mit dem Vorsprung 15 die Fertigung eines Unterstiches
mit einer Zapfenbearbeitung, insbesondere als Schlichtbearbeitung
dienen. Die lateral eingespannten und nach dem Stand der Technik
bekannten Schneideinsätze 33 und 34 besitzen
einen im Wesentlichen ausgebildete spitzwinklige Schneidkante, mit
der ein Unterstich durch Schruppbearbeitung hergestellt wird. Entsprechend
dem vorbeschriebenen Aufgabenbereich sind die Vorsprünge 15 des
erfindungsgemäßen Schneideinsatzes
so angeordnet, dass sie die Schneidkanten der Schneidsätze 33 und 34 leicht überragen.
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4 zeigt
einen Fräser,
bei dem ausschließlich
erfindungsgemäße Schneideinsätze in lateraler
und tangentialer Einspannung verwendet werden. Der tangential eingespannte
Schneideinsatz 35 schneidet sowohl einen Zapfendurchmesser
als (seitlich) einen Ölbund.
Der Schneideinsatz 36 ist lateral am Werkzeugträger 30 befestigt,
wobei dessen Schneide 37 als lateraler Hauptschneide benutzt wird.
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Der
Schneideinsatz 38 dient mit seiner Schneide 39 zur
Bearbeitung eines Ölbundes.
Sämtliche
Schneideinsätze
gemäß 4 dienen
zum Schruppen (Grobbearbeiten) einer Kurbelwelle, wohingegen die
Schneideinsätze 31 und 32 zur Schlichtbearbeitung
verwendet werden.
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Aus
vorstehenden Ausführungen
ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Wendeschneidplatte insgesamt
acht nutzbare Schneiden besitzt, mit denen folgende vier Bearbeitungsschritte
durchgeführt werden
können,
nämlich
die Schlichtfertigung eines Unterstiches in Verbindung mit einer
Zapfendurchmesserbearbeitung, die Durchmesserschruppbearbeitung
sowie die Bearbeitung eines abgebrochenen Ölbunds, die Ölbundbearbeitung
(durch Vorsprung 15) und die Durchmesserschruppbearbeitung
in Verbindung mit der Tangentialbearbeitung. Je nach Ausrichtung
des Schneideinsatzes auf einem Werkzeugträger (insbesondere einem Scheibenfräser) kann eine
Schlicht- oder eine Schrupp-Zerspanung durchgeführt werden.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung können
die Schneideinsätze
auch in nach dem Stand der Technik bekannten Kassetten eingespannt
und entsprechend ausgerichtet werden.
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Mit
den erfindungsgemäßen Schneideinsätzen bzw.
Fräsern
ist die Bearbeitung von Nichteisenmetallen, Eisen, sowie insbesondere
Stahl und Guss möglich.
Die Schneideinsätze
bestehen aus einem Hartmetall oder einem Cermet, der je nach Zerspanungsart
und Werkstücksorte
auch mit ein- oder mehrlagigen Beschichtungen, z. B. Metallcarbiden, Nitriden
oder Carbon-Nitriden oder Aluminiumoxyd beschichtet sein kann.
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Die
besonderen Vorteile des neuen Schneideinsatzes bestehen darin, dass
vier unterschiedliche Schneideinsätze ersetzt werden können, wodurch
die Lagerhaltung erheblich vereinfacht wird. Die hieraus resultierenden
verminderten Lagerkosten wirken sich auch reduzierend auf die Fertigungskosten
aus. Weitere Einsparungen ergeben sich daraus, dass für die Werkzeugfertigung
eine geringere Anzahl von Pressen und Schleifwerkzeugen benötigt werden,
da anstelle von vier unterschiedlichen Werkzeuggeometrien nur eine
einzige Werkzeuggeometrie hergestellt werden muss.