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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein drehbares Werkzeug, das
eine austauschbare Spitze an dem spanabhebenden, freien Ende des Werkzeuges
hat, wobei das Werkzeug außerdem
einen Werkzeugkörper
aufweist, der einen Schneidensitz hat, in welchem die Spitze aufgenommen
werden soll, wobei der Werkzeugkörper
schraubenförmig umlaufende
oder gerade Spankanäle
bzw. Spannute aufweist, die Spitze Teile oder Elemente für die spanabhebende
Bearbeitung hat und der Schneidensitz und die austauschbare Spitze
wechselseitig zusammenwirkende Halterungsflächen aufweisen, die sich sowohl
in Längsrichtung
des Werkzeuges als auch quer zur Längsrichtung des Werkzeuges
erstrecken, wobei der Schneidensitz und die austauschbare Spitze
wechselseitig zusammenwirkende Führungsflächen haben,
die bezüglich
einer Längsmittelachse des
Werkzeuges rotationssymmetrisch sind. Vorzugsweise ist das Werkzeug
ein Bohrer oder ein Fräser.
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Die
Erfindung bezieht sich auch getrennt auf die Spitze.
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Stand der Technik
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Ein
Werkzeug in Form eines Bohrers der oben beschriebenen Art ist von
dem Hersteller Gühring
bereits bekannt, wobei die Bohrerspitze in dem Schneidensitz mit
Hilfe von zwei Schrauben befestigt bzw. angeklemmt ist. Eine der
Schrauben ist eine Anschlagschraube, deren Position beim Hersteller
festgelegt wird, während
die zweite eine Befestigungsschraube ist, die manuell in Verbindung
mit der Bohrerspitze angezogen wird, wenn diese in dem Schneidensitz
montiert ist. Die Befestigungsschraube ist mit einer konischen Spitze
versehen, um die lose Bohrerspitze in axialer Richtung des Werkzeuges
festzuklemmen. Der Schneidensitz hat parallele Seitenflächen.
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Ziel und Merkmale der Erfindung
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Ein
Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkzeug
der oben beschriebenen Art bereitzustellen, wobei die austauschbare
Spitze im Schneidensitz des Werkzeugkörpers in einer einfachen und
benutzerfreundlichen Art und Weise montiert ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das
Werkzeug bezüglich
der auf das Werkzeug wirkenden Kräfte ausgeglichen bzw. ausbalanciert
sein sollte.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die
Schneidkräfte
in Richtung des Zentrums wirken und den Schneideinsatz festklemmen
sollten.
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Zumindest
das Hauptziel der vorliegenden Erfindung wird verwirklicht mit Hilfe
eines Werkzeuges und einer Spitze, welche die in den nachfolgenden
unabhängigen
Ansprüchen
definierten Merkmale haben.
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Weitere Erläuterung
des Standes der Technik
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Die
US 6 059 492 offenbart ein
drehbares Werkzeug, welches an dem spanabhebenden, freien Ende des
Werkzeuges eine austauschbare Spitze hat und ebenso einen Werkzeugkörper hat,
welcher einen Schneidensitz hat, in welchem die Spitze aufgenommen
werden soll. Der Werkzeugkörper
hat schraubenförmig
umlaufende oder gerade verlaufende Spankanäle bzw. Spannuten, die Spitze
hat Teile für
die spanabhebende Bearbeitung und der Schneidensitz und die austauschbare
Spitze haben wechselseitig zusammenwirkende Halterungsflächen, die sich
sowohl in Längsrichtung
des Werkzeuges als auch quer zur Längsrichtung des Werkzeuges
erstrecken. Der Schneidensitz und die austauschbare Spitze haben
wechselseitig zusammenwirkende Führungsflächen, die
bezüglich
der Längsachse
des Werkzeuges rotationssymmetrisch sind, ebenso wie Teile zum Klemmen
bzw. Fixieren der austauschbaren Spitze in axialer Richtung des
Werkzeuges, wenn diese Spitze in dem Schneidensitz montiert ist.
Ein Verriegelungs- bzw. Fixierstift ist federnd nachgiebig in dem
Werkzeugkörper
montiert, so dass dann, wenn die austauschbare Spitze in ihre Position
in dem Schneidensitz, und die Halterungsfläche verdreht und mit der Halterungsfläche in Kontakt
gebracht wird, der Verriegelungsstift in eine Aufnahme eintritt
und die Spitze in ihrer Position verriegelt.
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Die
DE 196 05 157 offenbart
ein drehbares Werkzeug mit einer Bohrung mit Innengewinde in einem
Werkzeugkörper,
einem Kegelstumpf in einer austauschbaren Spitze und einer Schraube,
die durch die Bohrung und den Konus angebracht wird.
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Im
Gegensatz zu der Lehre der
US
6059492 und der
DE
19605157 hat die Verriegelungsschraube der vorliegenden
Erfindung eine doppelte Funktion, d. h. sie verriegelt nicht nur
die Spitze an der erforderlichen Stelle, sondern verdreht auch und
zuvor die Spitze in die erforderliche Position, in welcher die zusammenwirkenden
Halterungsflächen
der austauschbaren Spitze und des Einsatzsitzes die Spitze in axialer
Richtung sichern. Dadurch bilden die Halterungsflächen einen
spitzen Winkel bezüglich
der Längsmittelachse
des Werkzeuges.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
eines Bohrers und einer Bohrerspitze gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird,
von welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Bohrers gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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2 eine
perspektivische Ansicht, schräg von
oben, des Schneidensitzes in dem Bohrerkörper zeigt, wobei eine austauschbare
Bohrerspitze in dem Schneidensitz aufgenommen werden soll,
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3 ebenfalls
eine perspektivische Ansicht des Schneidensitzes in dem Bohrerkörper gemäß 2 und
schräg
von oben zeigt, wobei der Schneidensitz in 3 stärker in
Richtung von einer Stirnseite her als in 2 dargestellt
ist,
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4 eine
Seitenansicht des Schneidensitzes in dem Bohrerkörper zeigt,
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5 eine
perspektivische Ansicht der austauschbaren Bohrerspitze gemäß der vorliegenden Erfindung
schräg
von oben zeigt, und
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6 eine
Ansicht der austauschbaren Bohrerspitze nach 5 von unten
zeigt.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht von der Seite des Bohrerkörpers, wobei
die austauschbare Spitze in dem Schneidensitz montiert ist,
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8 zeigt
eine ebene Draufsicht auf eine Zusammenbaustufe der austauschbaren
Bohrerspitze, wie sie in 7 dargestellt ist,
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9 zeigt
eine Seitenansicht des Bohrers gemäß der vorliegenden Erfindung,
d. h. die austauschbare Spitze ist in dem Schneidensitz des Bohrerkörpers montiert,
und
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10 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Bohrers nach 9 schräg von oben.
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- 1
- Bohrerkörper
- 2
- Zentralachse/Rotationsachse
- 3
- Bohrerspitze
- 4
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- 5
- Schaft
- 6
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- 7
- Spankanäle bzw.
Spannuten
- 8
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- 9
- Schneidensitz
- 10
- erste
Halterungsflächen
- 11
- zentrale
Kühlleitung
- 12
- zweite
Halterungsflächen
- 13
- Freiflächen
- 14
- gekrümmte Flächen
- 15
- erste,
kreisförmig
zylindrische Führungsflächen
- 16
- Löcher bzw.
Bohrungen
- 17
- Verriegelungsschraube
- 18
- Schneidkanten
- 19
- Schneidspitze
- 20
- dritte
Halterungsfläche
- 21
- vierte
Halterungsfläche
- 22
- zweite,
kreisförmig
zylindrische Oberflächen
- 23
- Stopp-
bzw. Anschlagfläche
- 24
- zweite
Kühlleitung
- 25
- dritte
Kühlleitung
- 26
- Spanfreifläche
- 27
- Spanfreifläche
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Genaue Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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Der
Bohrer gemäß der Erfindung,
welcher in 1 dargestellt ist, weist einen
Bohrerkörper 1 und eine
austauschbare Bohrerspritze 3 auf. Der Bohrerkörper 1 ist
mit einem Schaft 5 versehen und schraubenförmige Spannuten 7 sind
in dem Teil des Bohrerkörpers 1 angeordnet,
der zwischen dem Schaft 5 und der austauschbaren Spitze 3 liegt.
Der Schaft 5 ist dafür
vorgesehen, in einem Halteteil bzw. Halter in einer Werkzeugmaschine
aufgenommen zu werden. Die Vorderfläche des Bohrerkörpers 1,
d. h. die Fläche,
an welcher die Bohrerspitze 3 montiert wird, ist im Wesentlichen
konisch.
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In
den 2–4 ist
ein Schneidensitz 9 in dem Bohrerkörper 1 etwas genauer
dargestellt, wobei der Schneidensitz 9 an dem Ende des
Bohrerkörpers 1 angeordnet
ist, welches von dem Schaft 5 abgewandt ist. Der Schneidensitz 9 des
Bohrerkörpers 1 weist
eine Mehrzahl verschiedener Flächen
auf, die miteinander zusammenwirken sollten, um eine zufriedenstellende
Halterung bzw. Befestigung für
die austauschbare Spitze in optimaler Weise zu ergeben, wenn diese
in dem Schneidensitz montiert ist. Der Schneidensitz 9 weist
demnach zwei innere, erste Halterungsflächen 10 für die austauschbare
Bohrerspitze 3 auf, wobei die ersten Halterungsflächen 10 sich
quer zur Längsrichtung
des Bohrers erstrecken. Die ersten Halterungsflächen 10 sind bezüglich einer zentralen
Kühlleitung 11 des
Bohrerkörpers 1 diametral
gegenüberliegend
angeordnet. Radial nach außen
sind die ersten Halterungsflächen 10 durch
die Spannuten 7 begrenzt.
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Weiterhin
weist der Schneidensitz 9 innere, zweite Halterungsflächen 12 für die austauschbare Bohrerspitze 3 auf,
wobei die zweiten Halterungsflächen 12 einen
Winkel von näherungsweise
5° mit der Rotationsachse
des Bohrers einschließen,
die außerdem
eine Längsmittelachse 2 für den Bohrer
und für die
austauschbare Spitze 3 bildet. Wie man am deutlichsten
in 4 erkennt, ist die zweite Halterungsfläche in Richtung
des offenen Endes des Schneidensitzes 9 einwärts in Richtung
der Drehachse 2 geneigt. Die Funktion der zweiten Halterungsfläche 12 wird unten
noch genauer beschrieben. Eine Freifläche 13 liegt radial
innerhalb jeder der zweiten Halterungsflächen 12, wobei nicht
vorgesehen ist, dass die Freifläche 13 an
der austauschbaren Bohrerspitze 3 anliegen sollte, wenn
diese korrekt in dem Schneidensitz 9 montiert ist, welcher
damit zwei Freiflächen 13 hat, die
bezüglich
der zentralen Kühlleitung 11 diametral gegenüberliegend
angeordnet sind. Die Freiflächen 13 sind
bezüglich
der jeweiligen zweiten Halterungsfläche 12 in Richtung
weg vom Zentrum des Bohrers etwas parallel verschoben.
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Weiterhin
weist der Schneidensitz 9 zwei gekrümmte Flächen 14 auf, die sich
in radialer Richtung erstrecken und welche einerseits die Flächen 12 und 13 und
andererseits die Fläche 10 überbrücken. Die gekrümmten Flächen 14 sollen
nicht an der austauschbaren Bohrerspitze 3 anliegen, wenn
diese in dem Schneidensitz montiert ist.
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Weiterhin
weist der Schneidensitz 9 zwei innere, erste kreisförmig zylindrische
Führungsflächen 15 auf,
die bezüglich
der zentralen Kühlleitung 11 diametral
gegenüberliegend
angeordnet sind. Die inneren, ersten kreisförmig zylindrischen Führungsflächen 15 schließen an die
Freiflächen 13 an.
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Der
Bohrerkörper 1 hat
eine Bohrung 16, die sich in Richtung des Zentrums des
Bohrerkörpers 1 erstreckt,
wobei diese Bohrung sich von der Außenseite des Bohrerkörpers 1 aus
erstreckt und eine der inneren, ersten, kreisförmig zylindrischen Führungsflächen 15 schneidet.
Die sich radial erstreckende Bohrung 16 soll eine Sicherungsschraube 17 aufnehmen,
die in 5 zusammen mit der austauschbaren Bohrerspitze 3 schematisch
dargestellt ist. Die Bohrung 16 sollte ein Innengewinde
aufweisen, während die
Sicherungsschraube 17 ein Außengewinde hat.
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Die
austauschbare Bohrerspitze 3 ist in den 5 und 6 dargestellt,
wobei die Bohrerspitze eine im Wesentlichen längliche Form hat, die in den Schneidensitz 9 passt.
Spanabhebende Teile bzw. Elemente in Form zweier Schneidkanten 18 sind
am freien Ende der austauschbaren Bohrerspitze 3 angeordnet,
wenn diese sich in dem im Schneidensitz 9 montierten Zustand
befindet, wobei sich jedes dieser Teile von gegenüberliegenden
kurzen Seiten der austauschbaren Bohrerspitze 3 zu einer
Schneidspitze 19 der austauschbaren Bohrerspitze 3 erstrecken.
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Die
austauschbare Bohrerspitze 3 hat eine durchgehende, externe,
dritte Halterungsfläche 20, siehe 6,
welche auf der Seite der austauschbaren Bohrerspitze 3 liegt,
die von den Schneidkanten 18 abgewandt ist, um mit den
inneren, ersten Halterungsflächen 10 des
Schneidensitzes 9 zusammenzuwirken.
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Die
austauschbare Bohrerspitze hat auch zwei äußere, vierte Halterungsflächen 21,
welche im montierten Zustand der austauschbaren Bohrerspitze 3 in
Anlage an die inneren, zweiten Halterungsflächen 12 des Schneidensitzes 9 kommen
sollen. Die äußeren, vierten
Halterungsflächen 21 haben
in dieser Verbindung in dem montierten Zustand der austauschbaren
Bohrerspitze 3 eine entsprechende Neigung wie die inneren,
zweiten Halterungsflächen 12 bezüglich der
Längsmittelachse 2 des
Bohrers. In der dargestellten Ausführungsform beträgt diese
Neigung näherungsweise
5°.
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Für das Zusammenwirken
mit den inneren, ersten kreisförmigen
zylindrischen Führungsflächen 15 hat
die austauschbare Bohrerspitze 3 zwei äußere, zweite kreisförmige zylindrische
Führungsflächen 22,
welche im montierten Zustand der austauschbaren Bohrerspitze 3 in
dem Schneidensitz 9 zusammenwirken mit den inneren, ersten
kreisförmig
zylindrischen Führungsflächen 15 kommen.
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Die
austauschbare Bohrerspitze 3 hat außerdem eine Anschlagfläche 23 für das Ende
der Sicherungsschraube 17, welche an der austauschbaren Bohrerspitze 3 zur
Anlage kommt, wenn dieselbe im Schneidensitz 9 festgeklemmt
ist. Die Kraftlinie bzw. Kraftverlauf der Sicherungsschraube 17 liegt
außerhalb
bzw. neben der Längsmittelachse 2 des
Bohrers, um eine Drehung der austauschbaren Bohrerspitze 3 zu
gewährleisten,
wenn dieselbe in dem Schneidensitz 9 montiert ist, siehe
unten. Zweckmäßigerweise
bildet die Kraftlinie bzw. Richtung der Kraft der Sicherungsschraube 17 einen
Winkel von etwa 30° mit
einem Radius, der sich durch die Mittelachse 2 und durch
das Zentrum der Bohrung 16 erstreckt, wo die Bohrung 16 die
Peripherie des Bohrerkörpers 1 schneidet.
In Verbindung mit den äußeren, zweiten
kreisförmig
zylindrischen Flächen 22 der austauschbaren
Bohrerspitze 3 sind äußere zweite und
dritte Kühlkanäle 24 und 25 angeordnet,
wobei die Kühlleitung 24,
die auf derselben Seite wie die Sicherungsschraube 17 liegt,
neben der Sicherungsschraube 17 gegenüber der Kühlleitung 25 eine
vergrößerte Tiefe
hat.
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Die
austauschbare Bohrerspitze 3 hat auch Spanfreiflächen 26, 27 in
Verbindung mit den Schneidkanten 18 und der Bohrerspitze 19.
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Bei
der Montage der austauschbaren Bohrerspitze 3 in dem Schneidensitz 9 wird
die austauschbare Bohrerspitze 3 in dem Schneidensitz 9 in der
in den 7 und 8 dargestellten Weise festgeklemmt,
d. h. die äußere, dritte
Halterungsfläche 20 der
austauschbaren Bohrerspitze 3 liegt an den inneren, ersten
Halterungsflächen 10 des
Schneidensitzes 9 an. In diesem Zusammenhang muss eine
gewisse Toleranz zwischen den inneren, ersten kreisförmig zylindrischen
Führungsflächen 15 des
Schneidensitzes und den äußeren, zweiten
kreisförmig
zylindrischen Führungsflächen 22 der
austauschbaren Bohrerspitze 3 vorliegen. Wie man am deutlichsten
in 7 erkennt, ist die austauschbare Bohrerspitze 3 während des
Anfangsstadiums der Montage noch nicht in ihre endgültige Position
gedreht, sondern es gibt ein gewisses Spiel zwischen den inneren,
zweiten Halterungsflächen 12 des
Schneidensitzes 9 und den äußeren, vierten Halterungsflächen 21 der
austauschbaren Bohrerspitze 3. Beim Drehen der austauschbaren
Bohrerspitze 3 in 8 im Uhrzeigersinn
kommen die äußeren, vierten
Halterungsflächen 21 in
Anlage mit den entsprechenden inneren, zweiten Halterungsflächen 12.
Das Drehen kann entweder manuell erfolgen oder dadurch, dass die
Sicherungsschraube 17 auf die Anschlagfläche bzw. Stoppfläche 23 der
austauschbaren Bohrerspitze 3 einwirkt. In dem Fall, in
welchem ein manuelles Drehen verwendet wird, muss ein anschließender Festziehvorgang
mit der Sicherungsschraube 17 erfolgen, um sicherzustellen,
dass eine ausreichende Anlage zwischen den inneren, zweiten Halterungsflächen 12 und
den entsprechenden äußeren, vierten Halterungsflächen 21 bereitgestellt
wurde. Es ist vorteilhaft, wenn die inneren, zweiten Halterungsflächen 12 in
radialer Richtung soweit weg wie möglich von dem Zentrum des Bohrerkörpers 1 angeordnet
sind. Auf diese Weise erhält
man ein besseres Drehmoment für
die Halterungsfläche,
durch welches die inneren, zweiten Halterungsflächen 12 die betreffenden äußeren, vierten
Halterungsflächen 21 der
austauschbaren Bohrerspitze 3 beeinflussen.
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Beim
Drehen der austauschbaren Bohrerspitze in 8 im Uhrzeigersinn
haben auch die inneren, ersten kreisförmig zylindrischen Führungsflächen 15 eine
Führungswirkung
zusammen mit den entsprechenden äußeren, zweiten
kreisförmig
zylindrischen Führungsflächen 22,
d. h. die austauschbare Bohrerspitze 3 dreht sich bezüglich der
Längsmittelachse 2 des
Bohrers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beim
Bohren mit dem Bohrer gemäß der vorliegenden
Erfindung wirken die Schneidkräfte
in der Weise auf die austauschbare Bohrerspitze ein, dass dieselbe
gegen die inneren, zweiten Halterungsflächen 12 gedrückt wird.
Wenn das Bohren begonnen hat, stellen die Schneidkräfte ein
Klemmen und Zentrieren der austauschbaren Bohrerspitze 3 im Schneidensitz 9 bereit
und zwar einerseits durch Zusammenwirken der Halterungsflächen 12 und 21 und andererseits
der Führungsflächen 15 und 22.
In diesem Stadium hat die Sicherungsschraube 17 im Prinzip
keine Bedeutung für
das Festklemmen bzw. Festhalten der austauschbaren Bohrerspitze 3 in
dem Schneidensitz 9.
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In
diesem Zusammenhang sollte festgestellt werden, dass in dem Stadium,
in welchem die austauschbare Bohrerspitze 3 in dem Schneidensitz 9 montiert
ist, es im Prinzip keinen Kontakt zwischen der austauschbaren Bohrerspitze 3 und
den Freiflächen 13 oder
den radialen, gekrümmten
Flächen 14 gibt.
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Die
austauschbare Bohrerspitze gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorzugsweise aus Sintercarbid hergestellt, welches
in einem ersten Schritt gesintert wird. Anschließend wird ein Schleifen der
Geometrie der austauschbaren Bohrerspitze 3 in einer Geometrieschleifeinspannung
mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
Vorzugsweise werden die äußeren, vierten
Halterungsflächen 21 und
die äußeren zweiten
kreisförmig
zylindrischen Führungsflächen 22 gesintert,
während
mit den Schneidkanten 18, der Spitze 19 und der äußeren dritten
Halterungsfläche 20 nur
ein Schleifen durchgeführt
wird.
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Wenn
eine austauschbare Bohrerspitze 3 verbraucht bzw. verschlissen
ist, wird die Sicherungsschraube 17 gelöst und es wird eine neue, austauschbare
Bohrerspitze 3 in dem Schneidensitz 9 montiert.
Allgemein gilt für
das Werkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung, dass die Spitze aus Sintercarbid, Keramik oder einem
anderen vergleichsweise harten Material hergestellt wird. Der Bohrerkörper ist aus
einem vergleichsweise weicheren Material, vorzugsweise aus Stahl,
hergestellt.
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Das
Werkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung soll vorzugsweise für
die spanabhebende Bearbeitung von Metall vorgesehen sein, jedoch
ist es auch durchaus möglich,
das Werkzeug auch für andere
Materialien zu verwenden, mit welchen das Werkzeug arbeitet.
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Vorstellbare Modifikationen
der Erfindung
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform sind
die Führungsflächen 15 und 22 kreisförmig zylindrisch,
während
die Halterungsflächen 12 und 21 unter
einem gewissen Winkel bezüglich
der Längsmittelachse 2 des
Bohrers geneigt sind.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass
die Führungsflächen 15 und 22 bezüglich der
Längsmittelachse
des Bohrers leicht konisch sind, während die Halterungsflächen 12 und 21 eine
Erstreckung parallel zu der Längsmittelachse 2 des
Bohrers haben. Dann würde
das Zusammenwirken der konischen Führungsflächen 15 und 22 die
austauschbare Bohrerspitze 3 in axialer Richtung festklemmen.
In diesem Fall liegt der Konuswinkel zweckmäßigerweise in der Größenordnung
von 10°.
Generell gilt für
die Führungsflächen 15 und 22,
dass sie bezüglich
der Längsmittelachse 2 des
Bohrers rotationssymmetrisch sein sollten.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform haben
die Halterungsflächen 12 und 21 eine
Neigung bezüglich
der Längsmittelachse
des Bohrers von näherungsweise
5°. Die
Größe dieses
Neigungswinkels kann jedoch innerhalb des Rahmens bzw. Schutzumfanges
der vorliegenden Erfindung variiert werden, zu welcher in beispielhafter
und nicht beschränkender
Zielangabe erwähnt
werden kann, dass der Winkel größer als
0° und kleiner
als 10° sein
sollte und vorzugsweise zwischen 2° und 8° liegen sollte. Der in Rede
stehende Winkel muss ein spitzer Winkel sein. Das gleiche gilt auch
für den
Fall, in welchem die zusammenwirkenden Führungsflächen des Schneidsitzes bzw.
der austauschbaren Bohrerspitze konisch ausgebildet sind, wobei
in diesem Fall der Konuswinkel größer als 5° und kleiner als 15° sein sollte.