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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückträgersystem für die Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines Bauteils oder einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, mit einer Trägerbasis; einem an der Trägerbasis befestigbaren oder befestigten Werkstück; wenigstens einem Werkstückadapter, der mit der Trägerbasis und dem Werkstück materialschlüssig verbindbar oder verbunden ist, insbesondere verklebbar oder verklebt ist; wenigstens einer Heizeinrichtung zur Erwärmung der materialschlüssigen Verbindung, insbesondere Klebverbindung.
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Es ist für die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere bei der Herstellung oder/und Wartung bzw. Reparatur von Werkstücken, bekannt, das betreffende Werkstück temporär mittels einer Verklebung mit einer Trägerbasis zu verbinden, so dass das Werkstück während der Bearbeitung sicher abgestützt bzw. gelagert ist. Zum Lösen der Klebeverbindung nach Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks ist es bekannt, das Werkstück beispielsweise mittels Induktion oder mittels Infrarotstrahlung zu erwärmen, um die Verklebung durch Wärmeeintrag zu lösen bzw. die Verbindung thermolytisch aufzuheben. Beispielhaft wird auf die
DE 20 2008 016180 U1 oder die
DE 100 56 322 A1 verwiesen.
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Bei der Bearbeitung von Turbinenschaufeln von Gasturbinen, insbesondere von Fluggasturbinen, wird die materialschlüssige Verbindung zwischen der Turbinenschaufel und der Trägerbasis bislang durch Induktion gelöst. Dabei wird eine Induktionsspule in die Nähe der bearbeiteten Turbinenschaufel gebracht, so dass diese durch Induktion erwärmt wird. Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Turbinenschaufel wird die Verklebung zwischen der Turbinenschaufel und dem wenigstens einen Werkstückadapter gelöst und die Turbinenschaufel kann von der Trägerbasis entfernt werden. Bei diesem Vorgehen hat sich gezeigt, dass die Erwärmung der Turbinenschaufel durch Induktion zu einer inhomogenen Temperaturverteilung in der Turbinenschaufel führen kann, insbesondere werden sehr hohe Temperaturen an den Turbinenschaufelrändern erzeugt. Dies führt zu großen Spannungen innerhalb der Turbinenschaufel, was das Risiko von Rissbildungen in der Turbinenschaufel erhöht.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird daher darin gesehen, ein Werkstückträgersystem und ein Bearbeitungsverfahren anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Gegenständer der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
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Vorgeschlagen wird also ein Werkstückträgersystem für die Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines Bauteils oder einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, mit einer Trägerbasis; einem an der Trägerbasis befestigbaren oder befestigten Werkstück; wenigstens einem Werkstückadapter, der mit der Trägerbasis und dem Werkstück materialschlüssig verbindbar oder verbunden ist, insbesondere verklebbar oder verklebt ist; und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zur Erwärmung der materialschlüssigen Verbindung, insbesondere Klebverbindung. Dabei ist vorgesehen, dass an dem Werkstückadapter wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, dass im materialschlüssig verbundenen, insbesondere verklebten Zustand des Werkstückadapters, die Heizeinrichtung zur Erwärmung der materialschlüssigen Verbindung, insbesondere Klebverbindung, mit der Ausnehmung verbunden oder in Verbindung bringbar ist. Zur Erwärmung mit der Ausnehmung verbunden oder in Verbindung bringbar heißt bspw., dass ein Heizelement oder Wärmeleitelement in die Ausnehmung einführbar ist oder fest mit der Ausnehmung verbunden ist oder auch, dass die Heizeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Heizmedium, wie bspw. Öl oder Heißluft in die Ausnehmung einzubringen. Mit anderen Worten könnte man sagen, dass die Ausnehmung derart ausgebildet und konstruktiv mit der Heizeinrichtung abgestimmt ist, dass ein gezielter Wärmeeintrag ins Innere des Werkstückadapters ermöglicht ist.
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Hierdurch kann Wärme zur thermolytischen Aufhebung der materialschlüssigen Verbindung gezielt dort eingebracht werden, wo sie benötigt wird. Dabei muss nicht das gesamte Werkstück, insbesondere die gesamte Turbinenschaufel, erwärmt werden, sondern die Erwärmung kann tendenziell eher punktuell erfolgen. Dabei wirkt der zwischen dem erwärmten Werkstückadapter und dem Werkstück vorhandene Klebstoff isolierend, so dass das Werkstück auch im Bereich des Werkstückadapters nicht besonders stark erwärmt wird, so dass dem Auftreten von Spannungen im Werkstück entgegengewirkt werden kann.
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Die Ausnehmung kann als Sacklochbohrung in dem Werkstückadapter ausgebildet sein. Dabei kann die Ausnehmung zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.
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Die Heizeinrichtung kann als längliches Heizelement, insbesondere Heizpatrone, ausgebildet sein mit einem Wärmeübertragungsabschnitt, der in die Ausnehmung einführbar oder eingeführt ist. Dabei können der Wärmeübertragungsabschnitt und die Ausnehmung komplementär zueinander ausgebildet sein, derart, dass der Wärmeübertragungsabschnitt formschlüssig in der Ausnehmung aufnehmbar oder aufgenommen ist.
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Durch die Ausgestaltung der Ausnehmung als Sacklochbohrung kann das Einführen des Heizelements begrenzt werden und der Werkstückadapter behält die notwendige Festigkeit bzw. Stabilität, die erforderlich ist, um bei der Bearbeitung des Werkstücks wirkende Kräfte aufzunehmen. Eine konische Ausgestaltung der Ausnehmung ermöglicht eine einfache und sichere Einführung des komplementär, insbesondere konisch ausgebildeten Wärmeübertragungsabschnitts. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Wärmeleitabschnitt und der Ausnehmung kann die im Heizelement erzeugte Wärme optimal auf den Werkstückadapter übertragen werden, insbesondere aufgrund der vollflächigen Anlage zwischen einer Außenumfangsfläche des Wärmeleitabschnitts und der Innenumfangsfläche der Ausnehmung.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten und ggf. unabhängig zu beanspruchenden Ausführungsform kann die Heizeinrichtung ein fest in der Ausnehmung verbautes Heizelement, bevorzugt eine Heizpatrone, aufweisen. Über eine geeignete Schnittstelle (z.B. elektrische kontakte) kann in diesem Fall die notwendige Heizenergie zum Lösen der stoffschlüssigen Verbindung eingebracht werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten und ggf. unabhängig zu beanspruchenden Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Ausnehmung als Kanal oder Durchgangsbohrung ausgebildet sein und die Heizeinrichtung dazu ausgebildet sein, die Ausnehmung mit einem Heizmedium, insbesondere Heißluft, zu durchströmen.
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Der Werkstückadapter kann mittels des Heizelements auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der die Adhäsion der materialschlüssigen Verbindung, insbesondere der Klebeverbindung zwischen dem Werkstückadapter und der Trägerbasis sowie zwischen dem Werkstückadapter und dem Werkstück reduziert wird, so dass das Werkstück, der Werkstückadapter und die Trägerbasis voneinander gelöst werden können. Das Heizelement kann dazu mittels elektrischem Strom erwärmt werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch einen Werkstückadapter, der materialschlüssig, insbesondere verklebt zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einer Trägerbasis für das Werkstück aufgenommen ist, wobei an dem Werkstückadapter wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist, in die eine Heizeinrichtung einführbar ist.
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Vorgeschlagen wird auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines Bauteils oder einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines zu bearbeitenden Werkstücks;
- Bereitstellen einer Trägerbasis;
- Bereitstellen von wenigstens einem Werkstückadapter;
- Herstellen von materialschlüssigen Verbindungen, insbesondere Verklebungen zwischen dem Werkstückadapter und der Trägerbasis sowie zwischen dem Werkstückadapter und dem Werkstück;
- Bearbeiten des Werkstücks;
- Einleiten von Wärme in den Werkstückadapter mittels einer mit dem Werkstückadapter verbundenen Heizeinrichtung und Erwärmen des Werkstückadapters bis die Adhäsion der materialschlüssigen Verbindung, insbesondere Verklebung zwischen dem Werkstückadapter und der Trägerbasis sowie zwischen dem Werkstückadapter und dem Werkstück reduziert wird, so dass das Werkstück, der Werkstückadapter und die Trägerbasis voneinander gelöst werden können.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann das Werkstück, insbesondere die Turbinenschaufel, während der Bearbeitung sicher abgestützt bzw. gelagert werden. Beim Lösen der temporären materialschlüssigen Verbindung wird die zur Thermolyse des Klebstoffs erforderliche Wärme gerade dort eingebracht, wo sie benötigt wird, nämlich beim Werkstückadapter, der sowohl mit dem Werkstück, als auch mit der Trägerbasis materialschlüssig verbunden ist.
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Bei dem Verfahren kann als Material für die materialschlüssige Verbindung beispielsweise ein Methacrylatkleber (2-Komponenten-Kleber) eingesetzt werden. Es gibt aber auch andere Klebstoffe, die für das hier vorgestellte Werkstückbearbeitungssystem eingesetzt werden können, so dass das hier vorgestellte System und Verfahren nicht auf Methylacrylat-Kleber eingeschränkt ist.
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Die Temperatur, auf die der Werkstückadapter bzw. der Wärmeleitabschnitt der Heizeinrichtung erwärmt werden soll ist abhängig von dem verwendeten Klebstoff. Beispielsweise kann die Temperatur in einem Bereich von etwa 150°C. bis 200°C liegen, vorzugsweise bei etwa 170°C. bis 190°C.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
- 1 zeigt in einer stark vereinfachten und schematischen Darstellung ein Werkstückträgersystem.
- 2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Schnittdarstellung einen Werkstückadapter mit eingeführtem Heizelement.
- 3 zeigt vereinfacht Schritte eines Bearbeitungsverfahrens.
- 4 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Schnittdarstellung einen Werkstückadapter gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Ansicht ein Werkstückbearbeitungssystem 10. Das Werkstückbearbeitungssystem 10 umfasst eine Trägerbasis 12, ein Werkstück 14 und wenigstens einen Werkstückadapter 16. Im gezeigten Beispiel sind zwei Werkstückadapter 16 gezeigt. Die beiden Werkstückadapter 16 können unterschiedlich dimensioniert oder/und geformt sein. Insbesondere können bei einem Werkstückbearbeitungssystem 10 in Abhängigkeit von einem zu bearbeitenden Werkstück 14 verschiedene Werkstückadapter 16 eingesetzt werden. Die Trägerbasis 12 kann bei der Bearbeitung des Werkstücks 14 beispielsweise in einer übergeordneten Bearbeitungsvorrichtung angeordnet bzw. befestigt werden, etwa einer Schleifvorrichtung, einer Schweißvorrichtung oder dergleichen.
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Der Werkstückadapter 16 ist sowohl mit der Trägerbasis 12, als auch mit dem Werkstück 12 materialschlüssig verbunden, insbesondere verklebt. In der 1 ist dies durch das Material bzw. den Klebstoff 18 angedeutet. Das Werkstück 14 und die Trägerbasis 12 sind somit mittels wenigsten einem Werkstückadapter 16 temporär miteinander verbunden. Diese Verbindung kann insbesondere so lange beibehalten werden, bis eine an dem Werkstück 14 durchzuführende Bearbeitung durchgeführt worden ist. Dabei kann die Bearbeitung des Werkstücks einen oder mehrere Bearbeitungsschritte umfassen, wie beispielsweise Schleifen des Werkstücks 14 oder/und Schweißen des Werkstücks 14 und dergleichen.
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Das Werkstück 14 kann beispielsweise ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere einer Fluggasturbine sein. Insbesondere kann das Werkstück 14 eine Turbinenschaufel einer Gasturbine sein. Beispielsweise kann das an der Trägerbasis 12 angebrachte Werkstück 14 eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel einer Gasturbine sein. Das in 1 schematisch und vereinfachte Werkstück 14 kann beispielsweise so verstanden werden, dass es eine Turbinenschaufel ist, die jeweils im Bereich ihres Schaufelfußes 14a und ihres Schaufelkopfes 14b mittels Werkstückadapters 16 an der Trägerbasis 12 abgestützt ist.
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Wie aus der 1 ersichtlich, umfasst der Werkstückadapter 16 eine Ausnehmung 20. Die Ausnehmung 20 ist derart an dem Werkstückadapter 16 angeordnet, dass sie im verbundenen Zustand des Werkzeugadapters 16 mit dem Werkstück 14 und der Trägerbasis 12 zugänglich ist, insbesondere von außen bzw. von der Umgebung her zugänglich ist. Anders ausgedrückt bildet die Ausnehmung 20 eine von außen wahrnehmbare, am Werkzeugadapter 16 ausgebildete Öffnung.
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2 zeigt in einer stark vereinfachten und schematischen Schnittdarstellung einen Werkstückadapter 16 mit seiner Ausnehmung 20. Die Ausnehmung 20 kann beispielsweise als Sacklochbohrung ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel ist die Ausnehmung 20 konisch ausgebildet, beispielsweise in der Art eines Kegelstumpfes. Allerdings kann die Ausnehmung 20 auch zylindrisch ausgebildet sein, wobei die Zylindergrundfläche ein Kreis, eine Ellipse oder auch ein Vieleck sein kann.
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In der 2 ist eine Situation gezeigt, in der die Ausnehmung 20 in Kontakt steht mit einer Heizeinrichtung 22, die auch dem Werkstückbearbeitungssystem zugeordnet werden kann. Die Heizeinrichtung 22 umfasst ein Heizelement 24 und einen Wärmeübertragungsabschnitt 26. Das Heizelement 24 kann elektrisch betrieben sein, was durch den beispielhaft angedeuteten Kabelabschnitt 25 angedeutet ist.
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Der Wärmeübertragungsabschnitt 26 weist eine zur Ausnehmung 20 komplementäre Form bzw. Formgebung auf. Im gezeigten Beispiel ist der Wärmeübertragungsabschnitt 26 der Heizeinrichtung konisch ausgebildet, insbesondere in Form eines Kegelstumpfes. Der Wärmeübertragungsabschnitt 26 und die Ausnehmung 20 können formschlüssig bzw. auch reibschlüssig miteinander in Verbindung bzw. in Eingriff gebracht werden sein. Der Wärmeübertragungsabschnitt 26 kann mittels des Heizelements 24 erwärmt werden. Durch das Anliegen des Wärmeübertragungsabschnitts 26, insbesondere von dessen Außenumfangsfläche, an der Ausnehmung 20, insbesondere deren Innenumfangsfläche, wird die durch die Heizeinrichtung 22 erzeugte Wärme auf den Werkstückadapter 16 übertragen bzw. eingebracht.
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Alternativ zur in 2 gezeigten Konfiguration ist es ebensogut möglich, das Heizelement 24 fest im Werkstückträger 16 (innerhalb der Ausnehmung 20) zu montieren und die Schnittstelle zwischen Heizelement 24 und Kabelabschnitt 25 derart lösbar zu gestalten, dass der Werkstückträger 16 mit integriertem Heizelement 24 zum geeigneten Zeitpunkt mit Strom beaufschlagt werden kann, um die Klebeverbindung zu erhitzen.
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Durch das Erwärmen des Werkstückadapters 16 wird auch das Verbindungsmaterial 18 bzw. der Klebstoff 18 erwärmt, so dass dessen Adhäsion reduziert wird. Auf diese Art und Weise kann die in 1 dargestellte materialschlüssige Verbindung zwischen dem Werkstückadapter 16 und dem Werkstück 14 sowie zwischen dem Werkstückadapter 16 und der Trägerbasis 12 thermolytisch unterbrochen werden, so dass die Elemente des Werkstückbearbeitungssystems 10 voneinander gelöst werden können.
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In 3 ist schematisch und vereinfacht ein Verfahren 500 zur Bearbeitung eines Werkstücks 14, insbesondere eines Bauteils oder einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, dargestellt.
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Bei dem Verfahren 500 wird in einer Schritt S501 ein zu bearbeitendes Werkstück 14 bereitgestellt. Gemäß S502 die Trägerbasis 12 bereitgestellt. Wenigstens ein Werkstückadapter 16 wird in S503 bereitgestellt. Die Reihenfolge des Bereitstellens von Werkstück 14, Trägerbasis 12 und Werkstückadapter(n) 16 muss nicht entsprechend der hier verwendeten Nummerierung der Verfahrensschritte erfolgen. Gemäß S504 werden materialschlüssige Verbindungen, insbesondere Verklebungen zwischen dem Werkstückadapter 16 und der Trägerbasis 12 sowie zwischen dem Werkstückadapter 16 und dem Werkstück 14 hergestellt. Das Bearbeiten des Werkstücks 14 erfolgt in S505. Nach dem Abschließen des Bearbeitens (S505) des Werkstücks 14 wird in S506 Wärme in den (oder die) Werkstückadapter 16 mittels einer mit dem Werkstückadapter 16 verbundenen Heizeinrichtung 22 eingebracht. S507 repräsentiert das Erwärmen des Werkstückadapters 16 bis die Adhäsion der materialschlüssigen Verbindungnm18, insbesondere Verklebung zwischen dem Werkstückadapter 16 und der Trägerbasis 12 sowie zwischen dem Werkstückadapter 16 und dem Werkstück 14 reduziert wird. In einem letzten Schritt S508 können das Werkstück 14, der Werkstückadapter 16 und die Trägerbasis 12 voneinander gelöst werden.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren 500 kann das Werkstück 14, insbesondere die Turbinenschaufel, während der Bearbeitung sicher abgestützt bzw. gelagert werden. Beim Lösen (S506, S507) der temporären materialschlüssigen Verbindung 18 wird die zur Thermolyse des Klebstoffs 18 erforderliche Wärme gerade dort eingebracht, wo sie benötigt wird, nämlich beim Werkstückadapter 16, der sowohl mit dem Werkstück 14, als auch mit der Trägerbasis 12 materialschlüssig verbunden ist.
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Bei dem Verfahren 500 kann als Material für die materialschlüssige Verbindung beispielsweise ein Methacrylatkleber (2-Komponenten-Kleber) eingesetzt werden. Es gibt aber auch andere Klebstoffe, die für das hier vorgestellte Werkstückbearbeitungssystem eingesetzt werden können, so dass das hier vorgestellte System und Verfahren nicht auf Methacrylat-Kleber eingeschränkt ist.
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Die Temperatur, auf die der Werkstückadapter 16 bzw. der Wärmeleitabschnitt 26 der Heizeinrichtung 22 erwärmt werden soll ist abhängig von dem verwendeten Klebstoff. Beispielsweise kann die Temperatur in Schritt S506 in einem Bereich von etwa 150°C. bis 200°C liegen, vorzugsweise bei etwa 170°C. bis 190°C.
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Nach dem Lösen der temporären materialschlüssigen Verbindung können das Werkstück 14, der Werkstückadapter 16 und die Trägerbasis 12 noch von Material- bzw. Klebstoffrückständen gereinigt werden. Das Reinigen kann dabei beispielsweise durch Kunststoffpartikelstrahlen oder Trockeneisstrahlen erfolgen.
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4 zeigt einen Werkstückadapter 16 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Ausnehmung 20 ist in dieser Ausführungsform als Durchgangsbohrung mit einer sich konisch aufweitenden Öffnung ausgebildet. Die Heizeinrichtung 22 ist als Düse ausgebildet, die in die Ausnehmung 20 eingeführt werden kann, um den Werkstückadapter 16 mit einem entsprechend temperierten Medium 27, hier Heißluft, zu durchströmen, bis sich die adhäsive Verbindung gelöst hat. Eine konische Düsenspitze 28 erleichtert das Einführen und das Zentrieren der Heizeinrichtung 22 in der Ausnehmung 20.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkstückberabeitungssystem
- 12
- Trägerbasis
- 14
- Werkstück
- 14a
- Schaufelfuß
- 14b
- Schaufelkopf
- 16
- Werkstückadapter
- 18
- Verbindungsmaterial bzw. Klebstoff
- 20
- Ausnehmung
- 22
- Heinzeinrichtung
- 24
- Heizelement
- 25
- Kabelabschnitt
- 26
- Wärmeübertragungsabschnitt
- 27
- Heizmedium
- 28
- Düsenspitze
- 500
- Bearbeitungsverfahren mit Schritten S501-S508
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008016180 U1 [0002]
- DE 10056322 A1 [0002]
