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Die Erfindung bezieht sich auf ein Modular-Spannzeug mit einem Grundhalter und einem Werkzeughalter, wobei der Grundhalter mit einem Konus und ersten Mitnehmern für eine Werkzeugmaschine und der Werkzeughalter mit einer Aufnahme sowie zweiten Mitnehmern für ein Werkzeug versehen ist und wobei ferner der Werkzeughalter axial am Grundhalter an einer planen Anlagefläche fixiert und verschraubt ist, die mit dritten Mitnehmerelementen in Gestalt von Bolzen versehen ist.
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Derartige Modular-Spannzeuge sind aus der DE-Z: "Werkstatt und Betrieb", 115 (1982) 2, Seiten 111 bis 115 bekannt.
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Modular-Spannzeuge werden in Bearbeitungszentren benötigt, in denen eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen aus einem Magazin versorgt wird. Da Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Hersteller und unterschiedlicher Herkunftsländer auch mit voneinander abweichenden Aufnahmekonussen für die Werkzeuge versehen sind, sind Modular-Spannzeuge von Vorteil, die in einen sogenannten Grundhalter und in einen sogenannten Werkzeughalter zerfallen. Das Werkzeugmagazin verfügt über eine Anzahl von Grundhaltern, die unmittelbar von der Werkzeugmaschine aufgenommen werden und daher in unterschiedlichen Ausführungen mit jeweils unterschiedlichen Konussen verfügbar sind. Demgegenüber sind die Werkzeughalter jeweils gleich und für alle Maschinen gleichzeitig einsetzbar, weil sie mit dem jeweils auf die Maschine angepaßten Grundhalter kombiniert werden.
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Die bekannten derartigen Modular-Spannzeuge der eingangs genannten Art werden in axialer Richtung mittels eines zentralen Gewindebolzens verspannt, der in den Anlageflächen von Grundhalter und Werkzeughalter eine Anpreßkraft in der Größenordnung von 8 to erzeugt.
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Es ist auch bekannt, zwischen Grundhalter und Werkzeughalter noch ein oder mehrere Zwischenstücke einzusetzen, die über entsprechende Anlageflächen zur Verbindung mit dem Grundhalter und dem Werkzeughalter verfügen. Mit mehreren derartigen Zwischenstücken lassen sich auch praktisch beliebig lange Bohrstangen, beispielsweise von einem halben Meter Länge, realisieren.
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Die bekannten Modular-Spannzeuge der eingangs genannten Art sind darüber hinaus in Drehrichtung zueinander in einer bestimmten Stellung fixiert, damit eine definierte Ausgangslage der werkzeugmaschinenseitigen Mitnehmer des Grundhalters einerseits und der Schneidkante des Werkzeughalters andererseits vorliegt. Diese Fixierung in Umfangsrichtung wird bei den Modular-Spannzeugen der bekannten Art dadurch bewirkt, daß das eine Teil, beispielsweise der Werkzeughalter, im Bereich seines Umfanges mit einem Nutenstein, der als Mitnehmerstein wirkt, versehen ist. Das jeweils andere Teil, beispielsweise der Grundhalter oder ein Zwischenstück ist an der entsprechenden Umfangsstelle mit einer Nut versehen, so daß bei axialem Ineinanderstecken der Teile diese nur in einer relativen Drehlage zueinander, miteinander verspannt werden können.
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Die bekannte Anordnung mit dem Nutenstein im Umfangsbereich hat jedoch den Nachteil, daß die jeweiligen Anlageflächen der beiden miteinander zu verspannenden Teile an dieser Stelle in einem größeren Bereich unterbrochen sind, nämlich im Bereich des Nutensteins selber sowie im Bereich der gegenüberliegenden Nut. Andererseits sind im Bereich der Achse der genannten Teile die zentralen Verspannmittel sowie eine Leitung für eine Kühlflüssigkeit angeordnet, so daß sich insgesamt nur eine ringförmige Anlagefläche ergibt. Diese Anlagefläche ist bei den bekannten Modular-Spannzeugen jedoch - wie erwähnt - an einer Stelle unterbrochen.
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Diese Geometrie führt insgesamt dazu, daß bei den genannten beträchtlichen Anzugskräften sich das Werkzeug in den Bereich der unterbrochenen Anlagefläche geringfügig verkanten kann, so daß sich insbesondere bei mehreren miteinander verbundenen Teilen, beispielsweise Bohrstangen, über die Länge der Gesamtanordnung vom Grundhalter bis zur Schneidkante des in den Werkzeughalter eingespannten Werkstückes ein radialer Fehler von einigen Zehntel Millimetern ergeben kann. Zwar hat man versucht, diesem Fehler dadurch zu begegnen, daß man die Anlagefläche definiert schräg anschleift, eine vollkommene Kompensation läßt sich damit aber nicht erreichen, insbesondere wenn die axialen Spannkräfte variieren.
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Zwar ist es aus der eingangs genannten DE-Z auch bekannt, als Mitnahme Stifte zu verwenden, nähere Angaben sind hierzu jedoch nicht gemacht. Lediglich zur Verwendung von Voreinstellgeräten in Verbindung mit den bekannten Spannzeugen ist ausgeführt, daß bevorzugte Werkzeuge mit Feineinstellung angewendet werden sollen, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Verbindung von Grundhalter und Werkzeughalter als in einer einzigen Umfangsrichtung fixiert angenommen werden kann, weil Nachstellungen offenbar nur am Werkzeug selbst vorgenommen werden. Auch sind der DE-Z keinerlei Angaben über Größe und Anordnung der Stifte, deren Befestigung und Wirkung zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Modular-Spannzeug der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Kompensation des radialen Fehlers, insbesondere bei Verwendung einer Vielzahl von miteinander zu verspannenden Elementen möglich ist, ohne die Komplexität der Gesamtanordnung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von über einem Umfang der Anlageflächen verteilten Bohrungen bzw. mit diesen fluchtenden Aufnahmebohrungen vorgesehen ist, wobei in mindestens einer Bohrung ein Bolzen lösbar angeordnet ist, dessen über die zugehörige Anlagefläche vorstehender Kopf in eine Aufnahmebohrung paßt.
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Das erfindungsgemäße Modular-Spannzeug hat damit den erheblichen Vorteil, daß die verschiedenen Teile in einer großen Anzahl von Drehstellen zueinander zusammengefügt werden können, so daß radiale Fehler der einzelnen Elemente kompensiert oder ein definierter radialer Fehler eingestellt werden kann, der zur Kompensation eines vorhandenen Spindelfehlers der Werkzeugmaschine selbst dienen kann.
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Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Einspannen eines Werkzeuges in eine Werkzeugmaschine unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Modular-Spannzeuges.
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Da es mit den bekannten Modular-Spannzeugen aus den erwähnten Gründen nicht möglich war, Eigenfehler oder Maschinenfehler definiert zu kompensieren, liegt auch dem erfindungsgemäßen Verfahren die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorgehensweise so zu verbessern, daß derartige Fehler mit einfachen Mitteln kompensiert werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß bei in den Werkzeughalter eingespanntem Werkzeug der Grundhalter, der Werkzeughalter und gegebenenfalls Zwischenstücke in einer ersten Drehlage dieser Elemente zueinander axial verspannt werden, daß in einem Voreinstellgerät bei eingespanntem Grundhalter der radiale Fehler der Schneidkante des Werkzeugs von der Werkzeugachse ermittelt wird, daß alsdann Grundhalter, Werkzeughalter und gegebenenfalls die Zwischenstücke wieder voneinander gelöst und die Drehlage dieser Elemente zueinander unter entsprechender Vertauschung der Bolzen so variiert wird, daß der radiale Fehler einen vorbestimmten Betrag annimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat damit gegenüber den bekannten Verfahren den wesentlichen Vorteil, daß eine Kompensation des radialen Fehlers durch definiertes Ineinanderstecken der einzelnen Elemente überhaupt erst möglich wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bei dem erfindungsgemäßen Modular-Spannzeug möglich, die Bolzen in unterschiedlicher Art und Weise im Grundhalter oder auch im Werkzeughalter lösbar zu befestigen, beispielsweise durch eine entsprechende Klemmpassung. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Bolzen in den Grundhalter eingeschraubt sind.
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Diese Maßnahme hat gegenüber einer einzuschlagenden Klemmpassung den Vorteil, daß die Anlagefläche vollkommen unbeeinflußt bleibt, weil der Einschraubvorgang in der Tiefe der Bohrung vorgenommen wird, während beim Einschlagen eines Paßstiftes oder dergleichen sich eine Verformung der Anlagefläche im Randbereich der Bohrung ergeben könnte.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Spannzeug so ausgebildet, daß bei einer Mehrzahl von Bohrungen bzw. Aufnahmebohrungen bzw. Bolzen die Form eines Kopfes eines bestimmten Bolzens sowie die Form einer bestimmten Aufnahmebohrung in gleicher Weise von der Form der übrigen Köpfe bzw. Aufnahmebohrungen abweichen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Drehlage zweier miteinander zu verbindender Teile zueinander definiert ist, weil nur dann, wenn sich die in der Form abweichende Aufnahmebohrung gegenüber dem Bolzen mit dem in der Form abweichenden Kopf befindet, ein Zusammenfügen der Elemente möglich ist. Es können daher die Teile voneinander demontiert werden, ohne daß beim Wieder-Zusammenbau die definierte Drehlage zueinander verloren geht. Sind keine Kompensationsmaßnahmen mit mehrfachem Lösen der Teile voneinander nötig, garantiert die "Kodierung" der Stifte, daß Grundhalter und Werkzeughalter sofort nach Entnahme aus dem Magazin definiert zusammengesteckt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Spannzeug so ausgebildet, daß die abweichende Form ein abweichender, insbesondere größerer Durchmesser des Kopfes bzw. der Aufnahmebohrung ist.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die "Kodierung" eines bestimmten Bolzenkopfes bzw. einer bestimmten Aufnahmebohrung mit besonders einfachen Mitteln möglich ist.
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Um das Erkennen der kodierten Elemente zu erleichtern, ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die bestimmte Aufnahmebohrung abweichender Form farblich gekennzeichnet; sie kann auch mechanisch dadurch gekennzeichnet sein, daß sie eine abweichende Ansenkung aufweist.
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Beide Maßnahmen haben den Vorteil, daß auch mit ungeübtem Auge sofort erkannt wird, in welche Aufnahmebohrung der Bolzen mit der abweichenden Kopfform einzustecken ist. Auf diese Weise werden die Rüstzeiten des erfindungsgemäßen Spannzeuges vermindert.
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Eine besonders gute Wirkung wird dadurch erzielt, daß die Bohrungen bzw. Aufnahmebohrungen in einer ansonsten durchgehenden planen Anlagefläche angeordnet sind.
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Diese Maßnahme hat gegenüber den bekannten unterbrochenen Anlageflächen den Vorteil, daß keine bevorzugte Durchbiegung oder Verkantung der aus mehreren Teilen bestehenden Anordnung möglich ist, weil die Teile über den gesamten Umfang aneinander anliegen und daher die hohen axialen Verspannkräfte gleichmäßig von einem Teil auf das andere übertragen werden. Auch kann der die Anlagefläche bildende Bund relativ dünn ausgebildet werden, was zu Material- und Platzeinsparung führt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannzeuges verfügt der Werkzeughalter in Abhängigkeit von der im Betrieb auftretenden mechanischen Belastung des von ihm gehaltenen Werkzeuges über weniger Aufnahmebohrungen als der Grundhalter Bohrungen aufweist.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß zwar die Grundhalter universal für alle Werkzeughalter verwendbar sind, daß aber die Werkzeughalter einfacher und kostengünstiger gefertigt werden können, indem sie gegebenenfalls nur über eine geringere Anzahl von Aufnahmebohrungen verfügen. Dies ist dann möglich, wenn das einzuspannende Werkzeug nur geringen Belastungen ausgesetzt ist, beispielsweise bei einer Oberflächen-Feinbehandlung, während für grobarbeitende Werkzeuge, beispielsweise Schruppfräser, eine höhere Anzahl von Verbindungsbolzen zwischen Grundhalter und Werkzeughalter zur Übertragung des Antriebs-Drehmomentes erforderlich ist. In allen anderen Fällen kann man sich jedoch Herstellungskosten für den Werkzeughalter, die beim Anbringen mehrerer Bohrungen anfallen, sparen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, daß die nachfolgend geschilderten Merkmale nicht nur im jeweils genannten Zusammenhang sondern auch jeweils für sich alleine erfindungsgemäß verwendbar sind. Auch versteht sich, daß beim beschriebenen Ausführungsbeispiel zahlreiche Arten des Zusammenwirkens der Teile miteinander auch kinematisch umgekehrt werden können, beispielsweise die Arten und Formen der Verbindungselemente am einen bzw. am anderen miteinander zu verspannenden Teil, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Grundhalters;
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Fig. 2 eine Seitenansicht (im Halbschnitt) des Grundhalters gemäß Fig. 1;
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Fig. 3 eine Seitenansicht (im Halbschnitt) eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters, wie er mit dem Grundhalter gemäß Fig. 1 und 2 zusammenarbeiten kann;
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Fig. 4 eine Hinteransicht des Werkzeughalters gemäß Fig. 3.
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In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 insgesamt einen Grundhalter und in den Fig. 3 und 4 bezeichnet 11 gesamthaft einen dazu passenden Werkzeughalter. Der Grundhalter 10 ist mit einem Konus 12 sowie als Mitnehmer dienenden Nuten 13, 14 versehen. Entsprechend verfügt der Werkzeughalter 11 über eine Aufnahme 15 für ein Werkzeug sowie über Mitnehmer 16, 17 zum Antreiben des Werkzeuges.
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In den Fig. 1 bis 4 ist die Werkzeugmaschine, in die der Grundhalter 10 mit dem Konus 12 und den Nuten 13, 14 eingeführt wird sowie das Werkzeug, das in die Aufnahme 15 sowie die Mitnehmer 16, 17 des Werkzeughalters 11 eingeführt wird, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Diese Elemente sind jedoch an sich bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Wie man in Fig. 2 erkennen kann, ist der Körper 18 des Grundhalters 10 mit einer axialen Bohrung 19 versehen, in deren, zum Werkzeughalter 11 zugewandten Ende sich ein Gewindebolzen 20 mit einem zur Werkzeugmaschine hinweisenden Schraubkopf 21 befindet. Der Schraubkopf 21 stützt sich an einem Schraubring 22 ab. In dazu passender Weise ist ein Gewinde 23 in einer axialen Bohrung 24 des Werkzeughalters 11 angebracht, wie man in Fig. 3 erkennen kann.
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Wird nun der Werkzeughalter in der Position von Fig. 3 von rechts in den Grundhalter 10 in der Position von Fig. 2 eingeführt, kann ein geeignetes Schraubwerkzeug von links in Fig. 2 in die axiale Bohrung 19 eingeführt werden und mit diesem Schraubwerkzeug, das in den Schraubkopf 21 faßt, wird der Gewindebolzen 20 in das Gewinde 23 der axialen Bohrung 24 des Werkzeughalters 11 eingeschraubt.
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Im folgenden wird nun die Kupplungspartie beschrieben, das heißt die zwischen dem Grundhalter 10 und dem Werkzeughalter 11 wirksamen Anlageflächen und Mitnahmeelemente.
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Der Grundhalter 10 verfügt im Bereich dieser Kupplungspartie über einen Bund 28 einer relativ geringen Dicke 29, wobei dieser Bund 28 eine plane, radiale erste Anlagefläche 30 bildet. Diese erste Anlagefläche 30 arbeitet mit einer zweiten, ebenfalls radialen und planen Anlagefläche 31 des Werkzeughalters 11 zusammen.
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Um die Mitnahme zwischen Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 zu realisieren, sind die erste Anlagefläche 30 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 eine erste Bohrung 32, eine zweite Bohrung 33, eine dritte Bohrung 34 und eine vierte Bohrung 35 über einen Umfang gleichmäßig verteilt angebracht. Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, sind die Bohrungen 32 bis 35 so angeordnet, daß die erste Anlagefläche 30 im äußeren sowie im inneren Umfangsbereich wenigstens im Bereich eines dünnen Streifens durchgeht. Eine vollständige Unterbrechung dieser ersten Anlagefläche 30, beispielsweise durch eine breite Nut wie beim Stand der Technik, ist damit vermieden.
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Die Bohrungen 32 bis 35 sind als Sacklöcher mit einer Gewindebohrung im Bodenbereich ausgebildet. In die Bohrungen 32 bis 35 können Bolzen eingeschraubt werden, dies ist in Fig. 2 in der unteren Hälfte im Schnitt anhand des Beispieles der dritten Bohrung 34 dargestellt, in die ein entsprechender dritter Bolzen 40 eingeschraubt wird. Die Verschraubung am Boden der dritten Bohrung 34 bzw. am Ende des dritten Bolzens 40 ist dabei mit 41 angedeutet. Der dritte Bolzen 40 verfügt über einen dritten Kopf 42, von dem man aus Fig. 2 erkennen kann, daß er über einen größeren Umfang verfügt als ein erster Kopf 43, der zu einem Bolzen gehört, der sich in der ersten Bohrung 32 befindet. Die Bolzen 40 können aus den Bohrungen 32 bis 35 herausgeschraubt und beliebig über die Bohrungen verteilt wieder eingeschraubt werden, so daß der eine, dritte Bolzen 40 mit dem größeren, dritten Kopf 42 in einer beliebigen der vier möglichen Stellungen angeordnet werden kann.
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Im Werkzeughalter 11 sind dem entsprechend eine erste Aufnahmebohrung 50, eine zweite Aufnahmebohrung 51, eine dritte Aufnahmebohrung 52 sowie eine vierte Aufnahmebohrung 53 angeordnet. Die Aufnahmebohrungen 50 bis 53 fluchten mit entsprechenden Bohrungen 32 bis 35 des Grundhalters 10.
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Wie man aus Fig. 4 erkennt, ist eine der Aufnahmebohrungen, nämlich die dritte Aufnahmebohrung 52 mit einem etwas größeren Durchmesser versehen, so daß bei dem in der Figur dargestellten Beispiel der dritten Bohrung 40 in der dritten Bohrung 34 in die dritte Aufnahmebohrung 52 paßt. Würde man hingegen den dritten Bolzen 40 aus der dritten Bohrung 34 heraus und beispielsweise in die erste Bohrung 32 hineinschrauben, würden der Grundhalter 10 und der Werkzeughalter 11 in einer Stellung zusammengefügt werden können, bei der eines der beiden Teile gemäß Fig. 1 oder 4 um 180° in der Zeichenebene gedreht wäre. Man erkennt demnach, daß aufgrund der nur einen passenden größeren dritten Aufnahmebohrung 52 und der Vertauschungsmöglichkeit des zugehörigen dritten Bolzens 40 die Anordnung so gewählt werden kann, daß der Werkzeughalter 11 in insgesamt vier definierten Drehstellungen zum Grundhalter 10 verspannt werden kann.
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Um das Zusammenfügen des Grundhalters 10 mit dem Werkzeughalter 11 zu erleichtern, kann die eine definierte, dritte Aufnahmebohrung 52 farblich markiert sein oder es kann deren Ansenkung beispielsweise etwas vergrößert sein, wie dies in Fig. 4 mit 52 a angedeutet ist.
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Es versteht sich weiterhin, daß statt des abweichenden Durchmessers des dritten Kopfes 42 bzw. der dritten Aufnahmebohrung 52 auch andere Formabweichungen gewählt werden können, beispielsweise eine an einem Kopf angesetzte seitliche Nase und eine entsprechende Einfräsung an einer der Aufnahmebohrungen.
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Beim Zusammenfügen des erfindungsgemäßen Modular-Spannzeuges wird man nun so vorgehen, daß man beispielsweise in drei der Bohrungen 32 bis 35 drei gleiche Bolzen mit nicht abweichender Form einschraubt und alsdann den Grundhalter 10 mit dem Werkzeughalter 11 und eingespanntem Werkzeug in ein Voreinstellgerät einführt. In diesem Voreinstellgerät kann nun der radiale Fehler der Schneidkante des Werkzeuges zur Spannzeugachse bestimmt werden. Man wird nun Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 wieder voneinander trennen und eine andere Drehstellung dieser Teile zueinander einstellen, bis die optimale Drehlage zueinander gefunden ist, bei der der radiale Fehler der Schneidkante minimal ist. Man wird nun den dritten Bolzen 40 mit vergrößertem Kopf 42 in diejenige Bohrung 32 bis 35 einschrauben, die in dieser optimalen Lage der vergrößerten Aufnahmebohrung 52 gegenüberliegt. Die optimale Lage von Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 zueinander ist damit unverlierbar gekennzeichnet und kann auch bei erneutem Auseinandernehmen und Wiederzusammensetzen mühelos eingestellt werden.
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Entsprechendes gilt, wenn zwischen Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 noch ein oder mehrere Zwischenstücke mit entsprechenden Kupplungspartien eingeschaltet sind.
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In den genannten Bearbeitungszentren sind darüber hinaus oftmals auch Eigenfehler der Werkzeugmaschinen bekannt, beispielsweise radiale Spindelfehler, die sich dadurch eingestellt haben, daß zum Beispiel einmal das Werkzeug unachtsamerweise gegen eine Kante gefahren wurde und sich dadurch ein gewisser Schlag der Aufnahmespindel der Werkzeugmaschine eingestellt hat. Kennt man diesen Grundfehler der Aufnahmespindel der Werkzeugmaschine, kann die vorstehend beschriebene Prozedur auch in der Weise optimiert werden, daß durch eine definierte Einstellung der Drehlage von Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 zueinander ein definierter radialer Fehler der Schneidkante des Werkzeuges zur Spannzeugachse eingestellt wird, der gerade den Spindelfehler der Werkzeugmaschine kompensiert.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel verfügt an Grundhalter 10 und Werkzeughalter 11 über jeweils vier Bohrungen 32 bis 35 bzw. Aufnahmebohrungen 50 bis 53. Es versteht sich, daß auch eine davon abweichende Anzahl von Bohrungen bzw. Aufnahmebohrungen gewählt werden kann, beispielsweise zwei oder acht. Es versteht sich weiter, daß zur universalen Einsetzbarkeit lediglich der Grundhalter 10 mit der vollen Anzahl der Bohrungen 32 bis 35 versehen sein muß, während der Werkzeughalter 11 auch mit einer geringeren Anzahl von Aufnahmebohrungen 50 bis 53 versehen werden kann, insbesondere dann, wenn vom eingespannten Werkzeug nur geringe Kräfte ausgeübt werden, wie dies etwa bei der Oberflächen-Feinbearbeitung der Fall ist.