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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidzuführvorrichtung für ein rotierendes Werkzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine mit einer derartigen Fluidzuführvorrichtung sowie ein Fahrzeugteil hergestellt mit einer derartigen Fluidzuführvorrichtung.
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Im Fahrzeugbau werden Fräsprozesse eingesetzt, um Bauteile zu trennen oder Kanäle in Bauteile einzubringen. Hierzu werden rotierende Werkzeuge, wie beispielsweise Scheibenfräser eingesetzt. Im Fräsprozess können Standzeiten von Scheibenfräsern nicht vollständig ausgenutzt werden, da Verunreinigungen zu vorzeitiger Überhitzung und damit zu einem erhöhten Verschleiß führen.
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Aus
DE 10 2004 011 309 A1 geht ein Beispiel für ein Kühlmittelzuführsystem eines rotierenden Werkzeugs hervor. Das Kühlmittelzuführsystem weist ein oder mehrere Kühlmittel-Leitscheiben auf, die seitlich an einem Schleifscheiben- oder Werkzeug-Grundkörper angebracht sind. Die Kühlmittel-Leitscheiben weisen einen oder mehrere Hohlräume mit oder ohne Turbo-Verdichter-System auf, welche durch Kühlkanäle eine Zufuhr des Kühlmittels an den Schleifkörper oder an die Werkzeugschneiden ermöglichen. Die Hohlräume können über eine ringförmige Zuführöffnung mit Kühlmittel beaufschlagt werden, so dass durch den in den Hohlräumen erzeugten Kühlmitteldruck und durch die Zentrifugalkraft das Kühlmittel über die Kühlkanäle an die Eingriffsstelle der Schleifscheibe oder an die Werkzeugschneide gelangt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidzuführvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Kühl- sowie Reinigungsfunktion aufweist und gleichzeitig kostengünstig ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Fluidzuführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Fahrzeugteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Fluidzuführvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Fluidzuführvorrichtung für ein rotierendes Werkzeug, insbesondere einen Scheibenfräser, vorgeschlagen, der einen Kühlkanal zum Zuführen eines Fluids an das rotierende Werkzeug aufweist, wobei der Kühlkanal einen Außenumfangsabschnitt des rotierenden Werkzeugs umschließt.
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Da der Kühlkanal einen Außenumfangsabschnitt des rotierenden Werkzeugs umschließt, wird eine verbesserte Zuführung eines Fluids an das rotierende Werkzeug und dadurch eine verbesserte Kühl- und Reinigungsfunktion für ein rotierendes Werkzeug, insbesondere einen Scheibenfräser, erzielt. Dadurch wird eine signifikante Erhöhung der Standzeit des rotierenden Werkzeugs erreicht. Darüber hinaus stellt ein scheibenumschließender Kühlkanal eine kostengünstige Lösung zur Kühlung und Reinigung eines rotierenden Werkzeugs dar.
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Unter einem rotierenden Werkzeug wird vorliegend ein um eine Rotationsachse rotierendes Werkzeug verstanden. Das rotierende Werkzeug kann ein Scheibenfräser oder ein Bohrer sein. Das rotierende Werkzeug kann in einer Werkzeugmaschine drehbar angetrieben gelagert sein.
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Unter einem Fluid wird vorliegend ein Mittel verstanden, das zur Kühlung und/oder Reinigung eines rotierenden Werkzeugs eingesetzt werden kann. Das Fluid kann Luft, insbesondere Druckluft, oder eine Flüssigkeit sein. Das Fluid zur Kühlung und/oder Reinigung kann über eine externe Quelle, beispielsweise aus einem Fluidreservoir, wie beispielsweise einem Kühlmittelbehälter, der Fluidzuführvorrichtung zugeführt werden. Hierzu kann die Fluidzuführvorrichtung wenigstens einen Fluideinlass aufweisen. Vorliegend kann das Fluid auch als Kühlmittel bezeichnet werden. Somit kann die Fluidzuführvorrichtung vorliegend auch als Kühlmittelzufuhrvorrichtung bezeichnet werden.
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Unter einem Außenumfangsabschnitt wird vorliegend verstanden, dass der Kühlkanal nur einen Teilabschnitt eines Umfangs des rotierenden Werkzeugs umschließt. Vorteilhaft kann der Kühlkanal seitliche Wangen aufweisen, die einen Randabschnitt des rotierenden Werkzeugs umgreifen und die sich entlang eines Umfangs, insbesondere eines Teilabschnittes des Umfangs, des rotierenden Werkzeuges erstrecken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fluidzuführvorrichtung als monolithischer Hohlkörper ausgebildet. Unter monolithisch wird vorliegend ein einteiliger und stoffeinheitlicher Körper ohne Fugen und Nähte verstanden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fluidzuführvorrichtung durch schichtweisen Aufbau mittels eines generativen Fertigungsverfahrens erzeugt. Dadurch sind die Herstellkosten der Fluidzuführvorrichtung stark reduziert. Zudem ermöglicht die Herstellung der Fluidzuführvorrichtung im generativen Fertigungsverfahren, dass die Konstruktionsparameter der Fluidzuführvorrichtung an unterschiedliche Gegebenheiten und Anwendungen einfach angepasst und damit generisch einstellbar sind. Der Datensatz für das generische Fertigungsverfahren muss lediglich an die neue Gegebenheit und Anwendung, insbesondere die erforderlichen Abmaße, angepasst werden.
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Vorteilhaft sind die Freiheitsgrade einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Scheibenfräseraggregates, wie beispielsweise Scheibendurchmesser, Aufspannlänge und/oder Winkelstellung, in parametrischer Konstruktion der Fluidzuführvorrichtung berücksichtigt und einstellbar. Dadurch ist die auszuleitende Konstruktion für das generative Fertigungsverfahren verschiedenster Anwendungen generisch einstellbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Fluidzuführvorrichtung einen Zuführkanal zum Zuführen des Fluids zu dem Kühlkanal und einen den Zuführkanal und den Kühlkanal verbindenden Verbindungskanal auf. Aufgrund nur eines Kühlkanals weist die Fluidzuführvorrichtung einen kompakten Bauraum auf. Zur Anpassung der Fluidzuführvorrichtung an unterschiedliche Einbausituationen ist es nur erforderlich, den Zuführkanal zu verlängern oder zu verkürzen. Dadurch kann die Fluidzuführvorrichtung einfach an die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden. Vorteilhaft ist der Zuführkanal kreisbogenförmig ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft erstreckt sich der Zuführkanal in einer parallelen Ebene zur Rotationachse des rotierenden Werkzeugs. Weiterhin vorteilhaft erstreckt sich der Verbindungskanal senkrecht zu einer Rotationsachse des rotierenden Werkzeuges.
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So kann der Verbindungskanal einen Krümmungsabschnitt, der mit dem Zuführkanal verbunden ist und der die Fluidzuführvorrichtung von einer Ebene parallel zu einer Rotationsachse des rotierenden Werkzeuges in eine Ebene senkrecht zu der Rotationsachse überführt, und einen senkrechten Abschnitt aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkanal eine Winkelstellung zu einer Vertikalachse des Verbindungskanals auf. Dadurch kann die Fluidzuführvorrichtung an eine Winkelstellung einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Scheibenfräseraggregates, angepasst werden. Die Winkelstellung des Kühlkanals kann während des generativen Fertigungsprozesses erzeugt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkanal wenigstens zwei Fluidführungskanäle und einen das rotierende Werkzeug außenumfangsseitig umschließenden Austrittskanal auf, wobei die Fluidführungskanäle in den Austrittskanal münden. Durch das Vorsehen zweier in den Kühlkanal integrierter separater Fluidführungskanäle kann das Fluid zum Kühlen und/oder Reinigen an eine definierte Position des rotierenden Werkzeugs gebracht werden. Vorteilhaft weist der Austrittskanal seitliche Wangen auf, die einen Randabschnitt des rotierenden Werkzeugs umgreifen und die sich entlang eines Umfangs, insbesondere eines Teilabschnittes des Umfangs, des rotierenden Werkzeuges erstrecken. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Austrittskanal eine Winkelstellung zu einer Vertikalachse des Verbindungskanals auf. Vorteilhaft weist der Kühlkanal drei Fluidführungskanäle auf, wobei jeder der Fluidführungskanäle auf einen anderen Bereich des rotierenden Werkzeuges gerichtet ist. Weiterhin vorteilhaft sind die Fluidführungskanäle und der Austrittskanal einstückig während eines generativen Fertigungsprozesses hergestellt. Die Fluidführungskanäle können vorliegend auch als Anströmkanäle bezeichnet werden. Der Austrittskanal kann vorliegend auch als Austrittsmündung bezeichnet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Fluidführungskanal seitlich auf das rotierende Werkzeug gerichtet, und der andere Fluidführungskanal ist stirnseitig auf das rotierende Werkzeug gerichtet. Dadurch wird eine effektive Kühlung beziehungsweise Reinigung des rotierenden Werkzeugs ermöglicht. Unter seitlich wird vorliegend eine Vorderseite oder eine Rückseite des rotierenden Werkzeugs verstanden. Unter stirnseitig wird vorliegend diejenige Seite des rotierenden Werkzeugs verstanden, die einer Tiefenrichtung des rotierenden Werkzeugs entspricht und die sich parallel zu einer Rotationsachse des rotierenden Werkzeugs erstreckt. Wenn der Kühlkanal drei Fluidführungskanäle aufweist, so liegen sich die beiden Fluidführungskanäle einander gegenüber, so dass einer der Fluidführungskanäle auf eine Vorderseite des rotierenden Werkzeugs gerichtet ist und der andere Fluidführungskanal auf eine Rückseite des rotierenden Werkzeuges gerichtet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Zuführkanal wenigstens ein Anschlussmittel zum Einleiten des Fluids in die Fluidzuführvorrichtung und/oder zur Montage der Fluidzuführvorrichtung auf. Das Anschlussmittel hat somit eine Doppelfunktion. Einerseits wird über das Anschlussmittel das Fluid in die Fluidzuführvorrichtung, insbesondere den Zuführkanal eingeleitet, und andererseits wird über das Anschlussmittel die Fluidzuführvorrichtung an eine Werkzeugmaschine, beispielsweise an ein Scheibenfräseraggregat, montiert. Vorteilhaft führt die zusätzliche Montage der Fluidzuführvorrichtung zu keinem erhöhten Bauraum beim Fräsprozess. Darüber hinaus wird eine präzise Anbindung an der Werkzeugmaschine geschaffen, so dass eine falsche Montage der Fluidzuführvorrichtung ausgeschlossen ist. Das Anschlussmittel kann einen Abschluss des Zuführkanals bilden. Das Anschlussmittel kann als ein Hohlzylinder ausgebildet sein, der von dem Zuführkanal abragt und der über eine Öffnung in den Hohlzylinder eingebrachte Öffnung und einen Kanal mit dem Zuführkanal verbunden sein kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Zuführkanal wenigstens zwei Anschlussmittel zum Einleiten des Fluids in die Fluidzuführvorrichtung und zur Montage auf. Vorteilhaft kann die Fluidzuführvorrichtung über eine Hohlschraube mit einem Fluidsystem, wie beispielsweise einem Kühlsystem, einer Werkzeugmaschine verbunden sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fluidzuführvorrichtung aus Kunststoff oder Metall. So kann die Fluidzuführvorrichtung aus Polyamid 12 (PA 12) mit und ohne Faseranteil sein. Ferner kann die Fluidzuführvorrichtung aus Aluminium hergestellt sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das generative Fertigungsverfahren ein Stereolithographieverfahren (SL), ein Lasersinterverfahren (LS), ein Laserstrahlschmelzverfahren (LBM), insbesondere ein selektives Laserschmelzverfahren (SLM), ein Elektronenstrahlschmelzverfahren (EBN), ein Fused-Layer-Modeling/Manufacturing-Verfahren (FLM/FFF), ein Fused-Deposition-Modeling-Verfahren (FDM), ein Multijet-Modeling-Verfahren (MJM), ein Polyjet-Modeling-Verfahren (PJM), ein Binder-Jetting-Verfahren, ein Layer-Laminated-Manufacturing-Verfahren (LLM), ein Digital-Light-Processing-Verfahren (DLP), ein Thermotransfersinterverfahren (TTS) und/oder ein Digital-Light-Synthesis-Verfahren (DLS).
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Werkzeugmaschine vorgeschlagen, die eine erfindungsgemäße Fluidzuführvorrichtung aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeugteil vorgeschlagen, das mit einer erfindungsgemäßen Fluidzuführvorrichtung hergestellt ist.
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Nachfolgend werden eine Fluidzuführvorrichtung sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigt:
- 1 eine Scheibenfräseraggregat mit einem als Frässcheibe ausgebildeten rotierenden Werkzeug und einer Fluidzuführvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung der Fluidzuführvorrichtung;
- 3 eine Vorderansicht der Fluidzuführvorrichtung; und
- 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3
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In 1 ist ein Scheibenfräseraggregat 10 mit einem rotierenden Werkzeug 12, das vorliegend eine Frässcheibe 14 ist, und einer Fluidzuführvorrichtung 16 zum Kühlen und/oder Reinigen des rotierenden Werkzeuges 12 dargestellt.
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Der Fräskopf 12 ist an einer nicht dargestellten Fräsmaschine anbringbar und weist eine Basis 18 und eine relativ zu der Basis 18 verdrehbare Winkeleinstelleinrichtung 20 auf.
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Die Fluidzuführvorrichtung 16 führt ein Fluid, wie beispielsweise ein Kühlmittel oder Druckluft, von einem nicht dargestellten Fluidreservoir der Fräsmaschine dem rotierenden Werkzeug 12 zu, um selbiges zu kühlen und/oder zu reinigen.
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Die Fluidzuführvorrichtung 16 ist ein monolithischer Hohlkörper aus Kunststoff, insbesondere aus PA 12, oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium, wobei der Hohlkörper durch schichtweisen Aufbau mittels eines generativen Fertigungsverfahrens erzeugt ist.
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Das generative Fertigungsverfahren zur Herstellung der Fluidzuführvorrichtung 16 kann beispielsweise ein Stereolithographieverfahren (SL), ein Lasersinterverfahren (LS), ein Laserstrahlschmelzverfahren (LBM), insbesondere ein selektives Laserschmelzverfahren (SLM), ein Elektronenstrahlschmelzverfahren (EBN), ein Fused-Layer-Modeling/Manufacturing-Verfahren (FLM/FFF), ein Fused-Deposition-Modeling-Verfahren (FDM), ein Multijet-Modeling-Verfahren (MJM), ein Polyjet-Modeling-Verfahren (PJM), ein Binder-Jetting-Verfahren, ein Layer-Laminated-Manufacturing-Verfahren (LLM), ein Digital-Light-Processing-Verfahren (DLP), ein Thermotransfersinterverfahren (TTS) und/oder ein Digital-Light-Synthesis-Verfahren (DLS) sein.
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Wie in den 2 bis 4 ersichtlich ist, weist die Fluidzuführvorrichtung 16 einen Kühlkanal 22, der einen Außenumfangsabschnitt des rotierenden Werkzeugs 12 umschließt, einen Zuführkanal 24, der das Fluid zu dem Kühlkanal 22 zuführt, und einen den Kühlkanal 22 und den Zuführkanal 24 verbindenden Verbindungskanal 26 auf.
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Der Kühlkanal 22 weist drei Fluidführungskanäle 28 und einen das rotierende Werkzeug 12 außenumfangsseitig umschließenden Austrittskanal 30 auf.
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Wie insbesondere in 4 ersichtlich ist, sind die Fluidführungskanäle 28 fluidleitend mit dem Verbindungskanal 26 verbunden, wobei zwei Fluidführungskanäle 28 seitlich derart auskragen, dass sich beide Fluidführungskanäle gegenüberliegen und dass einer der Fluidführungskanäle 28 auf eine Vorderseite des rotierenden Werkzeugs 12 gerichtet ist und der andere Fluidführungskanal 28 auf eine Rückseite des rotierenden Werkzeugs gerichtet ist. Der dritte Fluidführungskanal 28 ist auf eine Stirnseite des rotierenden Werkzeugs 12 gerichtet. Dadurch wird eine optimale Kühl- und Reinigungsfunktion des rotierenden Werkzeugs geschaffen.
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Der Austrittskanal 30 erstreckt sich entlang eines Umfangs U des rotierenden Werkzeuges 12 und weist zwei Wangen 31 auf, die einen Außenumfangsabschnitt des rotierenden Werkzeugs 12 umschließen.
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Der Zuführkanal 24 ist vorliegend als ein halbkreisförmiger Kanal ausgebildet, der sich in einer Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse R des rotierenden Werkzeugs 12 erstreckt. Der Zuführkanal weist zwei Anschlussmittel 32 zum Verbinden des Zuführkanals 24 mit dem nicht dargestellten Fluidreservoir sowie zur Montage der Fluidzuführvorrichtung 16 an dem Scheibenfräseraggregat 10 auf. Wie in den Figuren ersichtlich ist, bildet eines der Anschlussmittel 32 einen Abschluss des Zuführkanals 24.
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Die Anschlussmittel 32 sind Hohlzylinder 34, die über eine in den Hohlzylinder 34 eingebrachte Öffnung 36 und einen Kanal 38 mit dem Zuführkanal 24 fluidleitend verbunden sind. Die Anschlussmittel 32 sind über Hohlschrauben 40 fluidleitend mit dem Scheibenfräseraggregat 10 verbunden.
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Der Verbindungskanal 26 verbindet den Zuführkanal 24 mit dem Kühlkanal 22, insbesondere die Fluidführungskanäle 28, wie insbesondere in den 2 bis 4 ersichtlich ist. Der Verbindungskanal 26 weist einen Krümmungsabschnitt 42, der mit dem Zuführkanal 24 verbunden ist, und einen senkrechten Abschnitt 44, der in die Fluidführungskanäle 28 mündet, auf. Der Krümmungsabschnitt 42 überführt die Fluidzuführvorrichtung 16 auf eine Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse R ist.
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Die Fluidzuführvorrichtung 16 zeichnet sich einerseits durch seinen scheibenumschließenden Kühlkanal 22 mit seitlich und stirnseitig angebrachten Fluidführungskanälen 28 und andererseits durch seine Ausführung als einteiliger in einem generativen Fertigungsprozess erzeugten Hohlkörper aus. Die Freiheitsgrade des Scheibenfräseraggregats, beispielsweise Scheibendurchmesser, Aufspannlänge und die Winkelstellung, sind in parametrischer Konstruktion der Fluidzuführvorrichtung 16 berücksichtigt und einstellbar. Die auszuleitende Konstruktion für das generative Fertigungsverfahren verschiedenster Anwendungen ist somit generisch erstellbar. Dadurch sind die Herstellkosten um 50% geringer als bei herkömmlichen Systemen. Zudem sind eine falsche Einstellung und Montage ausgeschlossen. Die zusätzliche Montage der Fluidzuführvorrichtung 16 führt zu keinem erhöhten Bauraum beim Fräsprozess, und die Einbauparameter der Fluidzuführvorrichtung 16 werden am Bauteil automatisch gekennzeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Scheibenfräseraggregat
- 12
- rotierendes Werkzeug
- 14
- Frässcheibe
- 16
- Fluidzuführvorrichtung
- 18
- Basis
- 20
- Einstelleinrichtung
- 22
- Kühlkanal
- 24
- Zuführkanal
- 26
- Verbindungskanal
- 28
- Fluidführungskanal
- 30
- Austrittskanal
- 31
- Wange
- 32
- Anschlussmittel
- 34
- Hohlzylinder
- 36
- Öffnung
- 38
- Kanal
- 40
- Hohlschraube
- 44
- Krümmungsabschnitt
- 46
- senkrechter Abschnitt
- U
- Umfang des rotierenden Werkzeuges
- R
- Rotationsachse des rotierenden Werkzeuges
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004011309 A1 [0003]
