DE1627778A1

DE1627778A1 - Verfahren zum herstellen von spiralbohrern oder aehnlichen werkzeugen

Info

Publication number: DE1627778A1
Application number: DE1967R0045966
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Doerrenberg
Original assignee: Rohde & Doerrenberg
Current assignee: Rohde & Doerrenberg
Priority date: 1967-05-09
Filing date: 1967-05-09
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE1627778C3; DE1627778B2; DE1752291A1

Description

* DÜSSELDORF X PATENTANWÄLTE

Malkastenstraße 2 . DIPL.-ING. ALEX STENGER

Telefon (0211) 360514 ' DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Unser Zeichen: 8j55O-a Datum: - 2, OKt, 1969

Rohde & Dörrenberg, 4 Düsseldorf-Oberkassel, Hansa-Allee 228

Verfahren zum Herstellen von Spiralbohrern oder ähnlichen Werkzeugen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit innen liegenden Flüssigkeitskanälen versehenen Spiralbohrern oder ähnlichen mit Drallnuten oder geraden Nuten versehenen Werkzeugen sowie nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Werkzeuge, insbesondere Spiralbohrer.

Mit Drallnuten oder geraden Nuten versehene Werkzeuge mit Flüssigkeitskanälen sind bekannt. Zur Herstellung der Flüssigkeitskanäle gibt es verschiedene Verfahren.

Bei einem dieser bekannten Verfahren zur Herstellung von Spiralbohrern mit Flüssigkeitskanälen wird der Werkzeugbarren in einem bestimmten Abstand von der Barrenlängsachse mit Bohrungen versehen, die anschliessend mit Stäben oder Drähten aus Metall, vorzugsweise Manganhartstahl, gefüllt werden. Die derart vorbereiteten Barren werden geradlinig unter annähernd proportionaler Verringerung des Barren- und Bohrungsquerschnittes bei Verformungstemperatur gewalzt. Nach der hierdurch erfolgten axialen Längung werden die Metallfüllungen in den Bohrungen entweder ausgebohrt, wobei wegen der grossen Bohrtiefen und geringen Durchmesser grosse Schwierigkeiten zu überwinden sind. Im anderen Fall werden die Drähte aus Manganhartstahl mit hoher Zugkraft aus den Bohrungen heraus-

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gezogen. Nach dem Freilegen der Bohrungen werden drallgenutete Werkzeuge dadurch hergestellt, daß die Rohlinge durch Fräsen oder ähnliche Zerspanverfahren symmetrisch zu den erzeugten innenliegenden Flüssigkeitskanälen mit in Längsrichtung verlaufenden, geraden Spannuten versehen und anschliessend in einem weiteren Arbeitsgang bei Verformungstemperatur unter dem gewünschten DräHwinkel verwunden werden.

Bei der Herstellung von mit Flüssigkeitskanälen versehenen Werkzeugen mit Kegelschaft müssen die unverwundenen Rohlinge für den Schneidenteil vor dem Verwinden mit einem Schaftteil verschweisst werden, wobei grosse Schwierigkeiten hinsichtlich des Zusetzens der Flüssigkeitskanäle an den Schweißstellen auftreten.

Trotz der eindeutigen Vorteile der mit Flüssigkeitskanälen versehenen Werkzeuge konnten sich diese in der Praxis nur in geringem Umfange durchsetzen, da sie aufgrund des umständli-r chen und materialaufwendigen Herstellungsverfahrens sehr teuer sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem mit innenliegenden Flüssigkeitskanälen ausgestattete Werkzeuge, insbesondere Spiralbohrer, auf einfache und preiswerte Weise unter Anwendung der bekannten spanlosen Formgebung hergestellt werden können, ohne daß aufwendige und teure Verfahrensschritte zum Einbringen der Bohrungen für die Flüssigkeitskanäle bzw. zum Freilegen derselben notwendig sind. ^{; :} ' '

Zur'Lösung¹dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, den Werkzeugrohling mit einer oder mehreren Längsbohrungen zu versehen, die an der späteren Spitze des Werkzeuges verschlossen sind oder werden und mit einem Werkstoff gefüllt werden, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Verformungstem-

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peratur und unterhalb der Härtetemperatur des Rohlingsmaterials liegt, den Schneidenteil anschiiessend auf Verformungstemperatur zu erhitzen und den Werkzeügquerschnitt sowie gegebenenfalls den Drall der Spannuten und damit der Längsbohrungen in einem Arbeitsgang spanlos durch Walzen oder Fließpressen zu erzeugen, wobei die schaftseitigen öffnungen der Längsbohrungen durch das Vorschuborgan verschlossen gehalten werden, und schließlich beim Härten des Sohneidenteils das Füllmaterial aus dem mit dem Schneidenteil nach unten angeordneten Werkzeugrohling zu erschmelzen, worauf das Ende mit den verschlossenen Längsbohrungen abgetrennt, die entstehende Spitze geschliffen und der Schneidenteil in üblicher Weise fertig bearbeitet wird.

Zum Herstellen von Werkzeugen, die aus einem Schneidenteil und einem angesetzten Schaftteil bestehen, welche vor der Erhitzung des Schneidenteils auf Verformungstemperatur und der anschliessenden Querschnitssformgebung zusammengeschweißt werden, wird gemäss einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagen, den Schneidenteil mit mindestens einer Längsbohrung zu versehen, die an der späteren Spitze des Werkzeuges verschlossen ist oder wird und mit einer oder mehreren Bohrungen, die im Schaftteil ausgebildet werden, verbunden ist, wenn die beiden Teile nach dem Füllen dieser Bohrungen mit dem Füllmaterial miteinander verschweißt werden.

Die Längsbohrung im Schneidenteil wird erfindungsgemäS mit der Bohrung des Scha,ftteiles durch eine Vertiefung verbunden, die im Schneidenteil, im Schaftteil oder in beiden Teilen ausgebildet ist. Falls mehrere Längsbohrungen im Schneidenteil und/oder mehrere Bohrungen im Schaftteil vorhanden sind, können auh diese durch die Vertiefung jeweils miteinander verbunden werden.

Die Längsbohrungen im Schneidenteil können entweder als Durchgangsbohrungen, die an der späteren Spitze^oder nach

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dem Einbringen des PUllmaterials zugeschweisst werden, oder als Sackloch-Bohrungen ausgeführt werden.

Mit dem Vorschlag der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für mit innen liegenden FlUssigkeitskanälen versehene Werkzeuge geschaffen, bei dem die gewünschte Querschnittsform und gegebenenfalls der Spannutendrall des Schneidenteils in einem Zuge spanlos nach den bekannten Verfahren und unter Verwendung der hierzu bekannten Vorrichtungen erzeugt wird. Das zusätzliche Einbringen der Längsbohrungen in die unbearbeiteten Rohlinge bereitet wegen der geringen Anfangslänge der Rohlinge ebensowenig Schwierigkeiten, wie das Füllen der kurzen Längsbohrungen mit dem ausgewählten Füllmaterial.

Das Erschmelzen des FUllmaterials erfolgt erfindungsgemäß beim Härten des Schneidenteils, wenn der Werkzeugrohling mit dem Schneidenteil nach unten weisend in das Härtebad eingesetzt wird, wobei gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ein normales Härtesalzbad verwendet werden kann. Wenn die mit Spannuten versehenen Rohlinge, deren Längsbohrungen an der späteren Spitze verschlossen und am späteren Schaftende offen sind, in das Härtebad eingebracht werden, beginnt das Füllmaterial von unten her zu schmelzen. Hierbei wird die oben liegende öffnung der Längsbohrungen durch das eingebrachte Füllmaterial anfänglich verschlossen gehalten. Beim Erwärmen auf Härtetemperatur beginnt das Füllmaterial vom unteren Ende her zu schmelzen. Hierbei steigt der Druck in den Längsbohrungen erheblich an, bis der die offenen Bohrungen verschlfcsende Teil des Füllmaterials weich wird. In diesem Augenblick wird dieser als Pfropfen wirkende Teil infolge des hohen Druckes aus dem offenen Bohrungsende herausgedrückt, worauf sich eine explosionsartige und vollständige Entleerung der Längsbohrungen anschließt. Unter bestimmten Bedingungen verbrennt ein grosser Teil des herausgeschleuderten Füllmaterials, ohne

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das verwendete Härtebad zu stark zu verunreinigen.

Als bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren ein Spiralbohrer mit zwei Flüssigkeitskanälen im Abstand voneinander hergestellt, wobei die Flüssigkeitskanäle einen tropfenförmigen Querschnitt mit zur Längsachse des Bohrers weisender Spitze besitzen. Diese Querschnittsform der Flüssigkeitskanäle ergibt nicht nur eine gute Spülung des Bohrloches, sondern darüberhinaus durch die Querschnittsform eine günstige Kühlung der Bohrerschneiden.

Das Vex'fahren der Erfindung und die Ausbildung eines erfindungsgemäß hergestellten Spiralbohrers werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohling für ein Vollstahlwerkzeugi

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Schaftteil und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Schneidenteil eines aus zwei Teilen zusammenzuschweißenden Rohlings,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den mit Füllmaterial gefüllten Rohling nach Figur 1,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die mit Füllmaterial gefüllten und zusammengeschweißten Sehaft- und Schneidenteile nach den Figuren 2 und 3,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Fließpressen mit eingezeichnetem Rohling und

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Pig. 7 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie VII-VII . in Figur 6 durch den fließgepreßten Schneidenteil des Rohlings.

Zur Herstellung eines Vollstahl-Werkzeuges mit einem oder mehreren innen liegenden Flüssigkeitskanälen wird der Werkzeugrohling 1 mit einer oder mehreren Längsbohrungen 3 versehen. Diese Längsbohrungen 3 werden an dem die spätere Spitze bildenden Ende des Werkzeugrohlings 1 - falls sie als durchgehende Bohrungen ausgeführt worden sind - verschlossen, beispielsweise durch Schweißen, oder aber als Sacklochbohrungen ausgebildet. In den Figuren 1 und 4 ist ein Werkzeugrohling 1 mit zwei Längsbohrungen J5 dargestellt, die am vorderen Ende durch Schweißen verschlossen werden (Figur 1) oder durch ihre Ausbildung als Sacklochbohrungen verschlossen sind (Figur 4). ·

Die verschlossenen Längsbohrungen 3 werden anschliessend mit einem Füllmaterial 5 ausgefüllt, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Verformungstemperatur und unterhalb der Härtetemperatur des Rohlingmaterials liegt.

Falls zur Einsparung des hochwertigen Materials des Schneidenteiles ein Rohling aus zwei Teilen zusammengeschweißt werden soll, werden gemäß Figuren 2 und J diese beiden Teile mit entsprechenden Bohrungen versehen. Der Schneidenteil 2a des aus zwei Teilen zusammengeschweißten Werkzeugrohlings 2 wird mit zwei Längsbohrungen 4 versehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Sacklochbohrungen ausgebildet sind. Diese beiden Längsbohrungen 4 werden durch eine Vertiefung 7 miteinander verbunden, die in derjenigen Stirnfläche des Schneidenteils 2a angebracht wird, die später an den Schaftteil 2b angeschweißt wird. Der Schaftteil 2b wird mit einer oder mit mehreren Bohrungen 6 versehen, die zur Flüssigkeitszufuhr zu den späteren Flüssigkeitskanälen dienen. Beim darge-

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stellten Ausführungsbeispiel· ist eine durchgehende Bohrung in der Längsmittelachse des Schaftteiles 2b angeordnet, die nach dem Zusammenschweißen in der Vertiefung 7 mündet und auf diese Weise mit den Längsbohrungen 4 im Schneidenteil 2a verbunden ist.

Die Vertiefung 7 kann selbstverständlich auch im Schaftteil 2b ausgebildet werden oder in beiden Teilen, dem Schneidenteil 2a und dem Schaftteil 2b, vorhanden sein. Sowohl die Längsbohrungen 4 und die Bohrung 6 als auch die Vertiefung 7 wird sodann mit dem Füllmaterial 5 ausgefüllt, worauf der Schneidenteil 2a mit dem Schaftteil 2b verschweißt wird. Hierzu wird zweckmässigerweise das bekannte Stumpfschweißverfahren verwendet und der entstehende Grat anschliessend entfernt. Obwohl die Schmelztemperatur des Füllmaterials 5 unterhalb der Schweißtemperatur liegt, verhindert das Füllmaterial 5 ein Zusetzen der Bohrungen 3, 6 und der Vertiefung 7·

Die mit gefüllten Längsbohrungen"5 oder 4 versehenen Werkzeugrohlinge 1 oder 2 (Figur 4 und' Figur 5) werden nunmehr über die Länge ihres Schneidenteils la bzw. 2a auf Verformungstemperatur erhitzt. Diese Temperatur ist abhängig von dem gewählten Werkstoff des Schneidenteils la bzw. 2a, liegt aber in jedem Fall unterhalb der Schmelztemperatur des Füllmaterials 5- ■

Anschliessend wird der Schneidenteil der Werkzeugrohlinge 1 oder 2 mit den gewünschten Spannuten versehen. Diese Spannuten können längsverlaufende gerade Nuten oder Drallnuten sein. Die Drallnuten beispielsweise eines Spiralbohrers können entweder durch einen Walzvorgang mittels eines Satzes schräg zueinander stehender Profilwalzen oder Profilbacken oder durch einen Fließpreßvorgang durch eine einteilige geschlossene, mit einem drallgewundenen Profil versehene Matrize 10 erzeugt werden. In Figur 6 ist die Herstellung eines Spiralbohrers in einer an sich bekannten Fließpresse schematisch dargestellt.

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Bei der Herstellung der Spannuten werden die schaftseitigen öffnungen 3a bzw. 6a der Werkzeugrohlinge 1 bzw. 2 mittels des Vorschuborgans, das sowohl für den WalzVorgang als auch für das Fließpressen erforderlich ist, verschlossen gehalten, wie dies beispielsweise aus Figur 6 bezüglich des Druckstempels 11 hervorgeht.

Wenn die Werkzeuge mit gewendelten Spannuten hergestellt werden, eifolgt beim Verfahren gemäß der Erfindung gleichzeitig mit der Formgebung der Querschnittsform und des gewünschten Spannutendralles ein Verdrallen der Längsbohrungen 3 bzw. 4, wie dies in Figur 6 der Zeichnung dargestellt ist.

Anschließend an die Formgebung des Schneidenteils la bzw. 2a werden die Werkzeugrohlinge 1 bzw. 2 gehärtet. Dem Härten kann in bekannter Weise ein Vorwärmprozeß vorgeschaltet werden. Gemäß dem Verfahren der Erfindung werden die Werkzeugrohlinge 1 bzw. 2 mit dem Schneidenteil la bzw. 2a nach unten weisend gehärtet. Hierbei wird der Werkzeugrohling 1 bzw. 2 von unten her auf Härtetemperatur erhitzt. Das in den unten verschlossenen Längsbohrungen 3 oder 4 vorhandene Füllmaterial 5 wird - beginnend an der tiefsten Stelle - flüssig, wodurch der Druck in den Bohrungen 3 bzw. 4 und 6 der Werkzeugrohlinge 1 bzw. 2 steigt. Der Druck erhöht sich mit der Menge des schmelzenden Füllmaterials 5, und zwar so lange, bis derjenige Teil des Füllmaterials 5 weich wird, der die schaftseitigen öffnungen 3a bzw. 6a verschließt. Sobald dieser Materialteil verformbar geworden ist, treibt der Innendruck des verflüssigten Füllmaterials 5 diese als Pfropfen wirkende Teile aus den schaftseitigen öffnungen J>& bzw. 6a explosionsartig heraus»

Wenn das Härten der Werkzeugrohlinge 1 bzw. 2 erfindungsgemäß in einem Härtesalzbad stattfindet, verbrennt das herausgeschleuderte Füllmaterial 5, ohne das Härtesalzbad zu stark

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zu verunreinigen. Die als Flüssigkeitskanäle dienenden Bohrungen der Werkzeugrohlinge 1 und 2 sind anschliessend vollständig frei von Füllmaterial 5* wobei es durch die erfindungsgemäße Anordnung außerdem unmöglich ist, daß die Flüssigkeit des Härtebades In die Bohrungen eindringt.

In bekannter Weise wird nunmehr das Ende mit den verschlossenen Längsbohrungen J5 bzw, ¹V vom Schneidenteil la bzw, 2a abgetrennt, die entstehende Spitze geschliffen und der Schneidenteil la bzw» 2a in üblicher Weise fertig bearbeitet*

In Figur 7 ist ein Querschnitt durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spiralbohrer dargestellt, aus dem hervorgeht, daß die nahe den Freiflächen 9^a hinter den Fasen 9b angeordneten Flüssigkeitskanäle einen tropfenförmigen Querschnitt mit zur Längsachse des Bohrers weisender Spitze besitzen und daß die Flüssigkeitskanäle dem Drall der Spannuten 8 folgen. Diese Tropfenform des Kanalquerschnittes ist nicht nur für die Werkzeugfestigkeit günstig, sondern ergibt zugleich eine gleichmäßige Kühlung der Haupt- und Querschneiden.

Als Beispiel für die Herstellung eines Spiralbohrers von 20 mm 0 wird angeführt, daß dieser aus einem Schneidenteil aus Schnellstahl S 6-5-2 und einem Schaftteil aus HK 70 hergestellt wird, die im Anfangszustand einen Durchmesser von etwa 23 mm besitzen. Der Schneidenteil wird mit zwei Längsbohrungen von 5 mm Durchmesser versehen, die in einer Vertiefung von 3-10 mm Tiefe münden. Die Verformung des Schneidenteiles findet bei etwa IO5O⁰ C statt. Als Füllmaterial wird Kupfer mit einer geringfügig über IO5O⁰ C liegenden Schmelztemperatur verwendet.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung keinesfalls auf das oben beschriebene AusfUhrungsbeispiel beschränkt ist. Es ist beispielsweise nicht notwendig, daß die Rohlinge rund

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sind und einen größeren Durchmeßer besitzen als das fertige Werkzeug. Die Verformungstemperatur kann je nach Werkstoff und Werkzeug zwischen 500 und 1200 C schwanken, so daß entsprechendes Füllmaterial verwendet wird, das keinesfalls Kupfer oder ein Metall sein muß. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Herstellung von Spiralbohrern beschränkt, da z.B. ebenso Reibahlen oder Gewindebohrer hergestellt werden können. In diesem Falle genügt u.U. eine Längsbohrung. Schließlich ist es auch möglich, bei der Herstellung von Spiralbohrern mehr als zwei Längsbohrungen vorzusehen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Herstellen von mit ihnen liegenden Flüssigice it skanälen versehenen Spiralbohrern oder ähnlichen mit Drallnuten oder geraden Nuten versehenen Werkzeugen, dadurch gekennzeichn et, daß der Werkzeugrohling (l) mit einer oder mehreren Längsbohrungen (3) versehen wird, die an der späteren Spitze des Werkzeuges verschloßen sind oder werden und mit einem Werkstoff (5) gefüllt werden, deßen Schmelztemperatur oberhalb der Verformungiemperatur und unterhalb der Härtetemperatur des Rohlingsmaterials liegt, daß der Schneidenteil anschließend auf Verformungstemperatur erhitzt und der Werkzeugquerschnitt sowie gegebenenfalls der Drall der Spannuten und damit der Längsbohrungen (3) in einem Arbeitsgang spanlos duroh Walzen oder Fließpressen erzeugt wird, wobei die schaftseitigen öffnungen (3a) der Längsbohrungen (3) durch das Vorschuborgan (ll) verschloßen gehalten werden, und daß schließlich beim Härten des Schneidenteiles (la) das Füllmaterial (5) aus dem mit dem Schneidenteil (la) nach unten angeordneten'Werkzeugrohling (l) erschmolzen und explosionsartig herausgeschleudert wird, worauf das Ende mit den versehloßenen Längsbohrungen (3) abjgetrent, die entstehende Spitze geschliffen und der Schneidenteil (la) in üblicher Weise fertig bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen von Werkzeugen, die aus einem Schneidenteil und einem Schaftteil bestehen, welche vor der Erhitzung des Schneidenteiles

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auf Verformungstemperatur und der anschließenden Querschnitts formgebung zusammengeschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sehneidenteil (2a) mit mindestens einer Längsbohrung (4) versehen wird, die an der späteren Spitze des Werkzeuges verschloßen ist oder wird und mit einer oder mehreren Bohrungen (6), die im Schaftteil (2b) ausgebildet werden, verbunden ist, wenn die beiden Teile (2a und 2b) nach dem Füllen dieser Bohrungen (4 und 6) mit dem Füllmaterial (5) miteinander verschweißt werden.

J>. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Längsbohrungen (4) des Schneidenteiles (2a) miteinander und mit der oder den Bohrungen (6) des Schaftteiles (2b) durch eine Vertiefung (7) verbunden werden, die im Sehneidenteil (2a) und/oder im Schaftteil (2b) ausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrungen (2 oder 4) im Sehneidenteil (la oder 2a) als Sackloch-Bohrungen ausgeführt werden.

5· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrungen (3 oder 4) im Sehneidenteil (la oder 2a) als Durchgangsbohrungen ausgebildet werden, die an der späteren Spitze vor oder nach dem Einbringen des FUllmaterials (5) zugeschweißt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten in einem normalen Härtesalzbad bei nach oben weisendem Schaftteil (Ib bzw. 2b) durchgeführt wird.

7· Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1-6 hergestellter Spiralbohrer, dadurch gekennzeichnet, daß zwei FlUssigkeitskanäle im Abstand voneinander nahe den Freiflä-

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chen (9a). hinter den Fasen (9b) angeordnet sind.

8. Spiralbohrer nach Anspruch J_x dadurch gekennzeichnet, daß die Flussigkeitskanäle einen tropfenförmigen Querschnitt mit zur Längsachse weisender Spitze besitzen.

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