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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Honen der Innenfläche einer Bohrung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Honwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Beim Honen von Bohrungen sind in der Regel zwei Honoperationen erforderlich. Mit der ersten Honoperation wird eine Korrektur von Durchmesser und Formgenauigkeit erreicht, mit der zweiten Honoperation die Oberfläche geglättet. Diese zwei Honvorgänge erfolgen seither mit Honmaschinen, die für je einen Honvorgang eine Spindel, also insgesamt zwei Spindeln aufweisen. Will man mit nur einer Spindel arbeiten, so ist ein Werkzeug mit einem Doppelzustellsystem erforderlich, das es ermöglicht, in einem Werkzeug zwei Gruppen von Honleisten unabhängig voneinander zuzustellen. Im Übrigen ist diese aus konstruktiven Gründen lediglich bei Durchmessern von mehr als 60 mm möglich (Flores, Grundlagen und Anwendungen des Honens, Vulkan-Verlag, Essen (1992), S. 114).
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Aus der
DE 196 34 415 A1 ist ein Honwerkzeug bekannt, das zur Bearbeitung von mehreren miteinander fluchtend in Reihe angeordneten Bohrungen, beispielsweise den Steuerbohrungen von Hydraulikventilen oder Kurbelwellenlagerbohrungen von Brennkraftmaschinen, in axialer Richtung gegeneinander versetzt drei Gruppen von getrennt radial zustellbaren Leisten aufweist. Das Werkzeug beziehungsweise das Verfahren arbeitet mit nur einem Arbeitshub, mit dem das Werkzeug durch die Bohrungen hindurch gefahren wird. Das Sollmaß der Bohrung wird vor der Bearbeitung eingestellt. Eine Aufweitung während der Bearbeitung erfolgt nicht. Der eigentliche Honbereich, gebildet durch die mittlere Gruppe von Honleisten, überdeckt mindestens zwei, vorzugsweise drei der axial aufeinander folgend fluchtend angeordneten Bohrungen gleichzeitig. Die zuvorderst angeordnete Gruppe von Honleisten bildet einen Führungsschneidbereich, die in axialer Richtung eine dritte Gruppe von Leisten einen Nachschneidebereich.
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Mit einem Arbeitshub werden also gleichzeitig mehrere Bohrungen bearbeitet, wobei der dem Honbereich vorgeordnete Führungsschneidbereich und der dem Honbereich nachgeordnete Nachschneidebereich eine konzentrische Führung des Werkzeugs und Bearbeitung der mehreren fluchtend angeordneten Bohrungen sicherstellen sollen.
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Aus der
WO 92/18287 (=
EP 0 535 201 ) ist ein Honwerkzeug zur Bearbeitung von Sacklochbohrungen bekannt, bei dem für den Endbereich der Sacklochbohrung eine separate Gruppe von Honleisten vorgesehen ist. Die beiden Gruppen von Honleisten werden durch ein Doppel-Zustellsystem separat betätigt.
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Aus der
EP 0 610 498 ist ein Reibhonwerkzeug mit entlang der Außenseite des Werkzeugkörpers in axialer Richtung hintereinander unterschiedlich ausgebildeten Honbelägen bekannt.
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Aus der
DE 32 43 693 ist ein Reibhonwerkzeug bekannt, das in den unteren und oberen Führungsbereichen flächendeckende Verschleißschutzschichten mit feiner Diamantkörnung und hoher Konzentration aufweist, zwischen denen der Schneidbelag mit grober Körnung angeordnet ist.
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Aus der
DE 1 652 075 A ist ein nachstellbares Honwerkzeug bekannt, bei dem, in Achsrichtung aufeinander folgend, zwei oder mehr Schalensegmentpaare angeordnet sind, und der Spreizdorn, der zur radialen Zustellung der Schalensegmente dient, ebenfalls in Achsrichtung hintereinander, mehrere Schrägflächenpaare aufweist, um bei einer axialen Verschiebung gleichzeitig alle Schalensegmente radial zustellen zu können. Dies dient dazu, um mit gleichen genormten Bauteilen verschieden lange Werkzeuge bereitstellen zu können, mit denen erheblich verschieden lange Werkstückbohrung wirtschaftlich bearbeitet werden können. Aus der
GB 555,653 A ist eine ähnliche Anordnung zum Honen spiralig verlaufender Nuten in Bohrungen bekannt.
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Der Erfindung liegt, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1 die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ud Werkzeug zuschaffen, mit dem zwei Honoperationen in einfacherer Weise als nach dem Stande der Technik durchgeführt werden können. Damit soll insbesondere die Bearbeitung von Zahnradbohrungen und Pleuelaugen vereinfacht bzw. verbessert werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Werkzeug nach Anspruch 8. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es stellen dar:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel;
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2 die Durchführung der ersten Honoperation;
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3 die Durchführung der zweiten Honoperation;
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Honwerkzeug 1 mit zwei in axialer Richtung hintereinander angeordneten Gruppen von Honleisten 10 (1. Leistensatz) und einer zweiten Gruppe von Honleisten 20 (2. Leistensatz). Die Honleisten 10 beziehungsweise 20 sind mit einem Honbelag 11 (grobe Körnung, Vorhonen) beziehungsweise 21 (feine Körnung, Fertighonen) belegt. Die Honleisten 10 und 20 sind in einem Werkzeugkörper 2 radial verschiebbar angeordnet. Der Werkzeugkörper 2 ist mit der Spindel 100 einer Honmaschine verbunden, die in bekannter Weise gedreht und dabei gleichzeitig hin und her beziehungsweise auf und ab bewegt wird, so dass bei Bearbeitung auf der Innenfläche einer Bohrung 7 eines Werkstücks 8 (vgl. 2 und 3) das für das Honen typische Kreuzschliffmuster erzeugt wird.
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In dem Werkzeugkörper 2 ist ein Zustellkörper 3 axial verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung in axialer Richtung erfolgt von der Honmaschine her, und zwar unabhängig von der des Werkzeugkörpers 2. Der Zustellkörper 3 weist einen ersten Zustellkonus 22 und einen zweiten Zustellkonus 12 auf. Die beiden Zustellkonusse 12 und 22 weisen konische Außenflächen 13 beziehungsweise 23 auf, die mit Keilflächen 14 beziehungsweise Keilflächen 24 der Honleisten 10 der ersten Gruppe beziehungsweise der Honleisten 20 der zweiten Gruppe zusammenwirken, so dass eine axiale Bewegung des Zustellkörpers 3 eine gleichzeitige radiale Verstellung der Honleisten beider Gruppen bewirkt wird. Der Vorteil ist eine erhebliche konstruktive Vereinfachung dadurch, dass nur ein Zustellkörper und damit nur ein Zustellsystem benötigt wird.
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Auf der Außenseite des Werkzeugkörpers 2 sind Blattfedern 5 vorgesehen, die auf an den Honleisten vorgesehene Druckflächen 6 einwirken, um die Honleisten in radialer Richtung einwärts zurückzustellen, wenn der Zustellkörper 3 nach oben bewegt wird, und damit die Honleisten für eine Bewegung einwärts in radialer Richtung freigibt.
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Im Betrieb nach den 2 und 3 sind die Honleisten 10 und 20 mit unterschiedlichen Schneidmittelkörnungen versehen, die den unterschiedlichen aufeinander folgenden Honoperationen entsprechend ausgewählt sind. In der ersten Honoperation (2) werden die Honleisten 10, meist versehen mit Honbelägen 11 grober Körnung, zur Korrektur von Durchmesser und Form- und Lagegenauigkeit in die Bohrung 7 eines Werkstückes 8 eingeführt, auf die Innenfläche der Bohrung 7 zugestellt und die Innenfläche der Bohrung 7 bearbeitet. Diese erste Honoperation findet – wie beim Honen üblich – durch Drehung des Honwerkzeugs 1 bei gleichzeitiger Auf- und Abbewegung um die strichpunktiert eingezeichnete Hub-Mittellage A statt, wobei jeweils eine Bewegungsumkehr der Honleisten 10 erfolgt, wenn sie bis etwa zu einem Drittel ihrer Länge aus der Bohrung 7 ausgefahren worden sind. Dabei ist das Werkstück 8 auf einer Werkstückaufnahme 50 aufgelegt und dort durch (nicht gezeigte) Mittel gehalten.
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Bei der zweiten Honoperation (3) befindet sich das Honwerkzeug 1 in einer tieferen Lage, und zwar tiefer um den Betrag, um den die beiden Gruppen Honleisten 10, 20 am Honwerkzeug 1 in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind. Dabei befinden sich die ersten Honleisten 10 in der Aufnahmeöffnung 51 der Werkstückaufnahme 50. Sie leisten während der zweiten Honoperation keinen Beitrag zur Bearbeitung. Die Bohrung 7 wird vielmehr durch die Honleisten 20 der zweiten Gruppe Honleisten bearbeitet.
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Es ist also bei der ersten Honoperation ausschließlich die erste Gruppe Honleisten 10 und bei der zweiten Honoperation 20 ausschließlich die zweite Gruppe Honleisten 20 im Einsatz. Beide werden gemeinsam und somit gleichzeitig von der Honmaschine her durch Verschiebung des Zustellkörpers 3 radial auf die Innenfläche der Bohrung 7 zugestellt, die dann in der zweiten Honoperation bearbeitet wird, und zwar wiederum dadurch, dass – wie beim Honen üblich – das Honwerkzeug gleichzeitig gedreht und auf und ab bewegt wird. Es wird also durch Höhenverstellung des Werkzeugs in verschiedene Höhenpositionen die Innenfläche der Bohrung 7 zunächst nur von den Honleisten 10 und dann nur von den Honleisten 20 bearbeitet, obwohl beide Gruppen von Honleisten stets durch den nur einen Zustellkörper 3 verschoben werden.
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Zum Übergang von der ersten Honoperation zur zweiten Honoperation ist es lediglich erforderlich, dass die Honleisten 10 so weit radial zurückgestellt werden, dass auch die Honleisten 20 so weit zurückgestellt sind, dass sie ohne Kontakt mit der Innenfläche der Bohrung 7 des Werkstückes 8 in diese eingefahren werden können. Anschließend werden die Honleisten 20 radial ausgefahren, wobei sowohl in der ersten Honoperation (2) als auch in der zweiten Honoperation (3) jeweils beide Gruppen von Honleisten infolge der Bewegung des Zustellkörpers 3 radial ausgefahren werden, jedoch in jedem der Fälle nur eine Gruppe von Honleisten bei der Bearbeitung der Bohrung 8 wirksam wird, nämlich bei der ersten Honoperation die Honleisten 10 und bei der zweiten Honoperation die Honleisten 20. In dieser Lage erfolgt dann die Honbewegung, in der einer Drehbewegung eine axiale Hin/Her- beziehungsweise Auf/Ab-Bewegung überlagert ist.
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Die erhebliche Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die Bearbeitung einer Bohrung durch Honen mit unterschiedlichen Honleisten erfolgt, die auf einem Werkzeugkörper axial versetzt angeordnet sind und somit immer gleichzeitig radial zugestellt werden, von denen aber infolge der Verschiebung des Honwerkzeuges in unterschiedliche Höhenpositionen immer nur ein Honleistensatz eine Bearbeitung durchführt, während sich der andere Honleistensatz außerhalb der zu bearbeitenden Bohrung befindet.
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Die „Mittel”-Lage des Honwerkzeugs 1, um die das Honwerkzeug 1 bei der Honoperation auf und ab bewegt wird, ist in beiden Honoperationen unterschiedlich, nämlich bei der zweiten Honoperation (3) tiefer gegenüber der ersten Honoperation (2), und zwar soweit wie dies erforderlich ist, damit nicht die erste Gruppe Honleisten 10, sondern die zweite Gruppe Honleisten 20 zum Einsatz kommt (siehe oben).
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Das Werkzeug ist einfach aufgebaut. Bei Verwendung nur eines Zustellsystems (Zustellkörper 3) können die Bearbeitungszeiten erheblich verkürzt werden, indem zwischen den beiden Honoperationen lediglich die Hublage (Mittellage der Auf- und Abbewegung des Honwerkzeugs 1) verändert und der Zustellkörper 3 einmal auf und ab bewegt werden muss. Die durch eine Zurückstellung der Honleisten und eine erneute Zustellung erforderliche „Nebenzeit” wird erheblich verringert und somit der Bearbeitungsprozess verkürzt. Die Produktivität steigt. Darüber hinaus sind geringere Investitionskosten für eine autarke Fertigungseinheit, mit der zwei Honoperationen auf nur einer Spindel nacheinander durchgeführt werden können, notwendig. Man benötigt jetzt nur noch eine Standardmaschine mit einer Spindel und einem einfachen Zustellsystem. Im Falle einer einspindligen Honmaschine war seither ein Doppelzustellsystem notwendig. Demgegenüber sind die Bearbeitungszeit und die Investitionskosten bei dem vorliegenden Verfahren unter Verwendung des vorliegenden Honwerkzeugs geringer. Darüber hinaus verbleibt das Werkstück bei beiden Honoperationen in seiner Position, so dass durch die nur eine Aufspannung keine Spannfehler und durch ein Weitertakten, wie es ansonsten erforderlich wäre, keine Positionsungenauigkeiten entstehen können.
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Das Verfahren wird auf einer autarken Funktionseinheit in Standardbauweise realisiert. Dies kommt dem Bestreben der modernen Fertigungsplanung entgegen, nicht mehrere verkettete Mehrspindelmaschinen, sondern ein oder mehrere autarke Einzelmaschinen zu verwenden. Dadurch wird bei wechselnden Stückzahlvorgaben und unterschiedlichen Werkstücktypen mehr Flexibilität möglich.
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Beide Gruppen von Honleisten sind auf einen gemeinsamen Nenndurchmesser ausgelegt. Die jeweiligen Arbeitsdurchmesser der einzelnen Honleisten werden durch die mit der vorhergehenden Bearbeitung vorgegebenen Durchmesser, die Aufteilung der Honzugaben auf die beiden Honoperationen und das geforderte Fertigmaß bestimmt.
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Es besteht auch die Möglichkeit, ab einem bestimmten Durchmesser für beide Gruppen von Honleisten unabhängig voneinander arbeitende Messsysteme (Luftmesssysteme) einzusetzen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den 1–3 wird der Zustellkörper bei der Zustellung nur in einer Richtung eingesetzt. Die Gruppe Honleisten, die sich in der Bohrung befindet, wird gegen die Wand der Bohrung 7 zugestellt. Die Rückstellung erfolgt durch die Blattfedern 5, die auf die Druckflächen 6 der Honleisten wirken.
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Welche Gruppe von Honleisten für welche Operation eingesetzt wird, ist grundsätzlich beliebig. Bei Bearbeitungen mit höheren Anforderungen an die Rechtwinkligkeit der Bohrung gegenüber der Aufspannfläche empfiehlt sich allerdings – anders als in den 2 und 3 – der Einsatz der oberen Honleisten zum Vorhonen, da durch die geringere Auskragung gegenüber der Aufnahme an einer Spindel 100 eine höhere Stabilität und somit eine bessere Korrektur der Rechtwinkligkeit erreicht werden kann. An den oberen Honleisten können höhere Rundlaufgenauigkeiten erreicht werden. In der ersten Honoperation kann man dann bereits die gewünschte Maß- und Formgenauigkeit erreichen, so dass in der zweiten Honoperation, bei der das Honwerkzeug eine größere Auskragung (auskragende Länge = Abstand Honleisten/Spindel) aufweist, nur noch geglättet werden muss.
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Die einzelnen Bearbeitungsschritte sind:
- 1. Vorhonen mit den Honleisten 10 der ersten Gruppe in einer ersten Hubposition;
- 2. Zurückstellen der Honleisten der ersten Gruppe, Ausfahren aus der Bohrung.
Der Rücklaufweg kann durch unterschiedliche Leistung und Verschleiß verschieden sein, ist jedoch maximal so groß wie der Belag der Honleisten hoch ist. Die Rücklaufzeit und dementsprechend auch Taktzeit ist damit sehr kurz.
- 3. Höhenverstellung des Honwerkzeugs und Anfahren der zweiten Hubposition für die zweite Gruppe Honleisten;
- 4. Zustellung der zweiten Gruppe der Honleisten bis zur Anlage an der Innenfläche der Bohrung;
- 5. Fertighonen mit den Honleisten der zweiten Gruppe;
- 6. Zurückstellen der Honleisten und Ausfahren des Werkzeugs.
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Es ist noch anzumerken, dass dasselbe Prinzip-Zustellung mehrerer axial versetzter Gruppen von Werkzeugen, von denen sich nur eine in Bearbeitungsstellung befindet, aber alle von nur einem Zustellkörper radial zugestellt werden – auch bei mehr als zwei Gruppen von Bearbeitungswerkzeugen anwendbar ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs ist in 4 dargestellt. Es unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass bei dem Honwerkzeug 4 die Honleisten 60 der ersten Gruppe und die Honleisten 70 der zweiten Gruppe sowie deren Keilflächen 64 und 74 sowie die zugeordneten konischen Außenflächen 63 und 73 der Zustellkonusse 62 und 72 des Zustellkörpers 53 zueinander entgegengesetzt geneigt sind. Die untere Gruppe Honleisten 63 wird zum Vorhonen bei Abwärtsbewegung des Zustellkörpers gegen die Wand einer Bohrung zugestellt. Währenddessen befindet sich die zweite Gruppe Honleisten 20 außerhalb der Bohrung und wird beim Vorhonen der Honleisten 10 der ersten Gruppe mit zunehmendem Abtragen der Innenfläche der zu bearbeitenden Bohrung 7 freigegeben und von den Blattfedern zurückgestellt. Umgekehrt läuft das Verfahren ab, wenn sich die Honleisten 70 der zweiten Gruppe in der Bohrung 7 befinden. Infolge der entgegengesetzten Neigung der Außenfläche 73 des Zustellkonus 72 werden die Honleisten 70 zunehmend freigegeben und von den Blattfedern 5 radial einwärts zurückgestellt.
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Dieses Werkzeug arbeitet wie folgt:
- 1. Vorhonen mit den Honleisten 63 der ersten Gruppe Honleisten
- 2. Zurückfahren der Honleisten 63, so dass diese aus der Bohrung 7 herausgefahren und die Honleisten 73 der zweiten Gruppe Honleisten 73 in die Bohrung 7 eingefahren werden können.
Eine Berücksichtigung einer Rücklaufzeit ist nicht mehr notwendig, da die Honleisten 73 der zweiten Gruppe nach Schritt 1 auf dem kleineren Durchmesser positioniert sind. Es geht also keine Rücklaufzeit in die Taktzeit ein. Die Zustellbewegung in radialer Richtung kann bereits während dem axialen Verfahren des Honwerkzeugs erfolgen.
- 3. Höhenverstellung des Honwerkzeugs und Anfahren der Hubposition für die Honleisten 73 der zweiten Gruppe;
- 4. Zustellung der zweiten Gruppe Honleisten;
- 5. Fertighonen mit den Honleisten der zweiten Gruppe;
- 6. Zurückstellen der Honleisten der zweiten Gruppe und Ausfahren des Honwerkzeugs.
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Die Rückstellung der Honleisten kann – in bekannter Weise – auch anstatt durch die Blattfedern 5 durch einen Rückholstift erfolgen, der bei einer Relativbewegung des Zustellkonus gegenüber der Honleiste in einer axialen Richtung diesen mitnimmt, während er bei der Relativbewegung in der anderen Richtung (abwärts) sich in eine Bohrung in der Honleiste hineinschiebt und dabei die Honleiste radial nach außen zustellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Honwerkzeug (1–3)
- 2
- Werkzeugkörper
- 3
- Zustellkörper
- 4
- Honwerkzeug (4)
- 5
- Blattfedern
- 6
- Druckfläche
- 7
- Bohrung
- 8
- Werkstück
- 10
- Honleisten der ersten Gruppe
- 11
- Honbelag von 10
- 12
- erster Zustellkonus an 3
- 13
- konische Außenfläche von 12
- 14
- Keilflächen an 10
- 20
- Honleisten der zweiten Gruppe
- 21
- Honbelag von 20
- 22
- zweiter Zustellkonus an 3
- 23
- konische Außenfläche von 22
- 24
- Keilflächen an 20
- 50
- Werkstückaufnahme
- 51
- Aufnahmeöffnung
- 53
- Zustellkörper
- 60
- Honleisten der ersten Gruppe
- 61
- Honbelag von 60
- 62
- erster Zustellkonus an 3
- 63
- Konische Außenfläche von 62
- 64
- Keilflächen von 60
- 70
- Honleisten der zweiten Gruppe
- 71
- Honbelag von 70
- 72
- zweiter Zustellkonus an 3
- 73
- konische Außenfläche von 62
- 74
- Keilflächen von 70
- 100
- Spindel
