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Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Bearbeiten von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder Leichtmetall mit einem um eine Werkzeugdrehachse drehbaren Werkzeugkörper, in dem mindestens zwei Schneidenträger diametral zueinander angeordnet sind.
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Ein solches Werkzeug wird zum Zerspanen der Ecken und Kanten an plattenförmigen Werkstücken, insbesondere mit angeleimtem Kantenband verwendet. Um Toleranzen der Werkstückdicke zu kompensieren und um die Konturen an den Werkstückecken bearbeiten zu können, wird bei einer derartigen Bearbeitung das Werkzeug immer tastend zum Werkstück positioniert (Kopierfräsen). Die Tastung erfolgt dabei – bezogen auf ein rotierendes Zerspanungswerkzeug – in radialer und axialer Richtung. Bei Veränderung der Kantenbanddicke muss auch der Profilradius des Kopierfräsers an die Kantenbanddicke angepasst werden. Bei einer Fertigung kleiner Losgrößen erfordert das einen häufigen Werkzeugwechsel mit Produktionsunterbrechungen.
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Aus diesem Grund sind die in der
DE 199 15 672 C2 , der
EP 2 011 614 A1 oder der
DE 20 2010 010 704 U1 beschriebenen gattungsgemäßen Werkzeuge so schaltbar ausgebildet, dass unterschiedlich profilierte Schneiden mit dem Werkstück in Eingriff bringbar sind, also von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition und umgekehrt gebracht werden können. Bei diesen Werkzeugen muss bei jedem Profilwechsel die axiale Tastung angepasst werden (vgl.
7). Wenn sich ein kleinerer Profilradius in Arbeitsposition befindet, schneiden in dem umfangsseitigen Profilbereich auch die Schneiden eines größeren Profilradius mit, was zu einer erhöhten Reibung und beispielsweise an Kunststoffkanten zu Anschmelzungen führen kann. Die unterschiedlich profilierten Schneiden sind auf koaxial angeordneten Schneidenträgern befestigt. Die Schneidenträger können in axialer Richtung verschoben werden, um die jeweilige Schneide in Eingriff mit dem Werkstück zu bringen. Dieses Funktionsprinzip erfordert die koaxiale Anordnung der Werkzeuge mit Hohlwellen und aufeinander aufbauenden Lagerungen, was das Werkzeug mit zunehmender Anzahl an unterschiedlich profilierten Schneiden verkompliziert und einen entsprechend großen Bauraum erfordert. Praktikable Ausführungsformen können bei dieser Bauform nur drei unterschiedliche Profile realisieren.
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Bei dem in der
DE 20 2010 010 704 U1 offenbarten Fräswerkzeug sind die einzelnen Bearbeitungswerkzeuge (Schneiden und Schneidenträger) einzeln im Werkzeugrundkörper gelagert und darin axial verschiebbar angeordnet. Dadurch können sie einfach von einer Ruheposition (Nichtarbeitsposition) in eine Arbeitsposition – und umgekehrt – bewegt werden. Es können alle Schneidenträger frei beweglich sein und bei Bedarf in Arbeitsposition gebracht werden. Einer der Schneidenträger kann auch bereits fest in seiner Arbeitsposition positioniert sein, sodass die übrigen Schneidenträger mit den unterschiedlich profilierten Schneiden, die nicht benötigt werden, in ihre Ruheposition zurückgezogen werden können.
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Wenn ein Schneidenträger fest in Arbeitsposition eingebaut ist und die anderen bei Bedarf zugeschaltet werden, muss auch bei diesem Werkzeug bei jedem Profilwechsel die axiale Tastung angepasst werden, und es schneiden in den umfangsseitigen Profilbereich auch die Schneiden eines größeren Profilradius mit, was – wie bereits beschrieben – zu erhöhter Reibung und damit zu Anschmelzungen an Kunststoffkanten oder Verfärbung des Werkstücks führen kann. Außerdem muss der bei der Bearbeitung aktivierte Schneidenträger (Bearbeitungswerkzeug) immer durch eine äußere Kraft gegen Schnittdruck und Federrückstellkräfte in Arbeitsposition gehalten werden. Durch die Anordnung der einzelnen Bearbeitungswerkzeuge außerhalb der Rotationsachse des Fräswerkzeuges wirken drehzahlabhängige Fliehkräfte auf die Schneidenträger und erschweren durch die damit einhergehende Reibung deren axiale Verschiebung, weshalb die Funktion des Fräswerkzeuges stark drehzahlabhängig ist.
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Ein ähnliches Mehrprofilfräswerkzeug ist in der
EP 2 492 071 A2 offenbart. Hierbei ist eine erste Fräseinrichtung in einer Arbeitsstellung angeordnet und eine zweite koaxial hierzu angeordnete Fräseinrichtung über eine Spindel in ihre Arbeitsstellung bewegt werden kann. Auch dieses Fräswerkzeug ist mit dem vorbeschriebenen Nachteilen behaftet.
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Von dieser Problemstellung ausgehend, soll das eingangs beschriebene Fräswerkzeug, bei dem ein Profilwechsel ohne Werkzeugwechsel möglich ist, so verbessert werden, dass ein Profilwechsel ohne Verstellung der radialen und axialen Tastung möglich ist, dass die Flexibilität erhöht und die Rüstzeiten verkürzt werden.
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Zur Problemlösung zeichnet sich ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug dadurch aus, dass jeder Schneidenträger um eine Trägerdrehachse drehbar im Werkzeugkörper angeordnet ist und eine Mehrzahl von Schneiden aufweist.
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Durch diese Ausgestaltung hängt die Bearbeitungsqualität nach einem Profilwechsel nur noch von der Genauigkeit des Werkzeugs (der Schneiden bzw. der Schneidenträger selbst) und nicht mehr von der Einstellgenauigkeit der Tasteinrichtungen durch die Bedienperson ab. Durch die drehbar im Werkzeugkörper angeordneten Schneidenträger wird ein Revolver-Werkzeug geschaffen, mit dem es möglich ist, dass nur die Schneiden an der Zerspanung beteiligt sind, die sich in Arbeitsposition radial außen befinden. Die übrigen Schneiden befinden sich radial innerhalb des Schneidenflugkreises des Fräswerkzeugs und sind daher nicht an der Zerspanung beteiligt. Wenn die Schneiden alle identisch profiliert sind, wird durch diese Revolver-Ausbildung die Standzeit des Werkzeugs entsprechend der Anzahl der Schneiden verlängert.
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Vorzugsweise sind in jedem Schneidenträger zumindest zwei Typen unterschiedlich profilierter Schneiden angeordnet, deren Anordnung aber in allen Schneidenträgern identisch ist. Insbesondere vorzugsweise ist jede Schneide in jedem Schneidenträger unterschiedlich profiliert, sodass eine entsprechend hohe Anzahl unterschiedlicher Profile an den Werkzeugkanten ausgebildet werden können, ohne einen Werkzeugwechsel erforderlich werden zu lassen, was nicht nur die Arbeitsflexibilität erhöht, sondern insbesondere auch die Rüstzeiten drastisch reduziert.
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Vorteilhaft ist es, dass durch eine Verdrehung des Schneidenträgers um die Trägerachse eine Schneide von ihrer Ruheposition in die Arbeitsposition bringbar ist, was insbesondere dazu führt, dass sich jeweils nur eine einzige Schneide in jedem Schneidenträger in einer Arbeitsposition befindet und die übrigen Schneiden in ihrer Ruheposition sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Verdrehung der Schneidenträger synchron erfolgt. Damit kann insbesondere sichergestellt werden, dass alle sich in ihrer Arbeitsposition befindenden Schneiden identisch profiliert sind und denselben Schneidenflugkreisdurchmesser aufweisen.
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Um die synchrone Verdrehung der Schneidenträger zu realisieren, können diese über ein Schaltgetriebe, das ein Planetengetriebe oder ein Maltesergetriebe sein kann, zwangsgekoppelt sein.
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Wenn das Schaltgetriebe ein Planetengetriebe ist, kann dieses mit einem konzentrisch zur Werkzeugdrehachse angeordneten Sonnenrad oder Kronenrad als zentrales Stellrad und mit konzentrisch zur jeweiligen Trägerdrehachse angeordneten Planetenrädern als periphere Stellräder versehen sein. Der Wechsel auf ein anderes Profil erfolgt dann durch relative Verdrehung des zentralen Stellrades zu den peripheren Stellrädern. Die relative Verdrehung der Stellräder erfolgt dabei durch die Werkzeugdrehachse, indem das zentrale Stellrad drehfest arretiert wird und der Grundkörper um einen definierten Winkel um seine Werkzeugachse verdreht wird, oder durch ein Verdrehen des Gehäuses, mit dem das zentrale Stellrad fest verbunden ist, wodurch dann die peripheren Stellräder und die mit diesen drehfest verbundenen Schneidenträgern verdreht werden.
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Die relative Verdrehung des zentralen Stellrades kann auch durch eine axiale Bewegung eines konzentrisch zu Werkzeugdrehachse angeordneten Schaltelementes erfolgen, indem an diesem Schaltelement schräge Flächen vorgesehen sind, die mit korrespondierenden schrägen Flächen an dem zentralen Stellrad zusammenwirken und eine axiale Bewegung des Schaltelementes in eine Drehbewegung des zentralen Stellrades umwandeln („Kugelschreibermechanismus”).
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Wenn die Verdrehung der Schneidenträger in Schritten erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn jeder Schneidenträger mechanisch verriegelt wird, wenn sich die entsprechende Schneide in ihrer Arbeitsposition befindet, sodass die Schrittfolge der Verdrehung der Schneidenträger eingehalten wird.
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Vorzugsweise ist zur Verriegelung der Schneidenträger jeweils eine konzentrisch zur Trägerdrehachse angeordnete Rastscheibe vorgesehen. Diese Rastscheibe weist Schlitze oder Ausnehmungen auf, die über den Umfang entsprechend der Schrittlänge angeordnet sind und in die Nasen einer zentralen Klemmscheibe einrasten können. Durch eine axiale Verschiebung der Klemmscheibe erfolgt dann die Fixierung der Schneidenträger.
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Als insbesondere vorteilhaft hat sich bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug herausgestellt, dass der Wechsel auf ein anderes Profil unter Drehzahl erfolgen kann.
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Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschreiben werden. Es zeigen:
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1 – die perspektivische Darstellung eines Fräswerkzeuges;
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2 – einen Querschnitt des Fräswerkzeuges in Arbeitsposition;
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3 – einen Querschnitt des Fräswerkzeuges in Schaltposition;
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4 – die Explosionsdarstellung des Fräswerkzeuges von der Bearbeitungsseite;
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5 – die Explosionsdarstellung des Fräswerkzeuges von der Antriebsseite;
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6 – eine teilgeschnittene Ansicht des Fräswerkzeuges in Arbeitsposition;
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7 – eine Prinzipdarstellung einer profilspezifischen Tastung (Stand der Technik),
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8 – eine Prinzipdarstellung der Tastung bei einem erfindungsgemäßen Werkzeug.
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Das um eine Werkzeugdrehachse 14 drehende Fräswerkzeug besteht im wesentlichen aus dem Werkzeugkörper 20, der gebildet wird aus dem axial auf der hier nicht dargestellten Antriebswelle angeordneten Grundkörper 1 und dem mit diesem verbundenen Gehäuse 5, der mit Federn 11 vorgespannten Klemmscheibe 8, den die Schneiden 4, 4', 4'', 4''' tragenden Schneidenträgern 2 und einem Planetengetriebe mit dem Sonnenrad 6 und den Planetenrädern 7.
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Wie 4 zeigt, ist am Boden des Gehäuses 5 innen ein Zahnkranz drehfest angeordnet, der das Sonnenrad 6 bildet. Der Grundkörper 1, der über seine Buchse 16 auf eine Antriebswelle aufgesetzt wird, ist über einen Sprengring 17 mit dem Gehäuse 5 verbunden und weist auf seiner der Antriebsseite A abgewandten Bearbeitungsseite B auf einen gemeinsamen Teilkreis drei Durchgangsbohrungen 3 auf, die als Lagersitz für drei Schneidenträger 2 dienen. Jeder Schneidenträger 2 weist auf seinem Umfang vier regelmäßig beabstandete Schneiden 4, 4', 4'', 4''' auf. Die Profilierung der Schneiden 4, 4', 4'', 4''' kann identisch oder unterschiedlich sein. Vorzugsweise ist jede Schneide 4, 4', 4'', 4''' unterschiedlich profiliert. Die Reihenfolge, also die Anordnung der Schneiden 4, 4', 4'', 4''' hintereinander, ist auf jedem Schneidenträger 2 identisch, so dass immer derselbe Schneidentyp 4 oder 4' oder 4'' oder 4''' in der jeweiligen Arbeitsposition mit demselben Schneidenflugkreisdurchmesser D ist. In der Darstellung nach 1 befinden sich die Schneiden 4 in ihrer Arbeitsposition. Die übrigen Schneiden 4', 4'', 4''' befinden sich in ihrer Ruheposition.
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Die Schneidenträger 2 sind zapfenförmig ausgebildet und ihr Schaft 2', der ebenfalls als Lagersitz ausgebildet ist, ist an seinem Ende mit einer Gewindebohrung 2'' versehen. Je ein als peripheres Stellrad dienendes Zahnrad 7, ist mit einer zentralen Bohrung auf den Sitz 13 jedes Schaftes 2' aufgesetzt und über je eine Schraube 12 in der Gewindebohrung 2'' festgeschraubt. Zwischen den Zahnrädern 7 ist jeweils eine Rastscheibe 10 eingesetzt. Außerdem ist im Gehäuse 5 eine Klemmscheibe 8 angeordnet, die sich einerseits über drei Druckfedern 11 gegen den Grundkörper 1 und andererseits gegen die Rastscheiben 10 abstützt. Um die Druckfedern 11 zu sichern, sitzen diese in in der Klemmscheibe 8 vorgesehenen Taschen 18 und in dem Grundkörper 1 vorgesehenen Taschen 19.
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Die Schneidenträger 2 sind in ihrer in 2 dargestellten Arbeitsposition mit dem Planetengetriebe gekoppelt. Zur Kopplung sind an der zur Antriebsseite A weisenden Unterseite der Klemmscheibe 8 auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt angeordnete Vorsprünge 9 vorgesehen, die keilförmig ausgebildet sind (vergleiche 5). In den Rastscheiben 10 sind zu der Keilform der Vorsprünge 9 komplementäre Schlitze 10' eingebracht (vergleiche 4).
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Um das Profil zu wechseln, müssen andere Schneiden 4, 4', 4'', 4''' in ihre Arbeitsposition gebracht werden. Hierzu ist es notwendig, die als Revolver arbeitenden Schneidenträger 2 um denselben Winkel zu verdrehen. Zum Profilwechsel wird das Gehäuse 5 und mit ihm die Klemmscheibe 8 gegen die Federn 11 in Richtung der Bearbeitungsseite B gedrückt (vergleiche 3). Dabei wird die drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse 5 und dem Grundkörper 1 gelöst. Die Vorsprünge 9 kommen außer Eingriff mit den Schlitzen 10'. Durch ein Verdrehen des Gehäuses 5, mit dem das zentrale Stellrad 6 fest verbunden ist, werden die peripheren Stellräder 7 und folglich die mit diesen verschraubten Schneidenträger 2 verdreht. Ist die gewünschte Schneide 4, 4', 4'', 4''' in ihre Arbeitsposition gedreht, wird das Gehäuse 5 entlastet und bewegt sich infolge der Federkraft in Richtung der Antriebsseite A zurück, und ist über die Vorsprünge 9 und Schlitze 10' wieder drehfest mit dem Grundkörper 1 verbunden. Dabei rasten die Vorsprünge 9 in den entsprechenden Schlitz 10' der Rastscheibe 10 ein. Durch die keilförmige Ausgestaltung von Vorsprüngen 9 und Schlitzen 10' wird es erleichtert, die Arretierungsposition zu finden. Sollten die Schneidenträger 2 nicht verrastet sein, erfolgt die Verrastung selbsttätig, wenn auf sie in Kombination mit der Kraft der Druckfedern 11 eine Kraft in Umfangsrichtung aufgebracht wird. Die keilförmigen Vorsprünge 9 gleiten dann in die entsprechenden Schlitze 10'.
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Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Schneidenträger 2 alle identisch ausgebildet sind. Auch jeder Schneidentyp 4 oder 4' oder 4'' oder 4''' ist identisch ausgebildet. Wenn die Schneiden 4, 4', 4'', 4''' unterschiedliche Profile aufweisen, bewirkt ein Schaltvorgang einen Profilwechsel am Fräswerkzeug, wenn mehrere Schneiden 4, 4', 4'', 4''' dasselbe Profil aufweisen, bewirkt ein Schaltvorgang eine Verlängerung des Standweges für dieses Profil. Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn die Lagerung der Schneidenträger 2 im Grundkörper 1 durch einen konischen Lagersitz 3 erfolgt, damit die Schneidenträger 2 durch die axiale Klemmkraft spielfrei in der Arbeitsposition gehalten werden und sich nicht durch Fliehkrafteinwirkung setzen können.
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Der Schaltvorgang kann an der stillstehenden Bearbeitungsvorrichtung manuell erfolgen oder automatisch durch die Maschine.
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Durch die Ausgestaltung des Fräswerkzeuges mit um eine Trägerachse 15 drehbar gelagerten Revolvern, die um die zentrale Werkzeugdrehachse 14 rotieren, wird bewirkt, dass nur die Schneiden 4 an der Zerspanung beteiligt sind, die sich in Arbeitsposition radial außen befinden. Die übrigen Schneiden 4', 4'', 4''' befinden sich radial innerhalb des Schneidenflugkreises des Fräswerkzeuges und sind daher nicht an der Zerspanung beteiligt. Dadurch ist es möglich, die Profile der Schneiden 4, 4', 4'', 4''' derart auf den Schneidenträgern 2 (Revolvern) anzuordnen, dass alle Profile dieselbe axiale und radiale Position hinsichtlich der erforderlichen Tastung des Fräswerkzeuges am Werkstück einnehmen. Dieses Prinzip ist in 8 dargestellt, wenn der Referenzpunkt die „Werkstückecke” E ist. In der Situation I ist ein dickes Kantenband 101 am Werkstück 100 angebracht. In der Situation II ist (gestrichelt dargestellt) ein dünnes Kantenband 102 vorgesehen. In der Situation I ist ein größerer Profilradius realisiert als in der Situation II. Ersichtlich ist, dass die radiale Tastung (Pfeil PR) für beide Situationen I, II identisch ist, weil beide Profilschneiden im Referenzpunkt E denselben Schneidenflugkreisdurchmesser D aufweisen. Auch die axiale Tastung (Pfeil PA) ist für beide Situationen I, II dieselbe, weil sich der Referenzpunkt E auf die (theoretische) Werkstückecke des mit dem Kantenband 101, 102 versehenen Werkstücks 100 bezieht und die axiale Tastung ebenfalls an dem angeleimten Kantenband 101, 102 erfolgt.
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7 zeigt die profilspezifische Tastung nach dem Stand der Technik, wenn der Referenzpunkt die „Leimfuge” L ist. Die Situation I und die Situation II sind identisch zu den in 8 dargestellten bzw. hier zu erläutenden Situationen. Auch hier ist die radiale Tastung (Pfeil PR) für beide Situationen identisch, weil beide Profilschneiden im Referenzpunkt L denselben Schneidenflugkreisdurchmesser aufweisen. Die axiale Tastung (Pfeile PA1, PA2) hingegen ist für Situation I und Situation II unterschiedlich, weil der Referenzpunkt L auf der Kante des Werkstücks 100, nämlich der Leimfuge liegt, die axiale Tastung hingegen an dem angeleimten Kantenband 101 beziehungsweise 102 erfolgt. Unterschiedlich dicke Kantenbänder 101, 102 erfordern also immer einen axialen Versatz der Tastung.
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Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip führt zu einem sehr klein bauenden Fräswerkzeug, weshalb eine große Anzahl Profile bei einem kleinen Werkzeugdurchmesser untergebracht werden kann. Da die Schaltvorgänge für einen Profilwechsel durch Drehbewegungen ausgeführt werden, können die Schneidenträger 2 im Bedarfsfall mit Wälzlagern gelagert werden, um bei einer Verstellung unter Drehzahl die Fliehkraft bedingten Reibkräfte gering zu halten und Schaltvorgänge auch bei hohen Drehzahlen zu ermöglichen. Grundsätzlich ist ein derartiges Fräswerkzeug auch geeignet, für eine Linearzerspanung eingesetzt zu werden, indem auf die Rotationsachse verzichtet wird. Im einfachsten Fall besteht das Werkzeug dann nur aus einem Revolver mit mindestens zwei Schneiden, vorzugsweise mit unterschiedlichen Profilen, die in der zuvor beschriebenen Weise in Arbeitsposition gebracht werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Profilwechsel bei einem Ziehklingenaggregat ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Schneidenträger (Revolver)
- 3
- Lagersitz
- 4
- Schneide
- 4'
- Schneide
- 4''
- Schneide
- 4'''
- Schneide
- 5
- Gehäuse
- 6
- Sonnenrad/zentrales Stellrad
- 7
- Plantetenrad/peripheres Stellrad
- 8
- Klemmscheibe
- 9
- Vorsprung
- 10
- Rastscheibe
- 10'
- Schlitz
- 11
- Druckfeder
- 12
- Schraube
- 13
- Sitz
- 14
- Trägerdrehachse
- 15
- Werkzeugsdrehachse
- 16
- Buchse
- 17
- Ring
- 18
- Tasche
- 19
- Tasche
- 20
- Werkzeugkörper
- 100
- Werkstück
- 101
- Kantenband
- 102
- Kantenband
- A
- Antriebsseite
- B
- Bearbeitungsseite
- D
- Schneidenflugkreisdurchmesser
- E
- Werkzeugecke
- L
- Leimfuge
- PA
- Pfeil
- PA1
- Pfeil
- PA2
- Pfeil
- PR
- Pfeil
- I
- Situation
- II
- Situation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19915672 C2 [0003]
- EP 2011614 A1 [0003]
- DE 202010010704 U1 [0003, 0004]
- EP 2492071 A2 [0006]
