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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Werkzeug zum Anfertigen von Aushöhlungen und mit einem dazugehörigen Verfahren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zum Reparieren von Verbundwerkstoffbauteilen in einem Transportmittel, z.B. Fußbodenplatten in Flugzeugen, werden z.B. sogenannte „Inserts“ genutzt. Der Begriff „Insert“ kann auch als Hülse verstanden werden. Um eine gute Kraftübertragung zu gewährleisten, werden solche Inserts für die Fixierung der Bauteile an einer Struktur benötigt. Bevor die Inserts in die vordefinierten Bohrungen der Bauteile eingesetzt werden können, wird beispielsweise in einem Sandwichaufbau Material mit Hilfe eines Schneidewerkzeuges zwischen der oberen und unteren Deckschicht des Bauteils ausgehöhlt. Das Schneidewerkzeug wird in die Bohrung eingeführt und anschließend tangential am inneren Rand der Bohrung entlang geführt. Dieses Verfahren erfordert jedoch in der Regel sehr viel Präzision der ausführenden Person. Es hat sich gezeigt, dass dies umständlich und zeitraubend sein kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vereinfachung für das Anfertigen von Aushöhlungen in dem Bauteil zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Beispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die im folgenden beschriebenen Aspekte gelten auch für das Werkzeug zum Anfertigen von Aushöhlungen in einem Werkstück, z.B. von Bauteilen, und für das Verfahren zum Anfertigen von Aushöhlungen.
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Gemäß der Erfindung ist ein Werkzeug zum Anfertigen von Aushöhlungen in einem Werkstück, d.h. von Material in einem Bauteil, vorgesehen. Das Werkzeug weist eine Schneidevorrichtung zum Abtrennen von Material eines Werkstücks und eine Gehäusestruktur zum Halten der Schneidevorrichtung auf. Die Gehäusestruktur weist ferner eine Anlagefläche auf, um an dem Werkstück anzuliegen. Die Schneidevorrichtung hält eine Schneideinrichtung, die zumindest für das Abtrennen über die Anlagefläche in axialer Richtung entlang der Längsachse herausragt. Die Schneideinrichtung ist über eine Welle um eine Achse drehbar angetrieben gehalten und entlang einer Längsachse in einem Bewegungsbereich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar. Die Längsachse verläuft quer zur Anlagefläche. Dabei ragt die Schneideinrichtung in der ersten Position weiter über die Anlagefläche in axialer Richtung entlang der Längsachse heraus als in der zweiten Position. Der Bewegungsbereich der Schneideinrichtung ist zwischen der ersten und der zweiten Position durch eine anpassbare Anschlageinrichtung der Schneidevorrichtung variabel einstellbar.
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Dadurch werden Beschädigungen an den Decklagen des Bauteils während des Aushöhlungsprozesses vermieden, da das Positionieren der Schneideeinrichtung gegenüber dem Bauteil durch das Werkzeug vereinfacht wird.
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Das Werkstück oder Bauteil ist z.B. ein Faserverbundbauteil, wie eine Wabenkernplatte und ist beispielsweise eine Fußbodenplatte oder Wandpaneele in einem Transportmittel wie z. B ein Flugzeug oder einem Helikopter.
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Zur Reparatur von Fußbodenplatten ist z.B. vorgesehen, die beschädigten Teile zu entfernen und durch ein in der Geometrie äquivalentes Teil bezogen auf das zu reparierende zu ersetzen. Damit weiterhin die Kraftübertragung in den Fußbodenplatten gewährleistet ist, werden sogenannte „Inserts“ für die Befestigung des ausgetauschten Teils an die Flugzeugstruktur benötigt. Inserts sind Hülsen, die zur Krafteinleitung von Verschraubungen in Sandwichstrukturen eingebaut werden (z.B. Klebung). Dabei wird Material in einem Bauteil ausgehöhlt, wie z.B. eine Wabe in einem Faserverbundwerkstoff, um Platz für ein adhäsives Material zu schaffen. Dadurch wird die Anbindung an die Decklagen ebenfalls verbessert, was wiederum die Stabilität der Decklagen in diesem Bereich erhöht. In einem weiteren Beispiel könnte das Werkzeug ebenfalls zum Aushöhlen von Material in einem Randbereich eines Bauteils angewendet werden. Der Begriff „Schneidevorrichtung“, oder Schneidvorrichtung, kann auch als Fräsvorrichtung, Raspelvorrichtung oder Bohrvorrichtung bezeichnet werden. Es ist eine Vorrichtung, die in einer vordefinierten Bohrung umgebendes Material auf ein definiertes Maß abträgt.
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Der Begriff Abtrennen kann auch als Aushöhlen bezeichnet werden.
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Die erste Position kann auch als untere Position und die zweite Position als obere Position bezeichnet werden. Der Begriff „obere Position“ bezieht sich auf eine Position der Schneidevorrichtung, um die Höhe der Schneidevorrichtung beim Heraufbewegen der Schneidevorrichtung zu beschränken, damit die obere Schicht des Bauteils nicht beschädigt werden kann. Dabei schlägt die Schneidevorrichtung beim Heraufziehen an den zweiten Anschlag der Gehäusestruktur an.
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Der Begriff „untere Position“ bezieht sich auf eine Position der Schneidevorrichtung, um eine axiale Bewegung der Schneidevorrichtung entlang der Längsachse beim Eindringen zu beschränken, damit die untere Schicht des Bauteils nicht beschädigt werden kann. Die untere Position ist durch einen zweiten Anschlag vorgegeben und an der Gehäusestruktur einstellbar. Beispielsweise ist ein zweiter Anschlag über ein Feingewinde an der Gehäusestruktur einstellbar. Die Gehäusestruktur ist ausgebildet zum beweglichen Halten der Schneidevorrichtung. Die Schneidevorrichtung ist über eine Welle an einer Haltevorrichtung im Gehäuse befestigbar.
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Die Auflagefläche bezieht sich auf eine plane Flache, die an dem Bauteil anliegt.
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In einem Beispiel kann die Anlagefläche aus einem nicht beschädigenden Material wie Teflon ausgestaltet sein, um das Gehäuse sanfter und beschädigungsfrei an das Bauteil anzusetzen.
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Die Schneideinrichtung weist eine axial verlaufende Schneidkante auf, um Material abzutrennen.
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In einem Beispiel weist die Schneideinrichtung an der dem Material zugewandten Stirnseite zusätzlich eine radial verlaufende Schneidkante auf, um eine Ausnehmung zu schaffen, die anschließend seitlich ausgehöhlt wird. Dies könnte notwendig sein, wenn eine vordefinierte Bohrung in dem Bauteil nicht existiert oder einen zu geringen Durchmesser aufweist. Dabei könnte die Ausnehmung in axialer Richtung und die Aushöhlung in radialer Richtung innerhalb der ersten und zweiten Position erfolgen und in einem Schritt erfolgen.
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Gemäß einem Beispiel weist die Anschlageinrichtung einen einstellbaren ersten Anschlag auf zur Begrenzung in der ersten Position; und einen einstellbaren zweiten Anschlag zur Begrenzung in der zweiten Position.
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In einem Beispiel ist vorgesehen, dass die Schneideeinrichtung in der Längsachse während des Abtrennens in dem Bereich zwischen der ersten und der zweiten Position beschränkt ist, wobei die zweite Position durch Abstandselemente auf dem Anschlag der Schneidevorrichtung variabel einstellbar ist. Dies ist wichtig, um abhängig von der Flexibilität den Bereich der Aushöhlung zwischen der oberen und unteren Decklage des Bauteils einzustellen. Der Bereich zwischen erster und zweiter Position der Schneidevorrichtung ist abhängig von der Bauteilgeometrie über Abstandselemente auf dem Anschlag der Schneidevorrichtung einstellbar. Hierfür könnten beispielsweise U-Scheiben verwendet werden.
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In einem weiteren Beispiel ist an der Schneidevorrichtung ein Anschluss vorgesehen zur Verbindung der Schneidevorrichtung mit einer Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist vorzugsweise an der Gehäusestruktur vorgesehen kann aber auch in Gehäusestruktur integriert sein.
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In einem weiteren Beispiel ist in der Gehäusestruktur eine entlang der Längsachse verschiebbare Haltevorrichtung vorgesehen, um die Schneideinrichtung drehbar und der Längsachse bewegbar zu lagern.
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In einer Ausführungsform weist die Schneideinrichtung eine Schneidkante mit einer axialen Länge auf, die geringer ist als die Höhe der gewünschten Aushöhlung entlang der Längsachse in axialer Richtung. Die Schneideeinrichtung ist um eine axial und radial geänderte Schneidekante austauschbar ist, um sich an verschiedene Bauteilgeometrie anpassen zu können. In einem Beispiel kann die Schneidkante durch eine in radialer Richtung längere Schneidkante ausgetauscht werden, um den Bereich des abzutrennenden Bereichs in radialer Richtung zu vergrößern.
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Der Begriff „Haltevorrichtung“ bezieht sich auf eine Lagerung des Schneidewerkzeugs in dem Gehäuse, wobei das Schneidewerkzeug um eine eigene Achse rotierbar und in der Länge bewegbarbar ist. Ein Anschluss an eine Antriebseinheit ist an oder in der Gehäusestruktur vorgesehen.
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Während des Schneide- bzw. Aushöhlvorgangs rotiert die Schneideinrichtung angetrieben durch einen Aktuator um die eigene Achse, und kann manuell entlang einer vorher bestimmbaren oberen und unteren Position innerhalb der Aushöhlung bewegt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, die Längsbewegung auch durch einen Aktuator angetrieben automatisch durchzuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform könnte die Schneideinrichtung in radialer Richtung durch eine Hülse geführt werden, die höchstens die Dicke der Decklage des Bauteils aufweist, und dann auf das Loch aufgesteckt werden. Somit könnten die Decklagen geschützt werden. Die Hülse könnte auf die Bohrung gesteckt oder geklebt werden.
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Gemäß der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Aushöhlen von Bauteilen mit Hilfe des Werkzeuges vorgesehen, das in einem ersten Schritt a) das Werkzeug mit einer Anlagefläche einer Gehäusestruktur an einem zu bearbeitenden Bauteil anlegt. Eine Schneidevorrichtung ist an der Gehäusestruktur beweglich gehalten; die Schneidevorrichtung weist eine Schneideinrichtung auf, die über die Anlagefläche herausragt und an einer Welle drehbar um eine Achse gehalten ist, und entlang einer Längsachse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist. Dabei ragt die Schneideinrichtung in der ersten Position weiter über die Anlagefläche heraus als in der zweiten Position. Die Längsachse verläuft quer zur Anlagefläche. Beim Anlegen der Anlagefläche der Gehäusestruktur wird die Schneideinrichtung in eine vordefinierte Bohrung des Bauteils eingeführt. In einem zweiten Schritt b) wird die Schneideinrichtung innerhalb der radialen Beschränkung durch einen Durchmesser der Bohrung beschränkt, während die Schneideinrichtung rotierend angetrieben wird. Die Schneideinrichtung wird dabei gleichzeitig entlang der Längsachse wiederholt von der ersten Position in die zweite Position gebracht, um dabei umgebendes Material abzutrennen.
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Bevor die Schritte wiederholt an einem weiteren Bauteil wiederholt werden, werden in einer Option die erste und zweite Position über die Anschlageinrichtung eingestellt.
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In einem Beispiel erfolgt das Bewegen manuell.
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In einem anderen Beispiel erfolgt das Bewegen wenigstens mit maschineller Unterstützung, z.B. komplett maschinell.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schneidewerkzeug vorgesehen, um Material in einer vordefinierten Bohrung in einem Bauteil innerhalb einer oberen und unteren Decklage des Bauteils abzutrennen. Dabei ist das Schneidewerkzeug in einer Gehäusestruktur integriert, um das Schneidewerkzeug in einer Längsbewegung führbar, und gegenüber dem Werkstück rechtwinklig anordenbar zu machen. Dabei wird das Risiko von Beschädigungen auf der oberen und unteren Schicht des Bauteils reduziert. Ferner ist es das Ziel in dem Bauteil, beispielsweise bei einem Faserverbundwerkstoff, genügend Material auszuhöhlen, um einen Kleber in die Aushöhlung zu füllen und somit eine gute Kraftübertragung über eine Hülse, ein sogenanntes Insert“, beim Verschrauben des Bauteils an eine Struktur zu gewährleisten.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Ausführungsbeispiele des Werkzeugs auch für Ausführungsformen des Verfahrens sowie Verwendung der Vorrichtung gelten und umgekehrt. Außerdem können auch diejenigen Merkmale frei miteinander kombiniert werden, bei denen dies nicht explizit erwähnt ist.
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Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme und mit Verweis auf die folgenden Ausführungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
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1 ein Beispiel für eine Schneidevorrichtung;
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2a ein Beispiel eines Bauteils für die Reparatur mit vordefinierter Bohrung im Ausgangszustand;
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2b ein Beispiel des Bauteils für die Reparatur mit vordefinierter Bohrung im Endzustand;
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3 ein Beispiel für ein Werkzeug mit Schneidevorrichtung in erster Position;
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4 ein Beispiel für ein Werkzeug mit Schneidevorrichtung in zweiter Position;
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5 ein Beispiel für ein Verfahren zur Aushöhlung von Material in einem Bauteil
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Schneidevorrichtung 10 zur Aushöhlung von Material in einem Bauteil. Das Werkzeug weist eine Schneideinrichtung 12 mit einer Schneidkante 13a in einer axialen Länge auf, die geringer ist als die in axialer Richtung entlang der Achse gesehene Höhe der gewünschten Aushöhlung. In einer weiteren ausführungsform weist die Schneideeinrichtung einer Schneidkante 13b in radialer Richtung auf, um Material in axialer Richtung entlang der Längsachse auszunehmen. De Schneideeinrichtung ist um eine axial und radial geänderte Schneidekante austauschbar ist. Ferner ist ein erster Anschlag 14 an der Welle 16 vorgesehen.
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2a zeigt ein Bauteil 18 in einem Anfangszustand, hier beispielweise ein Faserverbundwerkstoff mit einer vordefinierten Bohrung 20. Der Faserverbundwerkstoff besteht aus einem Wabenkern 22 und einer oberen und unteren Decklage 24.
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2b zeigt das Bauteil in dem Endzustand. Das Material wurde im Bauteil ausgehöhlt und bildet einen Raum 26. Ein „Insert“ 28 ist in das Bauteil einsetzbar. Ein adhäsives Mittel ist in das Insert und in den Raum 26 einfüllbar.
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3 zeigt ein Werkzeug 28 zur Aushöhlung von Material in einem Bauteil bestehend aus einer eine Schneidevorrichtung 10 zum Abtrennen von Material eines Werkstücks und eine Gehäusestruktur 30 zum Halten der Schneidevorrichtung. Die Gehäusestruktur weist ferner eine Anlagefläche 32 auf, um an dem Bauteil anzuliegen. Die Schneidevorrichtung weist eine Schneideinrichtung 12 auf, die zumindest für das Abtrennen über die Anlagefläche 32 in axialer Richtung entlang der Längsachse herausragt. Die Schneideinrichtung ist über eine Welle 16 um eine Achse 34 drehbar angetrieben gehalten und entlang der Achse 34 in einem Bewegungsbereich zwischen einer ersten Position 36 und einer zweiten Position 38 (siehe 4) bewegbar. Die Längsachse verläuft quer zur Anlagefläche. Dabei ragt die Schneideinrichtung in der ersten Position weiter über die Anlagefläche in axialer Richtung entlang der Längsachse heraus als in der zweiten Position. Der Bewegungsbereich der Schneideinrichtung ist zwischen der ersten und der zweiten Position durch eine anpassbare Anschlageinrichtung 40 der Schneidevorrichtung variabel einstellbar.
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Die Anschlageinrichtung 40 weist einen ersten einstellbaren Anschlag 42 auf zur Begrenzung in der ersten Position (3) und einen einstellbaren zweiten Anschlag 14 zur Begrenzung in der zweiten Position (4).
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Der erste Anschlag befindet sich innerhalb der Gehäusestruktur und ist als Ringelement ausgestaltet. Dabei wird die Schneideeinrichtung 12 in der ersten Position entlang der Achse in axialer Richtung soweit nach unten bewegt, so dass die untere Schneidkante der Schneideeinrichtung gerade oberhalb der unteren Decklage 24a abschließt, um das Material über der unteren Decklage auszuhöhlen.
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Die Schneidevorrichtung ist über eine Haltevorrichtung 44 in der Gehäusestruktur drehbar um die eigene Achse und entlang einer Längsachse bewegbar gelagert. Die Haltevorrichtung wird über einen Anschluss 46 an eine Antriebseinheit drehbar angetrieben. Die Bewegung der Haltevorrichtung entlang der Längsachse kann manuell sowie auch maschinell durch einen anderen Antrieb erfolgen.
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4 zeigt das Werkzeug 28 in der zweiten Position 38. Dabei wird die Schneideeinrichtung 12 entlang der Achse in axialer Richtung soweit nach oben bewegt, so dass die obere Kante der Schneideeinrichtung gerade unterhalb der oberen Decklage 24b abschließt, um das Material unter der oberen Decklage auszuhöhlen. Dabei ist die zweite Position über Distanzelemente 40a wie z.B. U-Scheiben einstellbar.
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Die oberhalb beschriebenen Ausführungsbeispiele können in unterschiedlicher Art und Weise kombiniert werden. Insbesondere können auch Aspekte des Verfahrens für Ausführungsformen der Vorrichtungen sowie Verwendung der Vorrichtungen verwendet werden und umgekehrt.
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5 zeigt ein Verfahren 100 zum Anfertigen von Aushöhlungen in einem Werkstück. In einem ersten Schritt 102 wird das Werkzeug mit einer Anlagefläche einer Gehäusestruktur an einem zu bearbeitenden Bauteil angelegt. Eine Schneidevorrichtung ist an der Gehäusestruktur beweglich gehalten; die Schneidevorrichtung weist eine Schneideinrichtung auf, die über die Anlagefläche herausragt und an einer Welle drehbar um eine Achse gehalten ist, und entlang einer Längsachse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist. Dabei ragt die Schneideinrichtung in der ersten Position weiter über die Anlagefläche heraus als in der zweiten Position. Die Längsachse verläuft quer zur Anlagefläche. Beim Anlegen der Anlagefläche der Gehäusestruktur wird die Schneideinrichtung in eine vordefinierte Bohrung des Bauteils eingeführt.
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In einem zweiten Schritt 104 wird die Schneideinrichtung innerhalb der radialen Beschränkung durch einen Durchmesser der Bohrung beschränkt, während die Schneideinrichtung rotierend angetrieben wird. Die Schneideinrichtung wird dabei gleichzeitig entlang der Längsachse wiederholt von der ersten Position in die zweite Position gebracht, um dabei umgebendes Material abzutrennen.
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Bevor die Schritte 102 und 104 an einem weiteren Bauteil wiederholt werden, werden in einer Option die erste und zweite Position über die Anschlageinrichtung in einem Schritt 106 eingestellt.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
