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Einleitung
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Die
Erfindung betrifft einen Meißel einer Fräseinrichtung,
insbesondere zur Bearbeitung von Straßenbelägen
oder zur Verwendung im Bergbau, mit einem mit einer Hartmetall-Spitze
versehenen Meißelkopf und einem koaxial zu dem Meißelkopf
angeordneten Meißelschaft, mit dem der Meißel
in einer Aufnahmebohrung eines Meißelhalters so lagerbar ist,
dass er in axiale Richtung fixiert und um eine Mittelachse des Meißels
drehbar ist, wobei der Meißelschaft einen Halteabschnitt
aufweist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser eines
sich bis zu einer Stirnseite des Meißels erstreckenden
Endabschnitts, so dass um den Halteabschnitt des Meißelschafts
ein umlaufender Halteraum gebildet ist, wobei der Außendurchmesser
des Endabschnitts geringfügig kleiner ist als ein Innendurchmesser
einer Spannhülse, die so über den Meißelschaft
schiebbar ist, dass mindestens ein Rückhalteelement der
Spannhülse, das radial über eine innere Mantelfläche
der Spannhülse nach innen vorsteht, in den Halteabschnitt
eingreift, wobei die Spannhülse unter radialer Komprimierung
klemmend in der Aufnahmebohrung des Meißelhalters festlegbar
ist.
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Stand der Technik
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Meißel
der vorbekannten Art sind allgemein bekannt und beispielsweise in
der
DE 10 2005
010 678 A1 ,
DE
103 25 253 A1 ,
EP
1 641 002 A1 und
DE 10 2008 010 609 A1 beschrieben. Während
der Meißelkopf in der Betriebsposition des Meißels über
den Meißelhalter vorsteht und mit dem zu zerspanenden Material,
beispielsweise Asphalt oder Beton in Eingriff kommt, dient der Meißelschaft
der rotatorischen Lagerung des Meißels. Meißelkopf
und Meißelschaft können einstückig, insbesondere
als Kaltfließpress-Teil ausgeführt sein. Es sind
aber auch Konstruktionen denkbar, bei denen Meißelkopf
und Meißelschaft getrennte Bauteile bilden, die zusammengefügt
sind. Typischerweise weist der Meißelkopf einen größeren
Durchmesser auf als der Meißelschaft; es sind aber auch
Konstruktionen denkbar, bei denen ein Meißel aus Stangenmaterial
hergestellt wird, wobei die Abstützung der in Längsrichtung
wirkenden Schneidkräfte in diesem Fall an der Stirnseite
des Endabschnitts des Meißels erfolgt.
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Eine
wesentliche Voraussetzung für den störungsfreien
und langlebigen Betrieb eines derartigen Meißels ist dessen
stete Rotation um seine Mittelachse während des Betriebs.
Verursacht wird diese Rotation durch eine Anstellung der Meißellängsachse gegenüber
einer senkrecht zur Mittelachse einer Frästrommel ausgerichteten
Rotationsebene. Hierdurch findet eine Art Abrollen des Meißels
während des Eingriffs in das zerspanende Material statt.
Der stete Drehvorgang des Meißels um seine eigene Mittelachse
bewirkt, dass die Meißelspitze sich selbst kontinuierlich
nachschärft. Hingegen würde bei Aussetzen der
Rotation ein einseitiges Abnutzen stattfinden, wodurch die Winkelverhältnisse
beim Zerspanungsvorgang äußerst ungünstig
beeinflusst würden und die Zerspanungsleistung sinken und
der Leistungsbedarf drastisch ansteigen würde.
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In
der Praxis hat es sich häufig als Problem herausgestellt,
dass die Eigenrotation des Meißels um seine Mittelachse
mitunter aussetzt bzw. zumindest unzuverlässig erfolgt.
Bei der Analyse vorzeitig durch Ausfall der Rotation verschlissener
Meißel hat sich häufig herausgestellt, dass die
Drehung durch Ansammlungen von Schmutzpartikeln verhindert wird,
die zwischen Meißelschaft und Aufnahmebohrung im Meißelhalter
eingedrungen sind. Dieser Schmutz, der zunächst in Wasser
suspendiert und somit fließfähig ist, bildet in
Folge des Eintrocknens oder Verdampfens des Wassers eine Art verbackenen
Schmutzbelag. Dieser führt zu einer Art Verklemmung des
Meißelschafts in der Aufnahmebohrung des Meißelhalters,
so dass es in Folge mangelnder Rotation des Meißels zu
einem vorzeitigen Ausfall kommt.
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Abhilfe
bezüglich dieser Problematik ist bereits versucht worden
durch eine möglichst hermetische Abdichtung des Zwischenraums
zwischen Meißelschaft und Meißelhalter vom Bereich
des Meißelkopfes her. Insbesondere bei Meißeln
mit verdicktem Kopf lassen sich elastomere Dichtelemente anordnen.
Die Wirksamkeit derartiger Abdichtungsmaßnahmen war jedoch
nicht zufriedenstellend.
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Ein
weiterer Ansatz besteht darin, einen Spülkanal im Meißelhalter
seitlich in die Aufnahmebohrung für den Meißelschaft
heranzuführen. Auf diese Weise kann das in den Zwischenraum
zwischen Meißelschaft und Meißelhalter vom Meißelkopf
her eindringende Wasser nebst der gelösten oder suspendierten
Schmutzpartikel seitlich aus dem Halter ablaufen, so dass in Folge
einer verbesserten Durchspülung ein Festbacken der Schmutzpartikel verhindert
werden soll. Des Weiteren kann durch den Spülkanal aber
in entgegengesetzte Richtung auch Wasser in Richtung auf den Meißelschaft
vordringen und so die Lagerbedingungen verbessern. Auch die vorgenannte
Maßnahme allein hat jedoch noch nicht zu einer völligen
Lösung des bestehenden Problems der zeitweisen Meißelblockierung
geführt.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Meißel
einer Fräseinrichtung, insbesondere zur Bearbeitung von
Straßenbelägen, bereitzustellen, bei dem die Gefahr
eines Ausfalls der Rotation des Meißels um seine Mittelachs
deutlich reduziert ist.
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Lösung
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Ausgehend
von einem Meißelhalter der eingangs beschriebenen Art wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Endabschnitt mindestens einen Schmutzkanal aufweist, der
einen Durchtritt von Schmutz aus dem Halteraum in einen Bereich
hinter die Stirnseite des Meißelschafts erlaubt.
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Die
Erfindung macht sich das Prinzip zunutze, dass eine axiale Durchströmung
der Freiräume der Meißellagerung in dem Meißelhalter
die beste Gewähr für eine Verhinderung des Festbackens
von Schmutzpartikeln und die Bildung hemmender Verkrustungen ist.
Während bei einem seitlich einmündenden Spülkanal,
wie er gemäß der
DE 10 2008 010 609 A1 vorgeschlagen
wird, lediglich der obere, das heißt dem Meißelkopf
zugewandte, Bereich der Meißellagerung im Meißelhalter
durchströmt wird, findet ein Abtransport des schmutzbefrachteten
Wassers bei der erfindungsgemäßen Lösung über
die gesamte axiale Länge des Meißelschaftes statt
und ein Austritt erfolgt in einen Freiraum hinter der rückwärtigen Stirnseite
des Meißels. Bei den Meißeln nach dem Stand der
Technik befindet sich zwischen der äußeren Mantelfläche
des Endabschnitts des Meißelschafts und der inneren Mantelfläche
der Spannhülse lediglich ein äußerst
kleiner ringförmiger Freiraum mit einem Spaltmaß von
ca. 0,5 mm. Ein Spalt dieser Größenordnung ist
nicht geeignet, den erfindungsgemäß beabsichtigten
Effekt einer Durchströmung des Freiraums in axiale Richtung
zu schaffen, sonder setzt sich erfahrungsgemäß nach
bereits kurzer Betriebszeit des Meißels mit Verkrustungen
zu. Um einen wirksamen Durchtritt der in Wasser suspendierten Schmutzpartikel
durch den mindestens einen erfindungsgemäßen Schmutzkanal
zu gewährleisten, ist eine Mindestgröße
des Querschnitts des einen Schmutzkanals oder eine Mindestsumme
der Querschnitte aller Schmutzkanäle (bei Existenz mehrerer Schmutzkanäle)
von mindestens 10 mm
2, vorzugsweise mindestens
15 mm
2, sinnvoll.
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Herstellungstechnisch
besonders günstig ist es, wenn der mindestens eine Schmutzkanal
zu einer äußeren Mantelfläche des Endabschnittes
offen ist. Die Herstellung des erfindungsgemäßen
Meißels lässt sich auf diese Weise auch im Wege
des Kaltumformens, insbesondere des Kaltfließpressens,
durchführen, woraus sich gegenüber zusätzlicher
spanender Bearbeitung Kostenvorteile ergeben.
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Die
Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass der mindestens
eine Schmutzkanal eine senkrecht zu der Mittelachse des Meißels
ausgerichtete Querschnittsfläche besitzt, die sich von
dem Meißelkopf weg, d. h. auf die Stirnfläche
des Endabschnittes zu, kontinuierlich vergrößert.
Auf diese Weise wird ein Zusetzen des mindestens einen Schmutzkanals
wirksam verhindert, da sich ein Staudruck des zäh fließfähigen
Schmutzmaterials im Bereich des Schmutzkanals nicht aufbauen kann,
was bei einer Konstanz der Querschnittsfläche in Längsrichtung
des Schmutzkanals betrachtet, leichter passieren könnte.
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Gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meißels
ist vorgesehen, dass der mindestens eine Schmutzkanal eine Querschnittsfläche
besitzt, die ungefähr rechteckförmig oder ungefähr
trapezförmig ist, wobei eine kurze Basislinie eines Trapezes
der Mittelachse des Meißels zugewandt ist. Eine derartige
Querschnittsform bietet sich insbesondere dann an, wenn der mindestens
eine Schmutzkanal nach Art einer „offenen Schmutzrinne” unmittelbar
von der äußeren Mantelfläche des Endabschnitts des
Meißelschafts ausgeht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Meißels, ist der mindestens eine Schmutzkanal eine von
der äußeren Mantelfläche des Endabschnitts
des Meißelschafts ausgehende Nut, deren Grund parallel
zu der Mittelachse des Meißels oder parallel zu einer kegelförmigen äußeren Mantelfläche
des Halteabschnitts verläuft und deren Seitenwandungen
sich in Richtung von dem Halteraum auf die Stirnfläche
des Endabschnitts von einander entfernen, vorzugsweise unter einem
Winkel zwischen 4° und 10° verlaufen. Durch die
vorgenannte Schrägstellung der Seitenwände zueinander,
das heißt den sich von dem Meißelkopf weg aufweitenden
Schmutzkanalquerschnitt, wird ein Abfluss der Schmutzpartikel bestmöglich
sichergestellt.
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Um
Stockungen beim Abfluss des Schmutzmaterials zu vermeiden, sollte
der Grund der den Schmutzkanal bildenden Nut ohne Stufe in die äußere
Mantelfläche des Halteabschnitts übergehen.
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Eine
besonders günstige Verteilung einer Mehrzahl von Schmutzkanälen
besteht darin, dass diese äquidistant über den
Umfang des Endabschnitts oder um das selbe Winkelmaß jeweils zueinander
beabstandet angeordnet sind.
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Um
eventuell entstehende Anhaftungen an der inneren Mantelfläche
der Spannhülse zu bzw. zu entfernen, kann mindestens eine
Kante in einem Übergangsbereich zwischen dem Schmutzkanal
und der äußeren Mantelfläche des Endabschnitts
des Meißelschafts als Schneidkante ausgebildet sein und mindestens
eine parallel zu der Mittelachse des Meißels verlaufende
Seitenwand des Schmutzkanals einen Winkel mit einer Tangentialebene
an die äußere Mantelfläche des Endabschnitts
bilden, der kleiner als 100° ist. Auf diese Weise wird
in Folge der Rotation des Meißels fortlaufend eine Art
Schabeffekt an der inneren Mantelfläche der Spannhülse
erzielt, der das Anwachsen von eventuellen Verkrustungen zuverlässig
vermeidet.
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Um
auch bei nutförmigen bzw. rinnenförmigen Schmutzkanälen
mittels der verbleibenden äußeren Mantelfläche
des Endabschnitts des Meißelschaftes eine zuverlässige
Abstützung von Querkräften an der inneren Mantelfläche
der Spannhülse beizubehalten, sollte die Summe aller Teilflächen
der äußeren Mantelfläche des Endabschnitts – jeweils
zwischen zwei benachbarten Schmutzkanälen – mindestens
doppelt so groß sein wie die Summe der von der Mittelachse
des Meißels weggerichteten Öffnungsquerschnittsflächen
der nutförmigen Schmutzkanäle.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
eines Meißels, der in der Zeichnung dargestellt ist, näher
erläutert.
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Es
zeigt
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1:
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Meißels,
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2:
eine Seitenansicht des Meißels gemäß 1,
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3:
eine Stirnansicht des in einer Aufnahmebohrung eines Meißelhalters
befindlichen Meißels gemäß den 1 und 2 und
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4:
eine vergrößerte Ansicht des Endabschnitts des
Schaftes eines Meißels.
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Ein
in den 1 und 2 dargestellter Meißel 1 dient
zur Verwendung in einer nicht dargestellten Fräsrichtung,
mit der beispielsweise Beläge von Straßen oder
auch Gebäuden, insbesondere Asphalt oder Beton, abtragend
bearbeitet werden. Der Meißel 1 weist einen verdickten
Meißelkopf 2 und einen demgegenüber schlankeren
Meißelschaft 3 auf. Der Meißelkopf 2 und
der Meißelschaft 3 besitzen jeweils dieselbe Mittelachse 4.
Der Meißelkopf 2 besitzt eine Hartmetallspitze 5,
die im Anschluss an einen oberen kegeligen und einen mittleren zylindrischen Abschnitt,
einen wiederum kegeligen unteren Abschnitt mit einem steilgewindeartig
gerillten Korpus besitzt, wodurch die Dreheigenschaften des Meißels 1 verbessert
werden.
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Im
Anschluss an ein zylindrisches Mittelteil des Meißelkopfs 2,
befinden sich zum Meißelschaft 3 hin zwei integral
mit dem Meißel 1 ausgebildete Stützscheiben 6 und 7.
Mit einer Unterseite der Stützscheibe 7 stützt
sich der Meißelkopf auf einer Anlagefläche eines
nicht dargestellten Meißelhalters ab. Der Meißelhalter
besitzt eine Aufnahmebohrung (vgl. weiter unten Beschreibung der 3),
in die der Meißelschaft 3 eingeschoben wird. Die
dargestellte Ausgestaltung des Meißelkopfes 2 entspricht
dem Stand der Technik.
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Der
Meißelschaft 3 besitzt im Anschluss an einen zylinderförmigen
Abschnitt 9 einen kegelförmigen Halteabschnitt 10,
der in Richtung auf eine hintere Stirnfläche 11 von
einem von der Grundform her zylindrischen Endabschnitt 12 gefolgt
wird.
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Im
Gegensatz zu Meißeln gemäß dem Stand der
Technik ist der Endabschnitt 12 jedoch nicht als rein zylindrischer
Bund ausgeführt, sondern mit fünf äquidistant über
den Umfang des Endabschnitts 12 verteilt angeordneten Schmutzkanälen 13 versehen. Diese
Schmutzkanäle 13 erlauben einen Austritt von in
Wasser suspendierten Schmutzpartikeln (Gesteinsabrieb, Metallabrieb,
etc.) von einem sich um einen kegelige äußere
Mantelfläche 14 im Bereich des Halteabschnitts 10 herum
erstreckenden Halteraum 15 in einen Bereich 16',
der sich – von dem Meißelkopf 2 aus betrachtet – hinter
der Stirnfläche 11 des Meißelschaftes
befindet.
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In
bekannter Weise dient der kegelförmige Halteabschnitt 10 des
Meißelschaftes 3 dazu, dass radial über
eine innere Mantelfläche einer Spannhülse vorstehende
Rückhalteelemente in den um den Meißelschaft 3 im
Bereich des Halteabschnitts 10 herum gebildeten Halteraum 15 eingreifen
können und durch Anschlag an eine ringförmige
Rückhaltefläche 16 an dem Endabschnitt 12 eine
Verschiebung des Meißels 1 in axiale Richtung,
insbesondere ein Herauswandern des Meißels 1 aus
einer Aufnahmebohrung in einem Meißelhalter, verhindern.
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Die
fünf Schmutzkanäle 13 des Meißels 1 sind
als nach außen offene Nuten ausgeformt, so dass eine Art
in axiale Richtung, das heißt parallel zu der Mittelachse 4,
verlaufende „Schmutzrinne” vorliegt.
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Um
den in Richtung des Pfeils 17 (siehe 4)
erfolgenden Schmutzabfluss zu erleichtern, besitzen die Schmutzkanäle 13 eine
Querschnittsfläche, die in Richtung des Pfeils 17 von
der Rückhaltefläche 16 zu der rückwärtigen
Stirnfläche 11 betrachtet, kontinuierlich zunehmen.
In 4 ist dies – der Deutlichkeit halber übertrieben – dargestellt,
wobei ein Winkel 18 im Bereich zwischen 4° und
10° beträgt. Eine Längsachse 19 des
Schmutzkanals 13 lauft parallel zu der Mittelachse 4 des
Meißels 1.
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3 veranschaulicht
schließlich noch das Zusammenwirken des Meißelschafts 3,
dort insbesondere des Halteabschnitts 10, mit einer Spannhülse 20,
die in bekannter Weise in eine Aufnahmebohrung 21 eines
gleichfalls bekannten Meißelhalters 22
eingepresst
ist. Aufgrund des radialen Übermaßes der Spannhülse 20 vor
dem Einpressen in die Aufnahmebohrung 21, liegt eine äußere
Mantelfläche 23 der Spannhülse 20 mit
Vorspannung an einer inneren Mantelfläche 24 des
Meißelhalters 22 an und ist somit während
des Betriebs der Fräseinrichtung und des darin enthaltenen
Meißels 1 gegen Axialverschiebung gesichert.
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Ein
Herausrutschen des Meißelschaftes 3 und damit
des Meißels 1 aus der Spannhülse 20 wird verhindert,
weil die Spannhülse 20 mit einem über ihre
innere Mantelfläche 25 der Spannhülse 20 vorstehenden
Rückhalteelement 26 versehen ist, das sich in
dem Halteraum 15 befindet und mit der Rückhaltefläche 16 an
dem Endabschnitt 12 des Meißelschafts 3 zusammenwirkt.
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Wie
wiederum aus 3 erkennbar ist, ist ein Außendurchmesser
des Meißelschafts 3 im Bereich des Halteabschnitts 10 geringfügig,
das heißt im konkreten Fall um ca. 1 mm, kleiner als ein
Innendurchmesser der Spannhülse 20 im montierten
Zustand. Hieraus ergibt sich ein lichtes Maß eines Spaltes 27 zwischen
den beiden vorgenannten Bauteilen von ca. 0,5 mm.
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Demgegenüber
besitzen die Schmutzkanäle 13, die eine im Wesentlichen
rechteckige Querschnittsform besitzen, eine Tiefe 28 von
ca. 1,5 bis 3,0 mm, vorzugsweise ca. 2,0 mm, und eine Breite 29 von
ca. 1,5 bis 3,0 mm, vorzugsweise ca. 2,0 mm, so dass sich eine Querschnittsfläche
von ca. 11,25 mm2 bis 45,00 mm2 ergibt,
wobei der Außendurchmesser im Bereich der Spannhülse 20 ca.
20 mm beträgt.
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Die
Seitenwandungen 30 der Schmutzkanäle 13 laufen
gegenüber einer Symmetrieebene 31 der Schmutzkanäle 13 unter
einem Winkel 32 von ca. 100°, weshalb die Kanten 33 im Übergangsbereich zwischen
den Seitenwandungen 30 und der äußeren Mantelfläche 34 des
Endabschnitts 12 bei der Rotation des Meißels 1 um
die Mittelachse (veranschaulicht durch den Pfeil 35) wie
Schneiden oder Schaber wirken.
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Durch
die wie vorstehend beschriebenen Schmutzkanäle 13 sammelt
sich bei dem erfindungsgemäßen Meißel 1 im
Bereich des Halteraums 15 im Laufe des Betriebs des Meißels 1 deutlich
weniger Schmutz an, da dieser durch die Schmutzkanäle 13 in
Bereiche hinter dem Meißelschaft 3 abfließen
kann und somit in deutlich reduziertem Umfang zu Verkrustungen und
damit zu Rotationsstörungen des Meißels 1 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Meißel
- 2
- Meißelkopf
- 3
- Meißelschaft
- 4
- Mittelachse
- 5
- Hartmetall-Spitze
- 6
- Stützscheibe
- 7
- Stützscheibe
- 8
- Unterseite
- 9
- Abschnitt
- 10
- Halteabschnitt
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Endabschnitt
- 13
- Schmutzkanal
- 14
- Äußere
Mantelfläche
- 15
- Halteraum
- 16
- Rückhaltefläche
- 16
- Bereich
- 17
- Pfeil
- 18
- Winkel
- 19
- Längsachse
- 20
- Spannhülse
- 21
- Aufnahmebohrung
- 22
- Meißelhalter
- 23
- Äußere
Mantelfläche
- 24
- Innere
Mantelfläche
- 25
- Innere
Mantelfläche
- 26
- Rückhalteelement
- 27
- Spalt
- 28
- Tiefe
- 29
- Breite
- 30
- Seitenwand
- 31
- Symmetrieebene
- 32
- Winkel
- 33
- Kante
- 34
- Äußere
Mantelfläche
- 35
- Pfeil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005010678
A1 [0002]
- - DE 10325253 A1 [0002]
- - EP 1641002 A1 [0002]
- - DE 102008010609 A1 [0002, 0009]
