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Die
Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Einbringen von Bohrungen, insbesondere
in eine Sandwichplatte mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Beim
Einbringen von Bohrungen in Holz, holzartige Werkstoffe oder dergleichen
kommt es unter anderem darauf an, dass der Bohrungsrand beim Bohren
nicht ausfranst. Hierzu sind spezielle Bohrerformen vorgesehen,
wie sie beispielsweise in der
EP 1 753 574 B1 beschrieben sind. Ein solches
Bohrwerkzeug weist auf seiner Mittelachse eine Zentrierspitze auf,
die ein Verlaufen des Bohrers verhindern soll. Zwei diametral sich
gegenüberliegende Stirnschneiden des Bohrwerkzeuges sind
radial außen durch je eine Schneidenecke begrenzt, wobei
die beiden Schneidenecken in axialer Richtung über den übrigen,
radial innenliegenden Schneidenverlauf hervorstehen. Beim axialen
Vorschub des Bohrwerkzeuges wird neben einem inneren Zentrierloch
zunächst der äußere Bohrungsrand infolge
der axial hervorstehenden Schneidenecken kreisförmig geschnitten. Durchgangsbohrungen
in vergleichsweise dicken Werkstoffen erhalten hierdurch auf der
Eingangsseite der Bohrung einen sauberen Bohrungsrand. Auf der gegenüberliegenden
Austrittsseite ist jedoch ein Ausfransen der Bohrung zu beobachten.
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Bei
der Herstellung von Sacklöchern entsteht ein unregelmäßig
geformter Bohrungsgrund, dadurch ist auch eine entsprechend große
Dicke einer Materialschicht erforderlich.
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Die
vorgenannten Nachteile verstärken sich beim Einbringen
von Bohrungen in dünne Materialien und insbesondere in
Sandwichplatten. Derartige, auch als Leichtbauplatten bezeichnete
Werkstoffe weisen auf der Ober- und Unterseite je eine Deckschicht
auf, die einen leichten Kern umschließen. Beispielsweise
im Bereich des Flugzeug- oder Caravanbaus oder aber auch im Möbelbau
werden derartige Platten eingesetzt, deren Deckschichten eine Dicke
von < 1 mm bis
etwa 8 mm aufweisen. Für den Kern wird ein leichtes Material
mit geringer Tragfähigkeit und einer Dicke von bis zu 100
mm eingesetzt, welches beispielsweise aus einem pappeähnlichen Material
in Wellen- oder wabenförmiger Struktur ausgebildet sein
kann.
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Um
Beschläge, Verbindungs- oder Führungselemente
anbringen zu können, müssen Bohrungen zur Aufnahme
von geeigneten Befestigungspunkten beispielsweise in Form von Dübeln
eingebracht werden. Um diese dauerhaft und belastbar zu verankern,
werden die Dübel in den Deckschichten mechanisch fixiert.
Dies erfolgt beispielsweise durch die Verwendung eines Dübels,
der in eine Bohrung hineingeschoben wird. Die Bohrung durchgreift
die erste Deckschicht sowie das Kernmaterial und endet in der zweiten
Deckschicht als Sackloch. Das innere Ende des Dübels wird
im Sackloch der zweiten Deckschicht fixiert, wodurch ein Widerlager
entsteht. Das äußere Ende des Dübels
ist in der ersten Deckschicht gehalten. Die Stützwirkung
des Kernmaterials auf den Dübel ist vernachlässigbar
gering, weshalb es auf eine präzise Fixierung des Dübels
in den beiden Deckschichten ankommt.
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Bei
Verwendung herkömmlicher Bohrwerkzeuge in oben beschriebener
Ausführung neigt die Bohrung in der ersten Dickschicht
aufgrund ihrer Dünnwandigkeit insgesamt zum Ausfransen.
Auch kann es vorkommen, dass die axial hervorstehenden Schneidenecken
eine Kreisscheibe aus der erste Deckschicht austrennen, die noch
vor vollständiger Austrennung zum Ausbrechen neigt. Die
Maßhaltigkeit einer solchen Bohrung ist deshalb erfahrungsgemäß schlecht.
Die aus der ersten Deckschicht ausgetrennte Kreisscheibe wird vom
Bohrer nach innen in das Sandwichmaterial hineingedrückt,
und kann die saubere Herstellung des Sackloches in der zweiten Deckschicht
erschweren. Um den Dübel in die Bohrung einsetzen zu können,
müssen Fremdkörper wie Deckschichtstücke
und Wabenteile aus der Tiefe der Bohrung entfernt werden, was wegen
des geringen Bohrungsdurchmessers schwierig und aufwändig
ist. Das Entfernen der Fremdkörper geschieht in der Regel
durch Ausblasen bzw. Absaugen, wobei die in der Bohrung noch vorhandene
Kreisscheibe aufgewirbelt wird und im Bereich des Sackloches der
zweiten Deckschicht zu liegen kommen kann. Der Dübel kann dann
nicht eingesetzt werden. Das Sackloch in der zweiten Deckschicht
kann außerdem nicht präzise ausgeführt
werden, da wegen der hervorstehenden Zentrierspitze und der ebenfalls
hervorstehenden Schneidenecken ein unregelmäßiger
Bohrungsgrund entsteht. Die geringe Maßhaltigkeit einer
solchen Bohrung erschwert nicht nur eine präzise Lagefixierung
des Dübels in der Leichtbauplatte, sondern führt auch
zu einer unzuläng lichen Abstützung des Dübels in
den beiden Deckschichten mit entsprechend verringerter Tragfähigkeit.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Bohrwerkzeug derart weiterzubilden, dass Bohrungen mit verbesserter
Maßgenauigkeit insbesondere in Sandwichplatten eingebracht werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
wird ein Bohrwerkzeug vorgeschlagen, bei dem mindestens eine Stirnschneide
zwischen der Mittelachse und der radial außenliegenden
Schneidenecke mindestens einen in axialer Richtung sich erstreckenden
Schneidzahn aufweist. Vorteilhaft liegt die Schneidenecke in einem
Radius zur Mittelachse, wobei die radiale Erstreckung des Schneidzahnes wesentlich
kleiner als der Radius und insbesondere kleiner als die Hälfte
des Radius ist. Zweckmäßig sind an der Stirnschneide
mehrere, insbesondere zwei bis sechs und bevorzugt etwa vier Schneidzähne
vorgesehen. Die Schneidzähne an der mindestens einen Stirnschneide
bewirken, dass insbesondere bei dünnwandigen Werkstoffen
wie Deckschichten einer Leichtbau- bzw. Sandwichplatte nicht eine Kreisscheibe
ausgeschnitten wird, sondern dass das Material des Bohrungsquerschnittes
kleinstückig zerspant wird. Hierdurch ist ein Ausfransen
bzw. Ausbrechen des Materials im Bohrungsquerschnitt zuverlässig
vermieden. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet
ein Schneidzahn die Schneidenecke, wodurch die kleinstückige
Zerspanung auch am Bohrungsrand stattfindet. In einer alter nativen
bevorzugten Ausführungsform liegt der radial äußerste Schneidzahn
radial innenseitig der Schneidenecke, und geht insbesondere mit
einer Fase in die Schneidenecke über. Der Bohrungsrand
wird hierbei durch das Zusammenspiel von Fase und Schneidenecke, ggf.
in Verbindung mit der Schneidenecke der nachlaufenden Stirnschneide
gefertigt. In jedem Falle wird der Bohrungsrand beim Einbringen
der Bohrung glatt, bruchfrei und maßhaltig ausgeführt.
Sinngemäß das Gleiche gilt auch bei der Herstellung
von Sacklöchern insbesondere in der zweiten der beiden Sandwichdeckschichten.
Ein später eingesetzter Dübel ist lagegenau fixiert
und mechanisch hochbelastbar in den Deckschichten abgestützt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung ist eine auf der Mittelachse des Bohrwerkzeugs
liegende Zentrierspitze vorgesehen. In Verbindung mit den Schneidzähnen
kann diese Zentrierspitze ihre Zentrierwirkung auch ohne oder mit
nur einem geringen axialen Überstand ausüben.
Es können Sacklöcher selbst in dünnen
Materialien ohne die Gefahr ausgeführt werden, dass die
Zentrierspitze das Material durchdringt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine
Schneidzahn als Spitzzahn mit einem Zahnwinkel in einem Bereich
von einschließlich 30° bis einschließlich
90° und insbesondere von etwa 60° oder als Rundzahn
ausgebildet. Alternativ kann es zweckmäßig sein,
den mindestens einen Schneidzahn als Trapezzahn auszubilden. Hierdurch können
besonderes maßhaltige Bohrergebnisse erzielt werden.
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Es
kann zweckmäßig sein, die Schneidzähne
entlang einer geschwungenen Linie anzuordnen. In einer bevorzugten
Ausführungsform liegen die Schneidzähne auf einer
geraden Linie, durch die ein Spitzenwinkel des Bohrwerkzeuges insbesondere
in einem Bereich von einschließlich 164° bis einschließlich
180° definiert ist. Es entsteht ein leicht kegelförmiger
Bohrungsgrund, der zur Zentrierwirkung des Bohrers beiträgt.
Beim Eindringen in dünnwandige Werkstoffe erfolgt zunächst
die Zerspanung im radial inneren Bereich, die sich mit fortschreitender
Bohrungstiefe radial nach außen fortsetzt. Bei der Ausführung
von Durchgangsbohrungen durchdringt das Bohrwerkzeug sauber das
Material, ohne auf der Ausgangsseite der Bohrung Ausbrüche
zu hinterlassen. Bei einem hinreichend großen Spitzenwinkel können
dennoch Sacklöcher in dünne Materialien bzw. Deckschichten
eingebracht werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Stirnschneide
mit dem mindestens einen Schneidzahn versehen, während
die weitere Stirnschneide als glatte Schneide ausgebildet ist. Dabei ist
bevorzugt eine Schneidkante der weiteren Stirnschneide gegenüber
einer Spitze des mindestens einen Schneidenzahns der ersten Stirnschneide
in axialer Richtung um ein Axialmaß zurückversetzt,
wobei dieses Axialmaß insbesondere in einem Bereich von einschließlich
0,05 mm bis einschließlich 1,0 mm liegt. Eine oder mehrere
Spitzen der Schneidzähne fräsen kreisförmige
Nuten in das Material. Die dabei stehen bleibenden Materialerhöhungen
werden anschließend durch die nachlaufende glatte Schneide als
kleine Späne abgetragen, ohne dass die Gefahr eines Ausbrechens
besteht. Das zurückversetzte Axialmaß der glatten
Schneide verhindert zuverlässig, dass diese tiefer als
die vorher ausgefrästen Nuten in das Material eindringt,
wodurch eine kleinstückige, ausbruchfreie Zerspanung unterstützt
ist.
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Zweckmäßig
liegen die Schneidzähne der ersten Stirnschneide auf einer
geraden Linie, während die Schneidkante der weiteren Stirnschneide gerade
ausgebildet ist. Die vorgenannte Linie und die Schneidkante definieren
dabei den gleichen Spitzenwinkel des Bohrwerkzeuges. Hierdurch ist
unabhängig von der radialen Position ein gleichmäßiges,
sauberes Zerspanungsbild erzielbar.
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Alternativ
kann es zweckmäßig sein, dass die erste Stirnschneide
und die weitere Stirnschneide beide mit Schneidzähnen versehen
sind. Insbesondere sind die Schneidenzähne der ersten Stirnschneide
und die Schneidzähne der weiteren Stirnschneide in radialer
Richtung versetzt zueinander angeordnet. Die vorlaufenden Schneidzähne
der ersten Stirnschneide fräsen in oben beschriebener Weise Kreisringnuten
in das Material, während die nacheilenden Schneidzähne
der weiteren Stirnschneide die stehen gebliebenen Materialerhöhungen
zerspanen. Auch hier entsteht eine gleichmäßige,
kleinstückige Zerspanung unter Vermeidung von Ausbrüchen, Ausfransungen
oder dergleichen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 in
schematischer Querschnittsdarstellung eine Leichtbau-Sandwichplatte
mit einer Bohrung und einem darin eingesetzten Dübel;
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2 in
schematischer Darstellung ein erfindungsgemäß ausgeführtes
Bohrwerkzeug zur Herstellung einer Bohrung nach 1 mit
je einer gezahnten und einer glatten Stirnschneide;
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3 die
Anordnung nach 2 mit Einzelheiten zur geometrischen
Ausgestaltung der beiden Stirnschneiden;
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4 eine
Variante der Anordnung nach den 2 und 3,
bei der beide Stirnschneiden mit Schneidzähnen in Form
von Trapezzähnen versehen sind.
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1 zeigt
in schematischer Schnittdarstellung eine Leichtbau- bzw. Sandwich-Platte 3,
die eine erste Deckschicht 13, eine zweite Deckschicht 14 und
einen zwischenliegenden Kern 15 umfasst. Die Deckschichten 13, 14 können
aus Holz, holzähnlichen Werkstoffen, Kunststoff oder dergleichen
sein und weisen eine Dicke in einem Bereich von < 1 mm bis etwa 8 mm auf. Der zwischenliegende
Kern ist als wellen- oder wabenförmige Struktur aus Pappe
oder vergleichbaren Werkstoffen hergestellt, die als Abstandshalter
zwischen den Deckschichten 13, 14 eine Vielzahl
von Hohlräumen umschließt. Die Dicke des Kerns 15 kann
bis zu 100 mm betragen.
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In
die Sandwichplatte 3 ist von der ersten Deckschicht 13 aus
eine Bohrung 2 eingebracht, die die erste Deckschicht 13 so wie
den Kern 15 durchdringt und in der zweiten Deckschicht 14 als
nach innen offenes Sackloch 17 endet. Von der ersten Deckschicht 13 aus
ist ein Dübel 16 in die Bohrung 2 eingesteckt.
Dabei ist der Dübel 13 sowohl im Sackloch 17 als
auch in dem die erste Deckschicht 13 durchgreifenden Bereich
der Bohrung 2 in den beiden Deckschichten 13, 14 gehalten
und gestützt. Die Stützwirkung des Kerns 15 auf
den Dübel 16 ist vernachlässigbar gering.
Für eine lagegenaue und hochbelastbare Befestigung des
Dübels 16 in den beiden Deckschichten 13 ist
eine präzise, ausbruchfreie und maßhaltige Ausführung
der Bohrung 2 erforderlich. Sinngemäß das
Gleiche gilt auch für die Anordnung von Bohrungen 2 in
anderen, insbesondere dünnwandigen Materialien. Für
die Herstellung solcher Bohrungen 2 sind erfindungsgemäße
Bohrwerkzeuge 1 nach den 2 bis 4 vorgesehen.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgeführten
Bohrwerkzeuges 1 im Bereich seines dem Werkstück
zugewandten Endes. Das Bohrwerkzeug 1 ist zum drehenden Antrieb
um eine Mittelachse 4 vorgesehen und dazu im Wesentlichen
rotationssymmetrisch ausgebildet. Auf seiner dem Werkstück
bzw. der Sandwich-Platte 3 nach 1 zugewandten
Stirnseite weist das Bohrwerkzeug 1 zwei Stirnschneiden 5, 6 auf.
Es können aber auch zusätzliche Stirnschneiden
zweckmäßig sein. Die Stirnschneiden 5, 6 erstrecken
sich im Wesentlichen in radialer Richtung, wobei sie nahe zur Mittelachse 4 ihren
Ursprung haben und radial nach außen jeweils bis zu einer äußeren
Schneidenecke 7 verlaufen. Die Schneidenecken 7 liegen
in einem Radius R zur Mittelachse 4. An die Schneidenecken 7 schließt
sich in Axialrichtung eine im Wesentlichen zylindrische Umfangskontur
des Bohrwerkzeuges 1 an. Radial innen ist eine auf der
Mittelachse 4 liegende Zentrierspitze 12 vorgesehen.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 2 weist
die erste Stirnschneide 5 zwischen der Mittelachse 4 und der
radial außenliegenden Schneidenecke 7 mindestens
einen in der Axialrichtung sich erstreckenden Schneidenzahn 8 auf.
Die radiale Erstreckung des Schneidzahnes 8 ist wesentlich
kleiner als der Radius R und insbesondere kleiner als die Hälfte
des Radius R. Bevorzugt sind zwei bis sechs Schneidzähne 8 vorgesehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Stirnschneide 5 mit
insgesamt vier Schneidzähnen 8 versehen, von denen
der radial äußerste Schneidzahn 8 radial
innenseitig der Schneidenecke 7 liegt, und optional mit
einer Fase 21 in die Schneidenecke 7 übergeht.
Die weitere Stirnschneide 6 ist als glatte Schneide mit
einer im Wesentlichen geradlinigen Schneidkante 10 ausgebildet.
Auch die weitere Stirnschneide 6 kann analog zur Stirnschneide 5 eine
Fase 21 aufweisen, wie dies gestrichelt dargestellt ist,
wobei dann das Bohrwerkzeug insgesamt im Bereich der Stirnschneiden 5, 6 eine
umlaufende Fase 21 aufweist.
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Weitere
geometrische Einzelheiten des Bohrwerkzeuges 1 nach 2 sind
in 3 dargestellt: Demnach sind die Schneidzähne 8 als
Spitzzähne mit einem Zahnwinkel α ausgebildet,
der bevorzugt in einem Bereich von einschließlich 30° bis einschließlich
90° liegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt
der Zahnwinkel α etwa 60°. Alternativ können
alle oder einzelne Schneidzähne 8 als Rundzähne
ausgebildet sein, wie dies durch eine gestrichelte Linie 20 angedeutet
ist. Die Schneidzähne 8 erheben sich in der Axialrichtung
von je einem zwischenliegenden Zahngrund 18 ausgehend bis
hin zu axial hervorstehenden Spitzen 11. In der radialen Richtung
liegen zwischen den Schneidzähnen 8 Zahnlücken 19.
Die Stirnschneide 5 mit den Schneidzähnen 8 ist
durchgehend einschließlich der Spitzen 11 und
dem jeweils zwischenliegenden Zahngrund 18 scharf ausgebildet.
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Die
Spitzen 11 der Schneidzähne 8 liegen auf
einer geraden Linie 9, die bei einer gedachten Drehung
des Bohrwerkzeuges 1 um die Mittelachse 4 als
gerade Linie 9' dargestellt ist. Durch die Linien 9, 9' ist
ein Spitzenwinkel 6 des Bohrwerkzeuges 1 definiert,
der bevorzugt in einem Bereich von einschließlich 164° bis
einschließlich 180° liegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt er etwa 170°. Die geradlinige Schneidkante 10 der
weiteren Stirnschneide 6 liegt bei einer gedachten Drehung
des Bohrwerkzeuges 1 um die Mittelachse 4 von
180° in der mit 10' bezeichneten Position, wobei
sie parallel zur geraden Linie 9 der Schneidzähne 8 verläuft. Hierdurch
bilden die Linien 9, 9' bzw. die Schneidkante 10, 10' den
gleichen Spitzenwinkel 6 des Bohrwerkzeuges 1.
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Der
Darstellung nach 3 ist noch zu entnehmen, dass
die Schneidkante 10 der weiteren Stirnschneide 6 in
der mit 10' bezeichneten gedrehten Position bezogen auf
die Axialrichtung gegenüber den auf der geraden Linie 9 liegenden
Spitzen 11 der Schneidzähne 8 um ein
Axialmaß a zurückversetzt angeordnet ist. Das
Axialmaß a liegt bevorzugt in einem Bereich von einschließlich
0,05 mm bis einschließlich 1,0 mm, und ist insbesondere
derart gewählt, dass die Schneidkante 10 in ihrer
gedrehten, mit 10' bezeichneten Position durch die Zahnlücken 19 hindurch
verläuft, also bezogen auf die Axialrichtung jeweils zwischen
der Spitze 11 eines Schneidzahnes 8 und dem zugehörigen
Zahngrund 18 liegt. Die Schneidenecke 7 der weiteren
Stirnschneide 6 steht dabei in ihrer gedrehten, mit 7' bezeichneten Position über
die Fase 21 der Stirnschneide 5 axial und radial
hervor und liegt in Axialrichtung unterhalb der Schneidenecke 7 der
Stirnschneide 5. Sofern beide Stirnschneiden 5, 6 mit
Fasen 21 versehen sind, überdecken sich die beiden
Schneidenecken 7, 7' auf ihrer Umlaufbahn. Außerdem
ist noch zu erkennen, dass die Zentrierspitze 12 auf der
geraden Linie 9 liegt, also in der Axialrichtung nicht über
die Spitzen 11 der Schneidzähne 8 hervorsteht.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die Zentrierspitze 12 länger
ausgebildet ist und in der Axialrichtung über die gerade
Linie 9 hervorsteht.
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4 zeigt
eine Variante der Anordnung nach den 2 und 3,
demnach sowohl die erste Stirnschneide 5 als auch die weitere
Stirnschneide 6 jeweils mit Schneidzähnen 8 versehen
sind. Die Schneidzähne 8 der weiteren Stirnschneide 6 sind
in der radialen Richtung gegenüber den Schneidzähnen 8 der
ersten Stirnschneide 5 derart versetzt angeordnet, dass
sie bei einer Drehung des Bohrwerkzeuges 1 um die Mittelachse 4 entsprechend
der gestrichelten, mit 8' bezeichneten Darstellung die
Zahnlücken 19 zwischen den Schneidzähnen 8 der
ersten Stirnschneide 5 überstreichen. Die radial äußeren Schneidzähne 8 beider
Stirnschneiden 5, 6 bilden die jeweiligen Schneidenecken 7.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 4 sind die Schneidzähne 8 als
Trapezzähne mit einem von 90° abweichenden Flankenwinkel
ausgebildet. Die Spitzen 11 der Schneidzähne 8 sind
hier als geradlinige Schneidenabschnitte ausgebildet. Als Sonderform der
Trapezform kann auch eine Rechteckform mit einem Flankenwinkel von
90° gewählt werden. Statt der Trapezzähne
können auch Spitzzähne oder Rundzähne
nach den 2 und 3 vorgesehen werden.
Umgekehrt kann auch die Ausführung nach den 2 und 3 mit
Trapezzähnen nach 4 versehen
werden. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt
das Ausführungsbeispiel nach 4 mit demjenigen
nach den 2 und 3 überein.
Insgesamt können die von einander abweichenden Merkmale
der Ausführungsbeispiele nach den 2 und 3 beliebig
untereinander ausgetauscht bzw. kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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