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Die Erfindung betrifft ein rotienrendes spanabhebendes Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik:
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Rotierende Zerspanungswerkzeuge mit Stütz- bzw. Führungsleisten werden regelmäßig bei der Herstellung von sehr genauen Bohrungen, welche ggf. zusätzlich eine sehr hohe Oberflächengüte aufweisen müssen, eingesetzt.
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Dabei handelt es sich auch oftmals um Bohrungen, die im Verhältnis zum Bearbeitungsdurchmesser vergleichsweise tief sind.
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In der Wandung einer solchen Bohrung können zudem Ausnehmungen bzw. Stichkanäle angeordnet sein. Eine Ausführungsform eines rotierenden Zerspanungswerkzeugs ist z.B. eine Einmesser-Reibahle, die eine Schneide und mehrere am Umfang angeordnete Führungsleisten besitzt.
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Führungsleisten und Schneiden können z.B. aus Hartmetall-, Cermet-, PKD- (polykristallinen Diamant-) oder CBN-(Kohlenstoffbohrnitrid-) Werkstoffen hergestellt werden.
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Stützleisten bzw. Führungsleisten für derartige Zerspanungswerkzeuge sind regelmäßig um 0,003 mm bis 0,015 mm im Durchmesser kleiner als herzustellende Bohrungen und weisen häufig eine konkave Außenform durch einen Rundschliff auf. Zusätzlich können Anschnitte und Einführungsphasen vorhanden sein.
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Beim Zerspanungsvorgang werden ölhaltige Emulsionen mit einem relativ hohen Fettgehalt oder gleich Öle verwendet, um zu verhindern, dass bei einer Berührung der Stützleisten mit der Werkstoffwandung eine Materialreibung und dadurch Beschädigungen am Werkstück oder an den Führungsleisten entstehen. Zugleich dienen derartige Schmierstoffe auch zur Kühlung von Schneidplatten und unterstützen den Abtransport von Spänen. Die Schmierstoffe werden meist über im Werkzeug integrierte Kanäle in den Bereich von Stützleisten bzw. Schneiden zugeführt.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
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Ausgehend von dem in der
DE 197 28 157 A1 offenbarten Werkzeug liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Werkzeug mit Führungsleisten derart zur Verfügung zu stellen, dass eine Benetzung mit Kühl- und/oder Schmiermittel gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung geht von einem rotierenden spanabhebenden Werkzeug mit einem Grundträger aus, wobei am Grundträger in einem Schneidenbereich wenigstens eine Schneide und wenigstens eine Führungsleiste angeordnet sind, und wobei im Grundträger ein Kühl-/Schmiermittelkanal verläuft. Eine oder mehrere Austrittsöffnungen des Kühlkanals sind in der wenigstens eine Führungsleiste und/oder bezogen auf die Drehrichtung voreilend zur Führungsleiste derart angeordnet, dass eine flächendeckende Kühlung/Schmierung der wenigstens einen Führungsleiste entlang ihrer axialen Erstreckung gewährleistet ist. Ein Kühlkanalbereich ist vor einer Austrittsöffnung im Querschnitt gebogen ausgebildet mit einer Richtungswirkung entgegen einer Drehrichtung des Werkzeugs.
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Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug kann entgegen der Drehrichtung des Werkzeugs eine Sprühwirkung von Kühl-/Schmiermittel erreicht werden, um z.B. ein auf diesen Bereich zueilenden Führungsleistenabschnitts sicher mit Kühl-/Schmiermittel benetzen zu können.
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Beispielsweise ist der Bereich vor einer Austrittsöffnung schweifförmig ausgebildet mit einem sich verjüngendem Querschnitt zur Austrittsöffnung hin. Auf diese Weise kann neben einer Richtungswirkung durch einen Druckaufbau vor einer Austrittsöffnung ein gleichmäßiger Austritt von Kühl-/Schmiermittel aus einer Austrittsöffnung bewirkt werden.
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Bei herkömmlichen Zerspanungswerkzeugen mit Führungsleisten und einem Kühlmittelaustritt, welcher punktuell ggf. auch im Bereich einer Führungsleiste erfolgt, ist eine Benetzung der kompletten Führungsleiste mit Kühl-/Schmiermittel mit ausreichender Sicherheit nicht gegeben.
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Um dies zu verbessern, können in der Führungsleiste z.B. mehrere über die Längserstreckung der Führungsleiste und/oder voreilend zur Führungsleiste in vergleichsweise kleinem Abstand zur Führungsleiste im Schaftbereich vor der Führungsleiste angeordnete Austrittsöffnungen vorgesehen sein, die z.B. von einem Kühlkanal-Zuführabschnitt versorgt werden. Es ist jedoch auch vorteilhaft, wenn in der wenigstens einen Führungsleiste und/oder voreilend zur Führungsleiste in kleinem Abstand zur Führungsleiste eine schlitzartige Austrittsöffnung entlang der Längserstreckung der Führungsleiste vorgesehen ist. Damit kann eine gleichmäßige Verteilung von Kühl-/Schmiermittel entlang einer Führungsleiste herbeigeführt werden.
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Für den Fall, dass eine oder mehrere Austrittsöffnungen voreilend zur Führungsleiste ausgebildet werden, liegen die eine oder mehrere Austrittsöffnungen z.B. in einem Drehwinkelbereich um die Längsachse von < 20° vor einer Vorderkante der Führungsleiste, besser < 15°. Eine weitere Intensivierung der Kühlung/Schmierung kann dadurch erreicht werden, dass eine Austrittsöffnung bzw. mehrere Austrittsöffnungen in einem Drehwinkelbereich von < 10° vor der Vorderkante liegen.
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Bei einer schlitzförmigen Austrittsöffnung ist es bevorzugt, wenn sie sich über mehr als 50 % der Länge einer Führungsleiste erstreckt. Gegebenfalls erstreckt sich eine solche Austrittsöffnung über die komplette Länge der Führungsleiste.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sitzt die wenigstens eine Führungsleiste in einer Ausnehmung am Grundträger. Damit können z.B. die Führungsleisten einen durchgehenden Schlitz aufweisen, der von einer Kühlkanalanordnung versorgt wird, wobei an den Stirnseiten jeweils eine Wandung der Ausnehmung dafür sorgt, dass der Schlitz zumindest weitgehend verschlossen ist und ein Austritt an einer schlitzförmigen Austrittsöffnung überwiegend in umfänglicher Richtung stattfindet.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass mehrere schlitzförmige Austrittsöffnungen vorgesehen sind.
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Zur Realisierung einer oder mehrerer Austrittsöffnungen, vor der wenigstens eine Führungsleiste ist, wird vorzugsweise ein stiftförmiges Element in eine Ausnehmung des Grundträgers eingesetzt, das sich insbesondere in axialer Richtung erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das stiftförmige Element eine Hülse. Die Hülse kann ein Außengewinde tragen oder als Spanhülse ausgestaltet sein. Sofern die Hülse ein Außengewinde trägt, ist es bevorzugt, wenn diese in eine entsprechende Ausnehmung am Grundträger axial eingeschraubt werden kann. Bei einer Hülse ohne Außengewinde weist die Hülse bevorzugt dennoch Eingriffsmittel für ein Werkzeug auf, um eine Drehung um die Längsachse zur Positionierung von Austrittsöffnungen in der Hülse herbeiführen zu können.
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Vorzugsweise ist in der Hülse eine durchgehende Bohrung angeordnet, die von einer Seite über eine entsprechende Kühlkanalzuführung versorgt wird, welche sich im Grundträger befindet. Das andere Ende der Hülse ist vorteilhafterweise verschlossen, um einen definierten Kühl-/Kühlmittelaustritt lediglich in einer vorgesehenen Austrittsöffnung sicherzustellen. Dies kann z.B. durch eine Schraube erfolgen, die in die Stirnseite der Hülse eingeschraubt ist.
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Eine gebogene, schweifförmige Ausbildung eines Querschnitts eines Kühlkanalbereichs vor einer Austrittsöffnung lässt sich in bevorzugter Weise auch dadurch erreichen, dass in einer Ausnehmung, die der Führungsleiste voreilt, ein stiftförmiges Element eingesetzt ist, das in axialer Richtung betrachtet in der Ausnehmung zumindest abschnittsweise exzentrisch sitzt. Damit kann eine Kühl-/Schmiermittelführung auf einer Seite des stiftförmigen Elements begünstigt und auf der anderen Seite reduziert, ggf. ganz unterbunden werden, wenn in der Ausnehmung das stiftförmige Element auf einer Seite seiner Längserstreckung an einer Ausnehmungswand anliegt, aber dennoch ein Längsspalt in der Ausnehmung vor der Austrittsöffnung verbleibt.
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Für den Fall, dass eine oder mehrere Austrittsöffnungen in der Führungsleiste angeordnet sind, ist es bevorzugt, wenn diese in einem Randbereich der Führungsleiste sitzen, der in Drehrichtung des Werkzeugs voreilt.
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Damit wird wiederum sichergestellt, dass die nacheilenden Abschnitte ausreichende mit Schmier-/Kühlmittel flächendeckend versorgt werden.
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Vorzugsweise ist der an einer Führungsleiste voreilende Oberflächenbereich vor einer Austrittsöffnung radial abgesenkt, so dass selbst bei einer nicht ausreichenden Benetzung dieses Bereichs kein Zusammenwirken mit einem Wandungsabschnitt eines Werkstücks während der Bearbeitung zu befürchten ist. Ein derartiger Abschnitt einer Führungsleiste kann z.B. die Form einer Anlaufschräge bzw. Phase aufweisen.
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Figurenliste
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend unter Angabe von weiteren Vorteilen und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
- 1a bis 1d
eine erste Ausführungsform einer Reibahle in einer Seitenansicht (1a), einer Draufsicht (1b), einer teilweise geschnittenen Seitenansicht in einer zu 1a in der Längsachse leicht verdrehten Position (1c), einem Teilschnitt mit Führungsleiste (1d),
- 2
eine zweite Ausführungsform in einer Darstellung die 1a entspricht, jedoch teilweise geschnitten,
- 2a bis 2c
ein drittes Ausführungsbeispiel einer Reibahle in einer Seitenansicht (2a), einer Draufsicht (2b) sowie einem Teilschnitt durch den Grundträger (2c) und
- 3a bis 3c
eine vierte Ausführungsform, von welcher 3a einen Ausschnitt einer Draufsicht, 3b einen Teilschnitt, welcher der Draufsicht gemäß 3a entspricht und 3c einen Teilschnitt entlang der Längsachse eines Elements aus 3a darstellt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
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In 1a bis 1d ist eine Reibahle 1 dargestellt, die eine Schneide 2 sowie drei Führungsleisten 3, 4, 5 umfasst. Die Führungsleisten 3, 4, 5 sitzen am Umfang eines Grundträgers 6 der Reibahle 1 mit ihrer Längserstreckung parallel zu einer Drehachse 7 ausgerichtet in Ausnehmungen 3a, 4a, 5a. In jeder Führungsleiste 3, 4, 5 ist in Drehrichtung in einem Bereich eines voreilenden Randes 5b ein Längsschlitz 8 mit einer schlitzförmigen Öffnung 9 eingebracht. Die schlitzförmige Öffnung 9 kann von einem Kühlkanal 10 durch verschiedene Arten mit Kühl-/Schmiermittel versorgt werden. Eine Möglichkeit ist in 1c dargestellt. Von einem zentralen Kühlkanalabschnitt 10a geht radial nach außen geneigt zu jeder Führungsleiste 3, 4, 5 ein Kühlkanalabschnitt 10b, wobei eine Verbindung zum Längsschlitz 8 in den Führungsleisten 3, 4, 5 durch Bohrungen 11 im Grundträger 6 sowie dazu passende Bohrungen 12 in den jeweiligen Führungsleisten 3, 4, 5 (siehe hierzu insbesondere 1c) erfolgt.
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Der Längsschnitt 8 in den Führungsleisten 3, 4, 5 hat im Querschnitt betrachtet (siehe 1d) die Form einer „6“ bzw. eine Schweifform. Durch die gebogene Form tritt ein Kühl-/Schmiermittelstrom nicht radial nach außen aus, sondern bekommt eine Richtungswirkung entgegen einer Drehrichtung 13. Außerdem wird durch die Querschnittsverjüngung zu einem Austritt 9 eine notwendige gleichmäßige Druckverteilung entlang der Öffnung 9 bewirkt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei einer Drehrichtung des Werkzeugs in Richtung des Pfeils 13 die an einer Führungsleiste umfänglich nacheilenden Abschnitte mit ausreichend Schmier-/Kühlmittel versorgt werden.
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Der Neigungswinkel des Längsschlitz 8 vor der Öffnung 9 kann auf eine Bearbeitungsaufgabe angepasst werden.
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Die Neigung ist jedoch bevorzugt in Richtung der nacheilenden Umfangsabschnitte der Führungsleiste ausgerichtet.
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In 2 ist eine Alternative einer Versorgung der Führungsleisten 3, 4, 5 mit Kühl-/Schmiermittel über einen Kühlkanal 10 dargestellt. Aus einem zentralen Kühlkanalabschnitt 14a wird über eine radial nach außen laufende Bohrung 14b unmittelbar eine jeweilige Stirnseite 15 der Führungsleisten 3, 4, 5 angefahren. Damit wird über die Stirnseite 15 der Längsschlitz 8 mit Kühl-/Schmiermittel versorgt. Durch diese Maßnahmen sind keine zusätzlichen Bohrungen 11, 12 erforderlich. Die Stirnseite, die zum vorderen Ende der Reibahle 1 zeigt, wird vorzugsweise von einer jeweiligen angrenzenden Wandung 3c, 4c der Ausnehmung 3a, 4a verschlossen, soweit sich die jeweilige Führungsleiste 3, 4, 5 in der Ausnehmung 3a, 4a, 5a befindet. D.h. ein kleiner überstehender Querschnittsanteil kann auch stirnseitig nicht abgedeckt sein.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2a bis 2c sind die Führungsleisten 16, 17, 18 nicht geschlitzt. Bei dieser Reibahle 19 erfolgt die Versorgung mit Kühl-/Schmiermittel über eine Hülse 16a, 17a, 18a, die entlang der jeweiligen Führungsleiste 16, 17, 18 in Drehrichtung zu der jeweiligen Führungsleiste 16, 17, 18 voreilend vorzugsweise parallel angeordnet ist. Die Hülsen 16a, 17a, 18a weisen einen Längsschlitz 20 auf, der z.B. einen ähnlichen Querschnitt wie der Längsschlitz 8 besitzt, also im Querschnitt eine gebogene schweifförmige Form. Dadurch erhält ein Kühl-/Schmiermittelstrahl beim Austritt aus einer entsprechend schlitzförmigen Austrittsöffnung 20a eine Richtungswirkung nicht exakt radial nach außen, sondern zur daneben liegenden Führungsleiste 3 geneigt.
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Die jeweilige Hülse 16a, 17a, 18a kann z.B. aus einem gerollten Streifenelement ausgebildet werden, um somit im Querschnitt die Schweifform zu erhalten. Die jeweilige Hülse 16a, 17a, 18a sitzt in einer entsprechenden Bohrung 21 entlang der Drehachse 7, jedoch soweit nach außen versetzt, dass am Umfang des Grundträgers 6 ein Schlitz verbleibt, der vorzugsweise so groß ist, dass die schlitzförmige Austrittsöffnung 20a der jeweiligen Hülse 16a, 17a, 18a vom Schlitz der Bohrung 21 bei einem Austritt von Kühl-/Schmiermittel nicht behindert wird.
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Die jeweilige Hülse 16a, 17a, 18a kann ein Außengewinde tragen, wobei dann bevorzugt die Bohrung 21 ein dazu entsprechendes Gewinde aufweist, so dass die jeweiligen Hülsen 16a, 17a, 18a in die Bohrungen 21 eingedreht werden können. Es ist jedoch auch möglich, dass die Hülsen 16a, 17a, 18a sowie die Bohrungen 21 kein Gewinde aufweisen, wobei die Hülsen mit etwas Vorspannung in die Bohrung 21 eingebracht sind. Insbesondere in diesem Fall ist es bevorzugt, wenn am vorderen Ende der Reibahle 19 eine Eingriffsmöglichkeit für ein Werkzeug an der jeweiligen Hülse 16a, 17a, 18a vorgesehen ist, um die Austrittsöffnung 20a durch Verdrehen der jeweiligen Hülse 16a, 17a, 18a wunschgemäß positionieren zu können.
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Die jeweilige Hülse 16a, 17a, 18a kann durch eine Schraube an der Stirn am vorderen Ende der Reibahle 19 verschlossen werden. Die Hülsen 16a, 17a, 18a können wie die Leisten 3, 4, 5 gemäß 1c bzw. 2 mit Kühl-/Schmiermittel versorgt werden.
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Anstelle einer jeweiligen Hülse 16a, 17a, 18a kann auch ein in einer Bohrung 22 eingeschraubter Bolzen 23 eingesetzt werden, der entweder exzentrisch in der Bohrung 22 sitzt, oder einen unsymmetrischen Querschnitt aufweist (siehe 3a bis 3c). In diesem Ausführungsbeispiel ist der Bolzen 23 symmetrisch in die Bohrung 22 eingeschraubt, weist jedoch über einen Abschnitt 24 eine Querschnittsreduzierung derart auf, dass im Querschnitt ein Längsschlitz 25 mit Sichelform entsteht. Das hat den Vorteil, dass die an sich kreisrunde Öffnung der Bohrung 22 mit einem nicht Durchmesser reduziertem Abschnitt 26 stirnseitig verschlossen werden kann (siehe 3c). Zum Eindrehen des Bolzens 23 ist vorzugsweise eine Eingriffmöglichkeit 27, z.B. für einen Innensechskant vorgesehen. Der sichelförmige Längsschlitz 25 kann über einen Kühlkanalabschnitt 28, der z.B. radial nach außen bzw. schräg radial nach außen auf den sichelförmigen Längsschlitz 25 trifft mit Kühl-/Schmiermittel versorgt werden. Durch die Sichelform entsteht an einer entsprechend schlitzförmigen Austrittsöffnung eine Richtungswirkung von Kühl-/Schmiermittel auf die Führungsleiste 18, die bevorzugt parallel zur schlitzförmigen Austrittsöffnung 29 verläuft.
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Die Bohrung 22 ist radial so weit nach außen gesetzt, dass eine deutlich breitere schlitzförmige Öffnung 30 ohne Bolzen 23 verbleiben würde. Damit der Bolzen 23 umfänglich nicht stört, weist dieser bevorzugt eine Abflachung 31 auf, so dass sichergestellt ist, dass radial weiter außen liegend die Führungsleisten zur Wirkung kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibahle
- 2
- Schneide
- 3
- Führungsleiste
- 3a
- Ausnehmung
- 3c
- Wandung
- 4
- Führungsleiste
- 4a
- Ausnehmung
- 4c
- Wandung
- 5
- Führungsleiste
- 5a
- Ausnehmung
- 5b
- Rand
- 6
- Grundträger
- 7
- Drehachse
- 8
- Längsschlitz
- 9
- Öffnung
- 10
- Kühlkanal
- 10a
- Kühlkanalabschnitt
- 10b
- Kühlkanalabschnitt
- 11
- Bohrung
- 12
- Bohrung
- 13
- Pfeil
- 14a
- Kühlkanalabschnitt
- 14b
- Bohrung
- 15
- Stirnseite
- 16
- Führungsleiste
- 16a
- Hülse
- 17
- Führungsleiste
- 17a
- Hülse
- 18
- Führungsleiste
- 18a
- Hülse
- 19
- Reibahle
- 20
- Längsschlitzabschnittsöffnung
- 21
- Bohrung
- 22
- Bohrung
- 23
- Bolzen
- 24
- Durchmesserreduzierung
- 25
- Längsschlitz
- 26
- Abschnitt
- 27
- Eingriffsmöglichkeit
- 28
- Kühlkanalabschnitt
- 29
- Austrittsöffnung
- 30
- Schlitzförmige Öffnung
- 31
- Abflachung
