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Die Erfindung betrifft schwingungsgedämpfte formgebende
Werkzeuge wie Bohrwerkzeuge, Bohrstangen und Ausdrehwerkzeuge und
dergleichen, die als solche eine hohe Eigendämpfung aufweisen.
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Beim Bearbeiten von Werkstücken mit
Werkzeugen entstehen stets Schwingungen bzw. Vibrationen. Dies ist
der Fall, sowohl wenn das Werkzeug sich selbst bewegt, z. B. rotiert,
um dem Werkstück eine
Form zu geben, sei es nun beispielsweise beim Fräsen oder Bohren, als auch,
wenn das Werkzeug selbst feststehend angeordnet ist und das zu bearbeitende
Werkstück
selbst bewegt wird.
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Diese Schwingungen und Vibrationen
sind von großem
Nachteil, sei es nun, daß man
mit mehr oder weniger kompliziert aufgebauten Werkzeugmaschinen
arbeitet oder auch mit einer einfachen Bohrmaschine. So werden durch
die Schwingungen, die beim Bearbeiten mit dem Werkzeug am Werkzeug entstehen,
auch die Teile wie die Baugruppen von Werkzeugmaschinen in Schwingungen
versetzt, die Schwingungen in den Baugruppen können ihrerseits wieder nachteilig
auf das sich bewegende Werkzeug einwirken. Dadurch wird einmal die
Präzision
beim Arbeiten in Mitleidenschaft gezogen, ferner wird durch die
ständige
Beeinträchtigung
durch die Schwingungen die Lebenszeit der Werkzeugmaschinen und
Werkzeuge reduziert. Auch können
sich die Schwingungen nachteilig auf die Gebäude auswirken, in denen die
Werkzeugmaschinen aufgestellt sind. Schließlich führen Schwingungen häufig auch zu
unzumutbaren Lärmbelästigungen.
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Man hat bereits auf verschiedene
Weise versucht, die Schwingungen, welche bei den Werkzeugmaschinen
insbesondere bei den verschiedenen Baugruppen auftreten, zu verringern.
Eine der Methoden wird in der
DE 100 46 868 A1 beschrieben.
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Die Lehre dieser Patentanmeldung
betrifft Werkzeugmaschinen insbesondere Drehmaschinen, welche Baugruppen
umfassen, welche ganz oder teilweise gefüllt sind, wobei die Baugruppen
in Schweißkonstruktionen
ausgebildet sind und die Hohlräume
der Baugruppen ganz oder teilweise mit einer Mischung aus Flüssigkeit
und körnigem
Feststoff gefüllt
sind.
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Durch die in dieser Anmeldung beschriebenen
Maßnahmen
wird das Dämpfungsverhalten
der Werkzeugmaschinen sehr vorteilhaft beeinflußt, jedoch wird durch die dort
beschriebene Erfindung nicht verhindert, daß zunächst bei dem Bearbeiten von
Werkstücken
das Werkzeug selbst in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt wird.
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Es gibt allerdings auch bereits Vorschläge, auch
die Werkzeuge selbst zu dämpfen.
So gibt es Bohrstangen, welche im Kern des Bohrwerkzeuges einen
Zuganker installiert haben, der das Bohrwerkzeug unter Spannung
hält. Dadurch
wird die Eigenschwingung des Bohrwerkzeuges während der Bearbeitung eines
Werkstücks
gedämpft.
Jedoch läßt das Dämpfungsverhalten
der Bohrstange noch zu wünschen übrig. Außerdem ist
die Installation eines Zugankers in ein Bohrwerkzeug sehr kompliziert
und mit hohen Kosten verbunden. Abgesehen davon, daß die Dämpfung nur
mäßig ist,
muß der
Zuganker, der meistens unter hoher Spannung steht, regelmäßig ausgetauscht
werden. Zudem muß der
Zuganker auch regelmäßig gewartet
werden.
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Obwohl bereits eine Reihe von Möglichkeiten
bekannt sind, die Dämpfung
beim Bearbeiten von Werkstücken
mit Werkzeugen zu verbessern, besteht noch ein Bedürfnis nach
Werkzeugen, die selbst über
eine verbesserte Eigendämpfung
verfügen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
ein Vibrations- und schwingungsgedämpftes formgebendes Werkzeug,
das einen Hohlraum aufweist, der ganz oder teilweise mit einer Mischung
aus einer Flüssigkeit
und diskreten Teilchen eines Feststoffs gefüllt ist. Der Feststoff hat
vorzugsweise körnige
Struktur. Es ist vorteilhaft, wenn die Mischung aus Flüssigkeit
und diskreten Teilchen breiige Konsistenz hat.
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Vorzugsweise weist der Feststoff
eine mittlere Körnung
von 0,01 bis 5 mm auf. Die Flüssigkeit kann
ein Gemisch aus verschiedenen Flüssigkeiten sein.
Auch die diskreten Teilchen des Feststoffs können sich aus einem Gemisch
aus verschiedenen Feststoffen zusammensetzen.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Feststoff
ganz oder teilweise aus Sand insbesondere aus Quarzsand besteht.
Vorzugsweise ist der Sand bzw. Quarzsand gemahlener Sand bzw. gemahlener
Quarzsand.
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Die Flüssigkeit ist vorteilhaft ein Öl. Bevorzugt
ist die Flüssigkeit
biologisch abbaubar.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Werkzeugs
besitzt der Hohlraum eine Zuleitung zwecks Zufuhr eines Gases, um
im Inneren des Hohlraums den Druck zu variieren. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn der Hohlraum einen aufblasbaren ballonartigen Gasbehälter aufweist,
mittels dessen der Druck im Hohlraum des Werkzeugs variiert werden
kann.
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Das Werkzeug ist bevorzugt eine Bohrstange,
ein Bohrwerkzeug oder ein Ausdrehwerkzeug.
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Die schwingungsgedämpften formgebenden Werkzeuge
wie Bohrwerkzeuge, Bohrstangen und Ausdrehwerkzeuge können auf
Drehmaschinen, Tieflochbohrmaschinen, Fräsmaschinen und dergleichen
eingesetzt werden.
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Die Werkzeuge wie Bohrwerkzeuge,
Bohrstangen und Ausdrehwerkzeuge können sowohl rotierend als feststehend
eingesetzt werden. Im Falle des Rotierens wird das Werkzeug, das
Bohrwerkzeug usw. in eine Spindel eingesetzt und das Werkstück bleibt
stehen. Zu diesen Werkzeugmaschinen gehören z. B. Fräsmaschinen,
Hohnmaschinen und dergleichen.
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Bei einem feststehenden Bohrwerkzeug
wie einer Bohrstange oder Ausdrehwerkzeug dreht sich das Werkstück (Drehmaschine,
Tieflochbohrmaschine).
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Die schwingungsgedämpften Werkzeuge wie
Bohrwerkzeuge usw. bestehen aus entsprechend harten Metallen insbesondere
aus Stahl. Sie sind innen hohl, wobei der Hohlraum etwa 10 bis 90 %
des Volumens des Werkzeuges ausmachen kann. Der Hohlraum ist erfindungsgemäß mit einem
Gemisch aus Feststoffen und Flüssigkeiten
entweder ganz oder teilweise gefüllt.
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Die erfindungsgemäßen schwingungsgedämpften Werkzeuge
können überall dort
eingesetzt werden, wo Schwingungen beim Bearbeiten entstehen oder
vorliegen. Es werden Schwingungen gedämpft, die von den Drehmaschinen,
Tieflochbohrmaschinen und Fräsmaschinen
selbst ausgehen, es werden aber insbesondere die Schwingungen gedämpft, die
an der Schneide des Werkzeuges entstehen. Durch das Dämpfen der
Schwingungen erhöht sich
die Einsatzzeit der Schneide gegenüber ungedämpften Bohrwerkzeugen um ein
Mehrfaches. Es können
höhere
Vorschübe
und Drehzahlen realisiert werden, die Kosten der Werkzeuge werden
drastisch gesenkt. Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit erfindungsgemäßen Werkzeugen
werden die Bearbeitungszeiten verkürzt, die Bruchgefahr der Schneide
wird reduziert, die Oberfläche
und die Genauigkeit des bearbeiteten Werkstücks werden erheblich verbessert.
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Mit schwingungsgedämpften Werkzeugen gemäß der Erfindung
können
auch unruhig rotierende Werkstücke
wesentlich besser bearbeitet werden. Die Schläge, die auf die Schneide durch
den unruhigen Lauf von Werkstücken
auftreffen, werden von schwingungsgedämpften Bohrwerkzeugen erheblich besser
absorbiert. Die Schwingungen werden somit auch deutlich geringer
an den Werkzeughalter einer Maschine weitergegeben, was dann auch
zu dem Ergebnis führt,
daß die
Maschine in sich ruhiger bzw. schwingungsarmer arbeitet.
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Auch Schwingungen, die durch unrunde Oberflächen von
geschmiedeten Werkstücken
oder durch unterbrochenen Schnitt beim Fräsen oder Drehen entstehen,
können
besser von gedämpften Werkzeugen
aufgenommen werden.
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Die Herstellung der schwingungsgedämpften formgebenden
Werkzeuge gemäß der Erfindung ist
sehr einfach, darüber
hinaus müssen
die Werkzeuge nicht gewartet werden, wie das z. B. bei Werkzeugen
der Fall ist, in denen ein Zuganker installiert ist. Die Füllung der
Hohlräume
mittels des Gemisches Flüssigkeit
diskrete Festkörperteilchen
läßt sich
sehr einfach durchführen.
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Bei großen schwingungsgedämpften Bohrwerkzeugen
mit Bohrlängen
bis zu 3 500 mm und einem Durchmesser von 400 mm und mehr macht
sich beispielsweise die Reduzierung des Gewichtes ganz erheblich
bemerkbar. So wird das Gewicht bis zum 4-fachen reduziert. Bei einem
Doppelrohrsystem gemäß 3 kann zusätzlich durch
die Mitte ein Kühlmittel
oder Schmiermittel durchgeführt
werden.
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Bohrwerkzeuge, die voll aus Metall
bestehen, sind häufig
zu schwer für
die Werkzeugträger. Eine
Bohrstange mit 400 mm Durchmesser und 3 500 mm Drehlänge und
3×Durchmesser
Einspannlänge
hat ein Gewicht von ca. 4 725 kg.
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Bohrstangen, die hohl sind, erzeugen
so starke Schwingungen, daß es äußerst schwierig
ist, eine glatte Oberfläche
zu erzeugen. Hier hilft die Erfindung diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
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Durch den Einsatz des Dämpfungsmaterials in
die Hohlräume
wird gezielt eine Dämpfung
erreicht. Je nach Anordnung der Größe der Feststoffe und Flüssigkeiten
kann das Dämpfungsverhalten größer oder
kleiner ausgelegt werden.
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Der Hohlraum kann durch Schweißen oder mit
einem Verschraubungssystem verschlossen werden.
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Das dämpfende Material besteht aus
einer Mischung aus Feststoffen, bevorzugt aus Quarzsand, und aus
einer Mischung Flüssigkeiten,
bevorzugt aus Öl.
Die Öle
können
biologisch abbaubar sein.
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Die breiige Mischung besteht aus
körnigem Quarzsand,
der zur benötigten
Korngröße gemahlen wird.
Bevorzugt werden Korngrößen von
0,01 mm bis 5,00 mm mit glatter oder bevorzugter rauher oder kantiger
Oberfläche.
Die Feststoffe können
aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen. Bevorzugt wird
ein Quarzsand.
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Auch die zum Einsatz gebrachten Flüssigkeiten,
die die Hohlräume
der Körnungen
der Feststoffe füllen,
können
unterschiedlich sein. Bevorzugt wird ein biologisch abbaubares Öl.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Gemisch
aus körnigem
Feststoff und Flüssigkeiten
weitere Additive, vorzugsweise ein Antikorrosionsmittel enthält.
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Der körnige Feststoff kann ein einziges
Material umfassen, wie beispielsweise Sand oder Quarzsand, es kann
aber auch eine Mischung von verschiedenen Feststoffen eingesetzt
werden.
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Als Flüssigkeit können grundsätzlich alle Flüssigkeiten
genommen werden. Hierzu gehören Wasser
und insbesondere Öle.
Die eingesetzten Flüssigkeiten
sollen den körnigen
Feststoff nicht lösen.
So sind Kombinationen wie Sand, Quarzsand, Metalle, Holz, Schlacken
mit Wasser sehr geeignet. Für
Salze sind Flüssigkeiten
geeignet, welche die Salzen nicht auflösen, z. b. Öle.
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Das Verhältnis von Flüssigkeiten
zu körnigen Feststoffen
in der Mischung kann in verhältnismäßig weiten
Grenzen variiert werden.
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Breiige Konsistenz im Sinne der Erfindung
ist besonders gegeben, wenn in der Mischung die Hohlräume zwischen
den einzelnen Körnern
im wesentlichen mit Flüssigkeiten
ausgefüllt
sind, die Körner selbst
aber noch miteinander in Kontakt stehen und an den Berührungsflächen lediglich
eine mehr oder weniger dünne,
filmartige Schicht Flüssigkeit
vorhanden ist, die aber auch unterbrochen sein kann.
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Die Teile des Werkzeugs, welche insbesondere
aus dem mittleren Rohr, rechter Anschluß und linker Anschluß, bestehen
vorwiegend aus Stahl, welche verschweißt oder verschraubt werden.
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Das Füllgut (1) ist in dem
Hohlraum (20) eingefüllt,
es kann auch nur ein Teil des Hohlraumes gefüllt sein.
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Bevorzugt weist das Werkzeug in einer
Außenwand
eine verschließbare Öffnung (5)
auf, durch welche das Füllgut
(1) in Form eines Breies oder Suspension in den Hohlraum
einfüllbar
ist. Das Gemisch aus Flüssigkeit
und körnigem
Feststoff kann vorteilhaft zusätzlich
ein Antikorrosionsmittel enthalten.
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Andere Additive wie oberflächenaktive
Mittel, bakterizid wirkende Stoffe, Thixotropiermittel u. dgl. können ebenfalls
eingesetzt werden.
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Das formgebende Werkzeug ist so gestaltet, daß die einzelnen
Komponenten die mechanische Festigkeit gewährleisten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der 1, 2 und 3 näher erläutert: Es
zeigen:
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1 stellt
in ein nicht rotierendes formgebendes Bohr- und Werkzeug (1)
dar, das mit einem Gemisch (2) teilweise oder ganz gefüllt ist.
Das Mittelteil des Bohr-Werkzeuges
besteht aus einem Rohr (3), das auf der linken Seite mit
der Anschlußseite links
(4) mit einer Schweißnaht
(6) dicht verschweißt ist.
Auf der Anschlußseite
(4) ist die Werkzeugschneide (8) befestigt. Auf
der rechten Seite des Rohrs (3) ist die Anschlußseite rechts
(5) mit der Verschraubung (7) verbunden.
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In der Anschlußseite rechts (5) ist ein Ventil (11)
eingeschraubt, über
das Luft, Gas oder eine Flüssigkeit
(12) in den Ballon (9) eingefüllt werden kann, um das Gemisch
(2) unter Druck zu setzen. Der Ballon wird über die
Klemmung (10) festgehalten.
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Durch das Füllen des Ballons werden alle Hohlräume, die
sich außerhalb
des Ballons befinden, komplett ausgefüllt und das Gemisch ist formschlüssig mit
der inneren Mantelfläche
des Bohr-Werkzeuges, dadurch entsteht eine optimale Dämpfung.
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2 stellt
ein formgebendes Bohr-Werkzeug (1) dar, daß sich beim
Bearbeiten um sich selbst drehen kann. Das Bohr-Werkzeug (1)
kann teilweise oder komplett mit dem Gemisch (2) gefüllt sein.
Das Bohr-Werkzeug (1) besteht aus einem Grundkörper, dessen
Werkzeugaufnahme (13) in Steilkegel- bzw. Kurzkegelausfuhrung
oder sonstige, ausgelegt sein kann. Mit dem Anzugsbolzen (14)
wird der die Werkzeugaufnahme in den Konus eingezogen. Die Anschlußseite links
(4) kann mittels durchgehender Schweißnaht oder über eine Verschraubung (7)
absolut dicht befestigt werden.
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Die 3 stellt
ein nicht rotierendes formgebendes Bohr-Werkzeug (17) dar,
das mit einem Gemisch (2) teilweise oder ganz gefüllt ist.
Die Doppelrohr-Bohrstange (17) besteht aus 2 Rohren (3)
+ (18), die jeweils an den Enden mit Anschlußseite (4) versehen
sind. Die Anschlußseiten
(4) sind mit den Rohren (3) und (18)
verschweißt
(6) oder verschraubt (7).
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Um eine höhere Stabilität zu erhalten
sind Rohr (3) und Rohr (18) über ein oder mehrere Stege (16)
miteinander verbunden. Die Stege (16) sind auf dem inneren
Rohr (18) durchgehend am Durchmesser verschweißt. Die
Stege (16) sind mit dem äußeren Rohr (3) über Lochschweißung (15)
verschweißt. Die
Loch-Schweißnähte (15)
sind alle 120 Grad über eine
Länge von
ca. 40 mm verschweißt.
Alle Schweißnähte können aber
variabel ausgelegt werden. Auf der Anschlußseite links (4) ist
die Werkzeugschneide befestigt. Auch in dieser Ausführung kann über ein
Ventil (11), ein Ballon (9) mit Luft, Gas oder Flüssigkeit
(12) gefüllt
werden, um somit das Gemisch in alle Hohlräume zu drücken und dadurch optimale Dämpfung zu
erhalten.
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Durch die Doppelrohranordnung wird
die Stabilität
des Bohrwerkzeuges wesentlich erhöht.
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- 1.
- Formgebende
Bohr- Werkzeuge
- 2.
- Dämpfungsgemisch
- 3.
- Rohr
- 4.
- Anschlußseite links
- 5.
- Anschlußseite rechts
- 6.
- Schweißnaht
- 7.
- Verschraubung
- 8.
- Werkzeugschneide
- 9.
- Ballon
- 10.
- Klemmung
Ballon
- 11.
- Ventil
zum Ausblasen des Ballons mit Gas, Luft, Flüssigkeiten
- 12.
- Luft,
Gas, Flüssigkeiten
- 13.
- Werkzeugaufnahme
HSK SK, oder andere
- 14.
- Anzugsbolzen
- 15.
- Lochschweißung alle
120 Grad 40 mm auf dem Durchmesser
- 16.
- Steg
zur Verstärkung
- 17.
- Doppelrohr-
Bohrstange
- 18.
- Doppel-
Rohr
- 19.
- Durchgangsbohrung
für Kühlflüssigkeit
oder zur Laservermesssung
- 20.
- Hohlraum
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Es war besonders überraschend, daß es mit Hilfe
der Erfindung möglich
ist, die Probleme, welche bei Schwingungen und Vibrationen auftreten,
auf einfache Weise zu lösen
und zwar mit Konstruktionen, die schnell, einfach und kostengünstig hergestellt werden
können,
die ein erheblich verbessertes Dämpfungsverhalten
gegenüber
herkömmlichen Dämpfungssystemen
zeigen.
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Es war besonders überraschend, daß die gedämpften Werkzeuge
auch auf Werkzeugmaschinen, die ihrerseits kein besonderes Dämpfungssystem aufweisen,
sehr vorteilhaft auf das gesamte Dämpfungsverhalten einwirken.
So laufen entsprechende Werkzeugmaschinen wesentlich ruhiger und
weisen einen erheblich geringeren Verschleiß auf als das beim Einsatz
von Werkzeugen gemäß dem Stand
der Technik der Fall ist.
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Besonders überraschend war es ferner,
daß durch
das gedämpfte
Werkzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung und Kombination
mit einer gedämpften
Werkzeugmaschine gemäß der
DE 100 46 868 A1 ein
optimaler Effekt erreichen läßt.