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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs, welches einen Grundkörper aufweist, welcher sich in einer Längsrichtung erstreckt und in welchen zumindest eine Spannut eingeschliffen wird, indem in einem ersten Schleifschritt eine erste Teilnut mit einem ersten Drallwinkel eingeschliffen wird und anschließend in einem zweiten Schleifschritt eine zweite Teilnut mit einem zweiten Drallwinkel eingeschliffen wird, welcher sich vom ersten Drallwinkel unterscheidet, sodass eine in Längsrichtung aufgeweitete Spannut ausgebildet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Rotationswerkzeug.
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Ein entsprechendes Rotationswerkzeug ist beispielsweise in der
US 750,537 beschrieben. Das dort gezeigte Rotationswerkzeug weist zwei Nuten auf, welche im Wesentlichen zusammenfallen sowie miteinander verbunden sind und dadurch eine Spannut mit sich vergrößernder Breite bilden. Dazu wird zunächst die erste Nut eingebracht und dann entlang einer Kante dieser Nut eine zweite Nut mit geringerer Nuttiefe ausgebildet.
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Aufgabe der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs anzugeben sowie ein entsprechendes Rotationswerkzeug.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Rotationswerkzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für das Rotationswerkzeug und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs, beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers. Das Rotationswerkzeug weist einen Grundkörper auf, welcher sich in einer Längsrichtung erstreckt und in welchen bei der Herstellung zumindest eine Spannut eingeschliffen wird, indem in einem ersten Schleifschritt eine erste Teilnut mit einem ersten Drallwinkel eingeschliffen wird und anschließend in einem zweiten Schleifschritt eine zweite Teilnut mit einem zweiten Drallwinkel eingeschliffen wird. Die beiden Drallwinkel werden dabei derart ausgewählt, dass sich der zweite Drallwinkel vom ersten Drallwinkel unterscheidet, sodass eine in Längsrichtung aufgeweitete Spannut ausgebildet wird, welche aus den beiden Teilnuten zusammengesetzt ist. Dabei werden die beiden Teilnuten mittels derselben Schleifscheibe eingeschliffen. Die Spannut wir also mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet, nämlich aus mehreren, insbesondere zwei Teilnuten, welche nacheinander eingeschliffen werden, sodass diese Teilnuten teilweise überlappen.
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Durch die aufgeweitete Spannut ist vorteilhaft ein größeres Volumen zum Abtransport von Spänen geschaffen, welche im Betrieb vom bearbeiteten Material abgehoben werden.
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Ein wesentlicher weiterer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Verwendung derselben Schleifscheibe zur Ausbildung der beiden Teilnuten die Herstellungszeit und der maschinelle Aufwand signifikant reduziert sind. Insbesondere braucht zum Einschleifen der zweiten Teilnut lediglich der Drallwinkel verstellt zu werden. Dagegen wird jedoch auf ein Auswechseln der Schleifscheibe verzichtet. Insgesamt ist somit auf besonders einfache Weise eine aufgeweitete Spannut herzgestellt, welche im Betrieb einen verbesserten Abtransport von Spänen gewährleistet.
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Das Rotationswerkzeug und somit auch dessen Grundkörper erstrecken sich in einer Längsrichtung und entlang einer Längsachse, welche zugleich eine Rotationsachse ist, um welche das Rotationswerkzeug im Betrieb rotiert. Das Rotationswerkzeug weist frontseitig eine Werkzeugfront auf, welche im Betrieb am Material anliegt und eine Anzahl von Schneiden aufweist, zur spanenden Bearbeitung des Materials. Die Spannut erstreckt sich entlang des Grundkörpers und ist vorzugsweise gewendelt oder spiralförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das Rotationswerkzeug ein Bohrer.
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Das Rotationswerkzeug ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Der Grundkörper besteht insbesondere aus lediglich einem einzigen Werkstoff, beispielsweise aus Hartmetall oder aus Werkzeugstahl. In einer Variante ist der Grundkörper frontseitig mit einer Beschichtung versehen. Alternativ ist das Rotationswerkzeug modular ausgebildet, mit einem Grundkörper, an oder in welchem ein Einsatz befestigt ist, z.B. ein Schneideinsatz, eine Schneidplatte oder ein Schneidkopf. Auch bei einem modularen Rotationswerkzeug ist dann in den Grundkörper zumindest eine Spannut eingebracht, welche sich dann insbesondere ausgehend vom Einsatz erstreckt. Besonders bei Verwendung eines Schneidkopfs wird die Spannut im Einsatz weitergeführt, ist hierbei jedoch nicht notwendigerweise durch zwei überlappende Teilnuten im Einsatz gebildet. Wesentlich ist vielmehr, dass die Spannut zumindest im Grundkörper aus überlappenden Teilnuten hergestellt ist. Dadurch können vorteilhaft insbesondere herkömmliche Einsätze weiterhin verwendet werden.
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Aufgrund der Geometrie der Schleifscheibe weisen die Teilnuten quer zur Längsachse betrachtet jeweils einen entsprechenden Querschnitt auf, mit einer insbesondere kreisbogenförmigen Kontur. Durch den Überlapp der Teilnuten bilden deren Konturen einen Schnittpunkt aus, welcher eine Spitze einer Rippe markiert, welche sich entlang der Spannut und innerhalb dieser erstreckt. In einer bevorzugten Ausgestaltung fallen die beiden Teilnuten an der Werkzeugfront zusammen, sodass dort auch die Konturen entsprechend zusammenfallen und die Rippe erst im weiteren, divergierenden Verlauf der Teilnuten fort vom Werkzeugkopf entsteht.
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Allgemein wird durch die Spannut ein Kern des Grundkörpers mit einem Kernradius und einem entsprechenden Kerndurchmesser festgelegt. Der Kernradius ist dabei in einer jeweiligen Querschnittebene senkrecht zur Längsrichtung bestimmt durch den kürzesten Abstand zwischen der Längssachse und einer Wandung oder Nutwand der Spannut. Der Kern definiert somit eine Spannuttiefe der Spannut als halbe Differenz zwischen einem Nenndurchmesser des Rotationswerkzeugs und dem Kerndurchmesser. Der Nenndurchmesser ist definiert durch eine äußerste Kreislinie entlang derer eine radial äußerste Schneide des Rotationswerkzeugs verläuft. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kernradius und damit auch der Kerndurchmesser in Längsrichtung konstant. Die Aufweitung der Spannut erfolgt somit lediglich in der Breite und nicht in der Tiefe. Die Spannuttiefe der Teilnuten ist in Längsrichtung vorzugsweise konstant. Entsprechend ist dann auch die Spannuttiefe der gesamten Spannut in Längsrichtung konstant. Dadurch bleibt ein hinreichend starker Kern erhalten, um im Betrieb eine gute Stabilität des Rotationswerkzeugs zu gewährleisten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die beiden Teilnuten mit gleicher Spannuttiefe eingeschliffen, d.h. die Teilnuten werden jeweils mit einer Spannuttiefe eingeschliffen und die beiden Spannuttiefen sind gleich. Auch hierdurch wird der Parameterraum bei der Herstellung des Rotationswerkzeugs reduziert. Dabei braucht insbesondere lediglich ein anderer Drallwinkel eingestellt zu werden, wohingegen die Spannuttiefe aus dem ersten Schleifschritt beibehalten wird. Zudem wird durch die ähnliche Ausgestaltung der Teilnuten hinsichtlich deren Spannuttiefe maximal viel Raum zum Abtransport von Spänen bereitgestellt ohne den Kern zu schwächen.
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Die Spannuttiefe wird insbesondere in radialer Richtung des Rotationswerkzeugs, d.h. senkrecht zur Längsachse gemessen. Wie oben bereits im Zusammenhang mit der gesamten Spannut beschrieben ergibt sich die Spannuttiefe einer einzelnen Teilnut ebenfalls als Differenz aus dem Nenndurchmesser des Rotationswerkzeugs und dem Kerndurchmesser, hier allerdings entsprechend auf eine einzelne Teilnut bezogen. Insbesondere wird die Spannuttiefe entlang einer Geraden durch die Längsachse und einen jeweiligen Mittelpunkt eines Kreises entlang der kreisbogenförmigen Kontur gemessen.
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Durch die Ausbildung mit gleicher Spannuttiefe ist die Spannut im Querschnitt quer zur Längsrichtung im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse, welche durch die Spitze der Rippe und ein Zentrum des Rotationswerkzeugs, d.h. senkrecht zur Längsachse in radialer Richtung verläuft. Unter „im Wesentlichen symmetrisch“ wird hierbei insbesondere verstanden, dass die Spannut symmetrisch ist, jedoch lediglich aufgrund des insbesondere gewundenen Verlaufs der Teilnuten und insbesondere auch aufgrund der unterschiedlichen Drallwinkel nicht exakt symmetrisch.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die zweite Teilnut mit einer besseren Oberflächengüte eingeschliffen als die erste Teilnut. Hierzu wird die Schleifscheibe im zweiten Schleifschritt z.B. mit einer erhöhten Drehzahl betrieben oder langsamer entlang des Grundkörpers verfahren. Alternativ oder zusätzlich wird im ersten Schleifschritt beispielsweise lediglich geschruppt. Die erste Teilnut wird daher allgemein durch einen sogenannten Schruppprozess eingebracht und die zweite Teilnut durch einen sogenannten Finishing-Prozess. Durch die lediglich grobe Ausgestaltung der ersten Teilnut im Vergleich zur zweiten Teilnut wird bei der Herstellung weitere Zeit eingespart. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die beiden Teilnuten aufgrund des lediglich geringen Unterschieds zwischen den Drallwinkeln weitestgehend überlappen und daher dann trotz grober Ausgestaltung der ersten Teilnut die gesamte Spannut dennoch überwiegend die bessere Oberflächengüte aufweist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass gerade die zweite Teilnut, d.h. die zeitlich nach der ersten Teilnut ausgebildete Teilnut, mit der besseren Oberflächengute ausgebildet wird. Besonders in einer Ausgestaltung, bei welcher die beiden Teilnuten frontseitig des Rotationswerkzeugs zusammenfallen, entspricht dann frontseitig die Oberflächengüte der gesamten Spannut ebenjener besseren Oberflächengüte, welche einen guten Abtransport von Spänen im Betrieb gewährleistet. Erst durch die Aufweitung entlang der Längsachse des Rotationswerkzeugs erscheint ein Bereich mit schlechterer Oberflächengüte, welcher insbesondere in Längsrichtung und weg von der Werkzeugfront breiter wird.
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Unter „besserer Oberflächengüte“ wird insbesondere eine geringere Rauheit verstanden. Demnach ist in der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung die Rauheit der zweiten Teilnut geringer als die Rauheit der ersten Teilnut. Vorzugsweise ist die Rauheit der ersten Teilnut um zumindest 10% größer als die Rauheit der zweiten Teilnut.
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Die beiden Drallwinkel liegen insbesondere im Bereich von 5 bis 35°. Zweckmäßigerweise unterscheiden sich die beiden Drallwinkel um nicht mehr als 5°, insbesondere jedoch wenigstens um 1°. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein jeweiliger Drallwinkel entlang der Spannut konstant, wodurch die Herstellung weiter vereinfacht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Drallwinkel größer als der erste Drallwinkel. Mit anderen Worten: die zweite Teilnut wird mit einem geringeren Drallwinkel eingeschliffen als die erste Teilnut. Insbesondere in Kombination mit den oben genannten unterschiedlichen Oberflächengüten der Teilnuten ist in dieser Ausgestaltung vorteilhaft gewährleistet, dass der im Betrieb abgehobene Span im Wesentlichen entlang der Teilnut mit der besseren Oberflächengüte geführt wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die Spannut insgesamt einen Führungskanal für Späne bildet, welcher frontseitig des Rotationswerkzeugs lediglich teilweise von der Schneide berandet ist, sodass der Span zumindest im vorderen Bereich des Rotationswerkzeugs vorrangig auf einer Seite der Spannut gefördert wird, nämlich auf derjenigen Seite, welche sich an die Schneide anschließt. Diese Seite wird jedoch durch die Teilnut mit dem geringeren Drallwinkel ausgebildet, sodass ebenjene Teilnut zweckmäßigerweise mit einer guten Oberflächengüte für die Spanförderung eingeschliffen wird. Besonders in Kombination mit obigen Überlegungen bezüglich der Oberflächengüte wird daher vorzugsweise die zweite Teilnut mit geringerem Drallwinkel eingeschliffen.
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Beschreibung der Figuren
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
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1 ein Rotationswerkzeug in einer perspektivischen Ansicht,
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2 das Rotationswerkzeug in einer seitlichen Ansicht,
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3 das Rotationswerkzeug in einer ersten Schnittansicht,
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4 das Rotationswerkzeug in einer Frontansicht, und
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5 das Rotationswerkzeug in einer zweiten Schnittansicht.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Rotationswerkzeug 2, welches als Bohrer ausgebildet ist und einen Grundkörper 4 aufweist, in welchen hier zwei Spannuten 6 eingeschliffen sind. Das Rotationswerkzeug 2 erstreckt sich in einer Längsrichtung L und entlang einer Längsachse A, welche auch eine Rotationsachse des Rotationswerkzeugs 2 ist. Die Spannuten 6 sind in dem hier gezeigten Beispiel gewendelt ausgeführt und erstrecken sich entlang des Grundkörpers 4 ausgehend von einer Werkzeugfront 8, hier eine Werkzeugspitze, bis zu einem Schaft 10.
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Die Spannuten 6 sind hier jeweils mit einer Schleifscheibe 11 eingeschliffen, die in 1 bei einer der Spannuten 6 schematisiert und stark vereinfacht als gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Schleifscheibe 11 rotiert zum Schleifen um eine Drehachse D. Die Spannut 6 wird in zwei Schleifschritten aus zwei Teilnuten 12A, 12B hergestellt, welche mit derselben Schleifscheibe eingeschliffen werden. Dabei eine der Teilnuten 12A, 12B als erste Teilnut 12A zuerst eingeschliffen und anschließend die andere Teilnut 12B als zweite Teilnut 12B. Beide Teilnuten 12A, 12B beginnen an der Werkzeugfront 8 und überlappen hier vollständig. Die beiden Teilnuten 12A, 12B sind jedoch mit unterschiedlichen Drallwinkeln W1, W2 ausgeführt, sodass die beiden Teilnuten 12A, 12B in Verlauf hin zum Schaft 10 auseinanderlaufen und die Spannut 6 als aufgeweitete Spannut 6 ausgebildet ist. Dies ist besonders deutlich in der seitlichen Ansicht in 2 zu erkennen, welche ebenfalls eine Rippe 14 zeigt, welche aufgrund der auseinanderlaufenden Teilnuten 12A, 12B in der Spannut 6 gebildet wird. Das Auseinanderlaufen der Teilnuten 12A, 12B ist in 1 durch zwei Kreise K1, K2 angedeutet, welche frontseitig überlappen und schaftseitig zueinander verschoben sind.
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Die erste Teilnut 12A ist mit einem ersten Drallwinkel W1 ausgebildet, welcher kleiner ist als ein zweiter Drallwinkel W2, in welchem die zweite Teilnut 12B verläuft. Zudem ist die zweite Teilnut 12B mit einer besseren Oberflächengüte ausgebildet, wohingegen die erste Teilnut 12A beispielsweise lediglich geschruppt ausgeführt ist. Dadurch, dass die später eingeschliffene zweite Teilnut 12B die bessere Oberflächengüte aufweist, weist auch die gesamte Spannut überwiegend die bessere Oberflächengüte auf, besonders da die beiden Teilnuten 12A, 12B aufgrund des lediglich geringen Unterschieds zwischen den Drallwinkeln W1, W2 weitestgehend überlappen und daher beim Einschleifen der zweiten Teilnut 12B die erste Teilnut 12A teilweise quasi überschliffen wird.
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Wie besonders in 1 erkennbar ist, weist das Rotationswerkzeug 2 frontseitig eine Schneide 16 auf, an welcher im Betrieb ein Span erzeugt wird. Die Schneide 16 geht an einem Schneideck in eine Kante 17 über, welche die Spannut 6 begrenzt und welche üblicherweise als eine sogenannte Nebenschneide ausgebildet ist. Derjenige Teil der Spannut 6, welcher sich an die Kante 17 anschließt, wird durch diejenige der Teilnuten 12A, 12B mit dem geringeren Drallwinkel W1, W2 gebildet, d.h. hier durch die zweite Teilnut 12B mit dem zweiten Drallwinkel W2. In besonders vorteilhafter Weise ist hier demnach die zweite Spannut 12B mit dem geringeren Drallwinkel W2 ausgeführt und weist zugleich die bessere Oberflächengüte auf.
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3 zeigt eine Schnittansicht des Rotationswerkzeugs 2 entlang der in 2 gezeigten Schnittebene A-A quer, d.h. senkrecht zur Längsachse L. Deutlich erkennbar sind die beiden Kreise K1, K2, welche jeweils eine kreisbogenförmige Kontur der jeweiligen Teilnut 12A, 12B bilden und sich an einer Spitze 18 der Rippe 14 schneiden. Allgemein wird durch die Spannut 6 ein Kern 20 des Grundkörpers 10 mit einem Kernradius und einem entsprechenden Kerndurchmesser K festgelegt. Der Kernradius ist dabei in einer jeweiligen Querschnittebene senkrecht zur Längsachse A bestimmt durch den kürzesten Abstand zwischen der Längssachse A und einer Wandung oder Nutwand der Spannut 6. Der Kern 20 definiert somit eine Spannuttiefe T der gesamten Spannut 6 als halbe Differenz zwischen einem Nenndurchmesser N des Rotationswerkzeugs 2 und dem Kerndurchmesser K. Auch die Teilnuten 12A, 12B weisen jeweils eine Spannuttiefe T auf. Bevorzugterweise sind beide Teilnuten 12A, 12B mit gleicher Spannuttiefe T ausgebildet, sodass die Spannut 6 im Querschnitt im Wesentlichen symmetrisch ist. Die jeweilige Spannuttiefe T der Teilnuten 12A, 12B wird dann wie in 3 gezeigt ebenfalls ausgehend vom Nenndurchmesser N des Rotationswerkzeugs 2 und nunmehr bis zum Grund der jeweiligen Teilnut 12A, 12B gemessen, und zwar entlang einer Geraden durch den jeweiligen Mittelpunkt M des Kreises K1, K2 und die Längsachse A.
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Außerdem verbleibt aufgrund der gleichen Spannuttiefe T der beiden Teilnuten 12A, 12B im Zentrum des Grundkörpers 10 ein besonders stabiler Kern 20. Der Kern 20 weist dabei einen Kerndurchmesser K auf, welcher hier in etwa der Spannuttiefe T entspricht. In Längsrichtung L ist der Kerndurchmesser K aufgrund der speziellen Ausgestaltung der beiden Teilnuten 12A, 12B konstant. Der Kerndurchmesser K und die Spannuttiefe T ergeben zusammen den Nenndurchmesser N.
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In 4 ist das Rotationswerkzeug 2 in einer Frontansicht gezeigt. Deutlich erkennbar sind hier die Spannuten 6, welche hier stark asymmetrisch erscheinen, aufgrund der nicht-planen Ausbildung der Werkzeugfront 8.
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5 zeigt das Rotationswerkzeug in einer perspektivischen Schnittansicht, nämlich entlang der zur Längsachse A schräg verlaufenden Schnittebene B-B gemäß 2. Deutlich erkennbar ist hier die Rippe 14, welche innerhalb der Spannut 6 durch die beiden auseinanderlaufenden Teilnuten 12A, 12B gebildet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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