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Die Erfindung betrifft eine Dentalwerkzeugmaschine, insbesondere eine Dentalfräsmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine derartige Dentalwerkzeugmaschine weist typischerweise einen geschlossenen Werkraum auf, in dem sich sowohl das auf einem Werkstückträger eingespannte Werkstück als auch das zugehörige Werkzeug befindet.
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Über einer Fronttür lässt sich der Werkraum schließen und öffnen, um nach Fertigbearbeitung das Werkstück entnehmen zu können und ein neues Werkstück einbringen zu können.
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Häufig müssen für die Bearbeitung, wie beispielsweise eine 4-achsige oder 5-achsige Fräsbearbeitung, die Werkzeuge gewechselt werden. Um dies zu erreichen, ist es beispielsweise aus der
DE 30 43 361 A1 seit langem bekannt, die Werkzeuge in einer Werkzeugbank bereitzuhalten und den Fräskopf bei Bedarf in dem Schaft des erwünschten Werkzeugs greifen zu lassen und automatisch die Einspannung vorzunehmen.
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Ein derartiger automatischer Werkzeugwechsel funktioniert im Grunde gut, wenn die Handhabungsoberflächen, also Einspannkopf der Fräsmaschine und Werkzeugschaft, sauber und damit aktionsfähig sind. Dies ist jedoch nicht stets der Fall.
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Bei der Erstellung von dentalen Restaurationsteilen aus dem Vollen hat sich die Verwendung von Rohlingscheiben durchgesetzt, die einen genormten Durchmesser aufweisen, beispielsweise 98 mm. Diese Scheiben werden in den Werkstückhalter eingespannt und können aus Keramik, Komposit oder aus einem geeigneten Kunststoff wie PMMA bestehen. Durch die spanabhebende Bearbeitung fallen in allen Fällen Späne an, die dazu neigen, sich im Werkraum abzusetzen.
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Seit mehr als 50 Jahren ist es bekannt, die bei spanabhebender Bearbeitung anfallenden Späne durch einen Luftstrom vom Bearbeitungsraum wegzuführen. Nahezu ebenso lange ist es hierzu bekannt, den Luftstrom über die Kombination einer Überdruckquelle mit einer Unterdruckquelle aufrechtzuerhalten. Im Falle dentaler Werkzeugmaschinen wird hierzu typischerweise der Luftstrom aus einer Luftdüse auf einen Bearbeitungsbereich gerichtet, und die Spanentfernung erfolgt über eine Saugleitung, die beispielsweise in einer Raumecke des Werkraums angeschlossen ist.
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Die Unterdruckquelle ist hierbei typischerweise extern vorgesehen, also deutlich außerhalb des Werkraums angeordnet, wobei auch mehrere Dentalfräsmaschinen über eine gemeinsame Unterdruckquelle versorgt werden können.
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Trotz des so erzeugten Luftstroms sammeln sich häufig Späne an den Schäften der Werkzeuge an, gerade bei dem Fräsen von PMMA-Scheiben, wobei auch elektrostatische Gesichtspunkte und die hiermit einhergehende Spanhaftung auf den Oberflächen der Schäfte eine Rolle spielen.
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Um die Zugänglichkeit der Werkzeugschäfte zu verbessern, sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. So hat man versuchsweise Luftdüsen gezielt auf die Werkzeugschäfte der Werkzeugbank gerichtet. Ferner wurde bereits vorgeschlagen, deionisierte Luft den Werkstückschäften zuzuleiten, um die Haftung der Späne an den Arbeitsflächen zu reduzieren. Wenn jedoch die Absaugung der Späne über die Saugleitung – aus welchen Gründen auch immer – nicht oder nur eingeschränkt funktioniert, ergeben sich nach wie vor signifikante Probleme hinsichtlich des Werkzeugwechseis, aber auch hinsichtlich der Bearbeitung. Der Werkraum kann sich dann nach und nach komplett mit Spänen füllen, so dass eine Bearbeitung unmöglich wird.
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Um wenigstens die Werkzeugschäfte sicher greifen zu können, ist es auch der
EP 2 387 483 B1 und bereits der zugehörigen Patentanmeldung bekannt geworden, die Werkzeugbank, also das Werkzeugmagazin, außerhalb des Werkraums anzuordnen. Dies erfordert jedoch spezielle Merkmale, die insbesondere eine Nachrüstung der bestehenden Werkzeugmaschine nicht ermöglicht.
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Typischerweise werden dentale Fräsbearbeitungen aufgrund des langen Bearbeitungszyklus gerne auch über Nacht durchgeführt, was eine automatische Steuerung erfordert. Hierzu ist es vorgeschlagen worden, über Unterdrucksensoren den ausreichenden Saugunterdruck im Werkraum zu erfassen und dann vorsorglich die betreffende Dentalfräsmaschine abzuschalten, wenn der Unterdruck nicht ausreicht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Unterdruckpumpe ausfällt, wenn der Span-Sammelbehälter voll ist oder wenn die Saugleitung verstopft ist.
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Häufig erfolgt bei einer derartigen Lösung eine Abschaltung, ohne dass dies aus Gründen der Spanablagerungen erforderlich wäre.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dentalwerkzeugmaschine, insbesondere eine Dentalfräsmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die hinsichtlich der Zuverlässigkeit verbessert ist, ohne dass lange Ausfallzeiten zu befürchten waren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Überraschend lässt sich mit der erfindungsgemäßen Maßnahme eine wesentliche Verbesserung der Zuverlässigkeit bei der Überwachung der Dentalwerkzeugmaschine sicherstellen: der Unterdrucksensor wird kurzerhand über eine dünne Verbindungsleitung mit der Saugleitung oder der Saugöffnung verbunden. Im Gegensatz zum Werkraum mit seiner kaum merklichen oder nicht vorhandenen Strömung besteht typischerweise in der Saugleitung eine Luftströmung. Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass diese proportional zur Spanabfuhr ist und über die sich quer von der Saugleitung oder der Saugöffnung weg erstreckende Verbindungsleitung erfasst der Unterdrucksensor nun genau den dort bestehenden Unterdruck, entsprechend der Strömung.
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Überraschend lässt sich hierbei der Venturi-Effekt besonders günstig ausnutzen, so dass der von der Unterdruckquelle beabstandete Unterdrucksensor eine deutlich verbesserte Signifikanz zeigt:
Im Normalbetrieb, also wenn die Unterdruckquelle ordnungsgemäß arbeitet und keine Späne die Saugleitung oder die Saugöffnung – oder den Werkraum im Übrigen – verstopfen, wird ein typischer Unterdruck über den Unterdrucksensor erfasst. Dieser unterscheidet sich deutlich vom Umgebungsluftdruck.
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Überraschend ergibt die erfindungsgemäße Anordnung eine wesentlich signifikantere Erfassung.
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Wenn die Saugleitung stromab der Verbindungsleitung verstopft ist, wenn der Sammelbehälter für Späne voll ist, oder wenn der Pumpenmotor ausgefallen ist, sinkt der Unterdruck in der Saugleitung am Übergang zur Verbindungsleitung. Dieser Druckanstieg bewirkt, dass der Unterdrucksensor einen fehlenden Unterdruck erfasst und der Steuervorrichtung für die Dentalwerkzeugmaschine signalisiert.
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Wenn hingegen die Saugleistung durch eine Spananhäufung stromauf des Abzweigs der Verbindungsleitung verstopft ist, sinkt der Druck, also der Unterdruck an dieser Stelle nimmt zu, was ebenfalls vom Unterdrucksensor erfasst wird. In beiden Fällen ist die Spanabfuhr gehemmt, und der diesbezügliche Störfall wird erfasst und signalisiert, was gegebenenfalls zum Abschalten der Fräsmaschine oder zumindest zu einer Aufforderung, den Fehler zu beheben, führt.
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Dadurch, dass der Unterdrucksensor deutlich oberhalb des Bereichs, in dem die Späne fliegen, gelagert ist, besteht praktisch keine Gefahr, dass er selbst durch Späne in seiner Funktion beeinträchtigt wird. In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn der Punkt der Abzweigung der Verbindungsleitung am Scheitelpunkt der Saugleitung angebracht ist, also oben, da dann das Verschmutzungsrisiko am geringsten ist. Bei Bedarf kann über ein Leitelement zusätzlich dafür gesorgt werden, dass Späne sich im Bereich der Abzweigung verwirbeln, bzw. jedenfalls nicht an der Abzweigung ablagern.
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Es versteht sich, dass die Verlegung der Saugleitung innerhalb der Dentalwerkzeugmaschine in weiten Bereichen an die Erfordernisse der Konstruktion angepasst ist. Bevorzugt verläuft die Saugleitung ein gewisses Stück, beispielsweise mindestens 10 cm, innerhalb des Werkraums. Dann ist es bevorzugt, den Anschlusspunkt der Verbindungsleitung von der Saugöffnung beabstandet zu wählen, beispielsweise mindestens 10 cm von der Saugöffnung entfernt. Hierdurch sind an dieser Stelle die Verwirbelungen in der Regel geringer, und eine laminare Strömung erzeugt weniger kurzfristige Druckschwankungen als eine verwirbelte Luftströmung.
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Besonders günstig ist es auch, dass erfindungsgemäß bereits bestehende Gehäuse durch Durchbrüche des Werkraums verwendet werden können, so dass keine weitere konstruktive Änderung erforderlich ist. Die Unterdruck-Messstelle des Werkraums, die beispielsweise im oberen Bereich des Werkraums angeordnet ist, wird kurzerhand umgerüstet und mit einer Verbindungsleitung versehen, die in die Saugleitung mündet. Dies hat auch den besonderen Vorteil, dass durch die Leitungslänge der Verbindungsleitung die Messgenauigkeit überraschenderweise steigt.
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Erfindungsgemäß besonders günstig ist es auch, dass sich die neue Lösung sowohl für den Einbau in neue Dental-Werkzeugmaschinen, also auch für die Nachrüstung bestehender Dentalwerkzeugmaschinen eignet. Für die Nachrüstung muss lediglich eine Bohrung in der Saugleitung mit einem entsprechenden Anschluss der Verbindungsleitung versehen werden, und diese muss in dem Werkraum zum bestehenden Anschluss des Unterdrucksensors hin montiert werden.
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Die Verbindungsleitung erstreckt sich bevorzugt wandnah, beispielsweise in einer Entfernung von wenigen als 2 cm, so dass die Funktion des Werkraums im Übrigen nicht beeinträchtigt ist.
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Erfindunsgemäß ist es günstig, wenn ein Sollwertbereich für den gemessenen Unterdruck des Unterdrucksensors vorgegeben ist, und bei Über- und Unterschreitung dieses Sollwertbereichs die entsprechende Signalisierung ausgelöst wird.
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Wesentlich für eine störungsfreie Erfassung des Unterdrucks ist es auch, dass der Anschluss der Verbindungsleitung an die Saugleitung an eine Stelle oberhalb der vertikalen Mitte der Saugleitung erfolgt. Insbesondere beim Naßfräsen können durchaus die untersten 5 mm der Saugleitung benetzt sein, und eine Benetzung der Verbindungsleitung würde die Erfassungsergebnisse verfälschen.
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Ferner ist es sinnvoll, den Abstand zwischen dem Werkraum als Strömungsvolumen und der Mündung der Verbindungsleitung so zu wählen, dass er mindestens dem dreifachen Durchmesser der Saugleitung entspricht. Durch diesen Abstand ist gewährleistet, dass die Unterdruckerfassung signifikanter realisiert wird, so dass also der Unterdruck in der Saugleitung anstelle des Unterdrucks im Werkraum erfasst wird.
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Es versteht sich, dass dieser Abstand in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpassbar ist; bei einer nicht sich in den Werkraum erstreckenden Saugleitung ist es auch möglich, die Verbindungsleitung beispielsweise über einen L-förmigen Anschlussstutzen in die Saugleitung hineinragen zu lassen und dort beispielsweise 5 cm nach dem Beginn der Saugleitung erst enden zu lassen. In diesem Falle erstreckt sich zudem die Ansaugmündung der Verbindungsleitung in Strömungsrichtung, so dass die Verstopfungsneigung insofern noch reduziert ist.
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Es versteht sich, dass die Höhe des Unterdrucks in der Saugleitung unter anderem auch von dem verwendeten Saugmotor und dem Querschnitt der Saugleitung abhängt, aber auch von deren Länge; um die Saugleitung nicht zu stark zu reduzieren, sollte diese auf 2 bis 3 Meter begrenzt sein.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht des Innenraums einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dentalfräsmaschine;
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2 eine vergrößerte Detailansicht eines Details aus 1;
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3 eine weitere schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dentalfräsmaschine; und
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4 eine vergrößerte Detailansicht der Ausführungsform gemäß 3.
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Die in 1 dargestellte Dentalfräsmaschine 10 weist einen Werkraum 12 auf, der für die Fräsbearbeitung eines Werkstücks 14 bestimmt ist. Das Werkstück 14 ist in an sich bekannter Weise mehrachsig in einem Werkstückhalter 16 gelagert.
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Eine Fräsmaschine 20 lagert über ein Bohrfutter 22 einen Fräser 24, der die Bearbeitung an dem scheibenförmigen Werkstück 14 vornimmt. Der Fräser 24 ist in Drehachsen translatorisch bewegbar, so dass zusammen mit den zwei Bewegungsachsen des Werkstückträgers eine 5-achsige Fräsmaschine vorliegt.
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Es versteht sich, dass anstelle dessen auch eine beliebige andere Fräsmaschine oder andere Werkzeugmaschine, auch beispielsweise eine 4-achsige oder 6-achsige, hier erfindungsgemäß verwendbar ist.
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Der Fräser 24 ist durch Lösen des Bohrfutters 22 wechselbar. Hierzu sind an einer Werkzeugbank 28 eine beliebige Anzahl, beispielsweise zehn Fräser eingesteckt, deren Schäfte 30 frei liegen und nach oben ragen, so dass ein automatischer Werkzeugwechsel möglich ist. In 1 sind aus Gründen der einfacheren Darstellung lediglich vier Fräser 24 als Wechselfräser dargestellt.
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Das scheibenförmige Werkstück 14 besteht aus Komposit oder hier aus PMMA. Über nicht dargestellte Luftdüsen wird sowohl der Bearbeitungsbereich, also der Bereich, an dem der Fräser 24 das Werkstück 14 bearbeitet und hierbei Späne erzeugt, als auch die Werkzeugbank 28 angeblasen, um die Spanabfuhr zu ermöglichen.
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In an sich bekannter Weise ist eine Saugleitung 32 von der Fräsmaschine 20 und dem Werkstück 14 beabstandet, beispielsweise in einer hinteren unteren Raumecke vorgesehen. Die Saugöffnung 34 der Saugleitung 32 ist dem Bearbeitungsbereich zugewandt. Die Saugleitung 32 ist bodennah verlegt, so dass auch eine Fräsflüssigkeit bei Nassbearbeitung über die Saugleitung grundsätzlich entfernbar ist.
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Die Saugleitung 32 ist über eine entfernte Unterdruckquelle 36 unter Unterdruck gesetzt, so dass an einer von der Saugöffnung 34 beabstandeten Stelle ein Unterdruck von beispielsweise mehr als 100 mbar herrscht.
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Der Saugöffnung 34 diagonal gegenüberliegend ist eine Zuluftöffnung 40 ausgebildet, so dass eine Luftströmung durch den Werkraum 12 hindurch die anfallenden Späne abführen kann.
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Von der Saugleitung 32 zweigt eine Verbindungsleitung 42 ab, die erfindungsgemäß an einem Anschlussstutzen 44 in der Saugleitung 32 mündet, und zwar an deren Oberseite, also von einer etwa strömenden Fräsflüssigkeit beabstandet.
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Die Verbindungsleitung 42 erstreckt sich entlang einer Wand 46 des Werkraums 12 im Wesentlichen senkrecht nach oben. Ein Winkelanschlussstutzen 48 durchtritt die Wand 45 und verbindet die Verbindungsleitung 42 mit einem Unterdrucksensor 50, der auf einer Steuerplatine 51 der Dentalfräsmaschine 10 angebracht ist.
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Die Mündung 52 der Verbindungsleitung 42 in der Saugleitung 32 ist deutlich, beispielsweise um mindestens 10 cm, von der Saugöffnung 34 beabstandet. Erfindungsgemäß baut sich über diesems Teilstück der Saugleitung 32 innerhalb des Werkraums 12 aufgrund des dort bestehenden Strömungswiderstands ein Unterdruck auf. Dieser wird erfindungsgemäß ausgenutzt, so dass der Unterdrucksensor, der in Strömungsverbindung mit der Mündung 52 steht, signifikantere Unterschiede zeigt.
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Wenn die Saugöffnung 34 durch einen Spanklumpen verstopft ist, steigt der Unterdruck an der Mündung 52 an, so dass der Unterdrucksensor 50 zu hohe Unterdruckwerte (also einen zu geringen Druck) misst.
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Wenn andererseits die Unterdruckquelle 36 ausfällt, erfasst der Unterdrucksensor 50 zu geringe Unterdruckwerte (also einen zu hohen Druck).
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In beiden Fällen wird ein zugehöriger Schwellenwert nach unten bzw. nach oben überschritten, und im Falle des Überschreitens der Schwellenwerte außerhalb des zulässigen Bereichs wird ein Fehlersignal abgegeben, um einen Benutzereingriff zu ermöglichen, oder – im Falle eines Nachtbetriebs – gegebenenfalls die Dentalfräsmaschine abzuschalten.
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Die Ausgestaltung der Mündung 52 an dem Anschlussstutzen 44 der Verbindungsleitung 42 ist aus 2 besser ersichtlich. Der Anschlussstutzen 44 durchtritt die obere Wand der Saugleitung 32. Die Verbindungsleitung 42 weist einen Innendurchmesser auf, der eine Querschnittsfläche von höchstens einem Fünfzehntel der Querschnittsfläche der Saugleitung 32 hat. Es tritt ein Venturi-Effekt auf, der die Druckmessung aufgrund der bestehenden Strömung noch signifikanter ausfallen lässt. Beispielsweise hat die Verbindungsleitung 42 einen Innendurchmesser von 2 oder 3 mm, und die Saugleitung kann einen Innendurchmesser von 15 mm haben.
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Aus 3 ist eine modifizierte Ausgestaltung der Erfindung ersichtlich. Gleiche Bezugszeichen weisen hier auf gleiche Teile hin.
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Der Unterdrucksensor 50 ist über einen Winkelanschlussstutzen 48 wiederum mit der Verbindungsleitung 42 nahe der Wand 46 verbunden. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2 mündet die Saugleitung 32 jedoch mit ihrer Saugöffnung 34 an einer unteren Raumecke des Werkraums 12. Um einen Unterdruck messen zu können, erstreckt sich ein winkelförmiges Anschlussstück 60 von der Verbindungsleitung 42 ausgehend in die Saugleitung 32 hinein, und zwar um 8 cm, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel. Der Messpunkt ist insofern weniger weit von der Saugöffnung 34 entfernt als bei der Ausführungsform gemäß 3, wobei das Anschlussstück 60 einen zusätzlichen Strömungswiderstand bietet, so dass dieser kürzere Abstand ebenfalls ausreicht, um ein signifikantes Messergebnis bereitzustellen.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, erstreckt sich die Mündung 52 der Verbindungsleitung 42 exakt in Strömungsrichtung. Damit ist die Neigung der Mündung 52, durch Späne zu verstopfen, soweit wie möglich minimiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3043361 A1 [0004]
- EP 2387483 B1 [0011]
