DE9320770U1

DE9320770U1 - Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE9320770U1
Application number: DE9320770U
Authority: DE
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Priority date: 1993-08-28
Filing date: 1993-08-28
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2003-08-29

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinschleifen

: von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken, insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit Bremsscheibentopf und ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz, bei dem eine Werkstückaufnahme um eine Werkstückaufnahme-Achse rotierend angetrieben wird und eine Schleifwerkzeugaufnahme von einer Antriebswelle um eine zur Werkstückaufnahme-Achse im wesentlichen parallele Schleifwerkzeugaufnahme-Achse rotierend angetrieben wird. - Vorbearbeitung der ringscheibenförmigen Werkstücke, insbes. der Kraftfahrzeugbremsscheiben meint im Rahmen der Erfindung, daß die Werkstücke ihre konstruktiv vorgegebene Endgeometrie, insbes. hinsichtlich der Dicke der Scheiben und der Parallelität der Scheibenflächen, durch eine spanende Bearbeitung, z.B. auf einer Drehbank, erfahren haben. Diese spanende Formgebung hat jedoch auf der Oberfläche Bearbeitungsspuren, beispielsweise spiralförmig verlaufende Bearbeitungsspuren, hinterlassen. Diese stören je nach den Anforderungen, die an die ringscheibenförmigen Werkstücke im Einsatz in funktioneller Hinsicht gestellt werden. Sie stören insbes. bei Kraftfahrzeugbremsscheiben und beeinträchtigen die Reproduzierbarkeit und Sicherheit des Bremsvorganges. Deshalb ist im allgemeinen noch eine korrigierende Feinschleifbearbeitung der vorbearbeiteten ringscheibenförmigen Werkstücke erforderlich.

Bei bekannten Maßnahmen der eingangs beschriebenen Art werden die Werkstückaufnahmen und die Schleifwerkzeugaufnahmen rotierend angetrieben, sind jedoch ansonsten starre Bauteile. Die Rotation erfolgt aus Toleranzgründen

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hinsichtlich der Lagerung der Antriebswellen, der nicht vollständigen Rundheit der Antriebswellen und der Aufspannung der Werkstücke bzw. Schleifwerkzeuge nie ohne sog. Schlag. Wellen laufen grundsätzlich, wenn auch in engen Toleranzen, unrund. Dies führt zu unkontrollierten Ungenauigkeiten an den fertig bearbeiteten Werkstücken, die hohen Qualitätsanforderungen nicht mehr genügen können.

Bei den bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ¹^ ausgeht (US 3 456 401), soll sichergestellt werden, daß die fertig geschliffenen ringscheibenförmigen Werkstücke, d.h. Bremsscheibenkränze von Kraftfahrzeugbremsscheiben, planparallele Oberflächen aufweisen. Diese bekannten Maßnahmen arbeiten mit einer Schleifwerkzeugaufnahme, auf deren Antriebswelle sich koaxial zur Achse der Antriebswelle die Gelenkkugel einer Einrichtung befindet, die als Kugelgelenk funktionieren soll. Die mit einer hülsenförmigen Nabe auf diese Antriebswelle aufgesetzte Schleifwerkzeugaufnahme faßt mit einem Ring, der eine kugelgelenkschalenförmige Ausbildung aufweist, auf der dem Werkstück abgewandten Seite unter diese Gelenkkugel. Die Schleifwerkzeugaufnahme ist von einer zentralen Schraubenfeder beaufschlagt, die den Ring mit der kugelgelenkschalenförmigen Ausbildung gegen die Gelenkkugel drückt.. Die Gelenkkugel zeigt zwei

•25 diametral einander gegenüberliegende Zapfen, die orthogonal zur Achse der Antriebswelle angeordnet und in Langlöchern der hülsenförmigen Nabe geführt sind. Auf diese Weise wird die Schleifwerkzeugaufnahme beim Schleifvorgang unter dem Einfluß der Schleifpressung gegen die Wirkung der

j 30 Schraubenfeder zurückgedrückt. Daraus resultiert, daß das Kugelgelenk beim Schleifvorgang seine Gelenkfunktion verliert: Die von dem Ring mit der kugelgelenkschalenf örmigen

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Ausbildung freiwerdende Gelenkkugel kann sich nach Maßgabe der Passung ihrer Zapfen in den Langlöchern unkontrolliert bewegen, wenn auch nur in engen Grenzen. Insoweit sitzt sie, nach Maßgabe der vorgegebenen Toleranzen, lose in der hülsenförmigen Nabe. Das Resultat dieses losen Sitzes sowie der dadurch bedingten unkontrollierten Bewegungen sind rattermarkenähnliche Strukturen aus den bei dem Schleifvorgang bearbeiteten Oberflächen. Die Nachgiebigkeit der Schleifwerkzeugaufnahme wird im Rahmen der bekannten Maßnahmen lediglich durch eine einzige, in Axialrichtung der Antriebswelle nachgiebig angeordnete Schraubenfeder bestimmt. Zur Ausbildung störender Strukturen trägt auch bei, daß das Schleifwerkzeug eine Schleifscheibe ist, die zusätzlich großflächige Unebenheiten bewirkt. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die nach den bekannten Maßnahmen bearbeiteten Werkstücke hohen Qualitätsanforderungen nicht genügen und das Verfahren insoweit verbesserungsoedürftig ist.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der auf wenig aufwendige Weise erreicht wird, daß die bearbeiteten Werkstücke in bezug auf die bearbeiteten Oberflächen auch extrem hohen Qualitätsanforderungen genügen.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung, - mit um eine Werkstückaufnahme-Achse rotierender Werkstückaufnahme und einer an einer Antriebswelle angeschlossenen, um eine zur Werkstückaufnahme-Achse im wesentlichen parallele Schleifwerkzeugaufnahme-Achse rotierenden Schleifwerkzeugaufnahme, bei der das Schleif-

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Werkzeug ein Ringwerkzeug mit ringförmigem Schleifstein ist, der beim SchleifVorgang außenseitig über den Rand des ringscheibenförmigen Werkstückes vorkragt, bei der zwischen dem Ringwerkzeug und der Stirnseite der Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme gummielastische Abstützelemente angeordnet sind, bei der die Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme an ihrer Stirnseite einen zentralen Rundzapfen aufweist, der die gummielastischen Abstützelemente durchfaßt und in einer Ausnehmung des Ringwerkzeuges mit radialem Spiel einfaßt und bei der das Ringwerkzeug ringinnenseitig unter Zwischenschaltung gummielastischer Elemente an der Stirnseite des Rundzapfens befestigt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den gummielastischen Abstützelemten zwischen dem Ringwerkzeug und der Stirnseite der Antriebswelle um eine Kreisringscheibe, die den zentralen Rundzapfen umgibt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Ringwerkzeug als Topfwerkzeug ausgeführt und topfinnenseitig zumindest eine die Ausnehmung des Ringwerkzeuges überfassende Montageplatte vorgesehen, die unter Zwischenschaltung der ebenfalls die Ausnehmung überfassenden gummielastischen Elemente an der Stirnseite des Rundzapfens befestigt ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Befestigung an dem Rundzapfen mit einer auf der Achse der Antriebswelle angeordneten Schraube. Vorzugsweise bestehen die gummielastischen Elemente dann aus einer Kreisringscheibe, die die Schraube umgibt. Gegenstand der Erfindung ist auch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Ringwerkzeug aus einem Werkzeugträger sowie dem darauf befestigten ringförmigen Schleifstein aufgebaut ist, bei der zwischen dem Werkzeugträger und der Stirnseite der Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme gummi-

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elastische Abstützelemente angeordnet sind, bei der ein zentraler Rundzapfen auf der Stirnseite der Antriebswelle die gummielastischen Abstützelemente durchfaßt und in eine Ausnehmung des Werkzeugträgers mit radialem Spiel einfaßt und bei der der Werkzeugträger mit die gummielastischen Abstützelemente durchfassenden und im radialen Abstand von dem Rundzapfen in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Befestigungselementen an der Stirnseite der Antriebswelle befestigt ist, wobei die Befestigungselemente den Werkzeugträger mit radialem Spiel durchfassen und an der Auflagerfläche zwischen Befestigungselement und Werkzeugträger jeweils gummielastische Elemente zwischengeschaltet sind. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Befestigungselementen um Schrauben und die gummielastischen Elemente sind zwischen Schraubenkopf und Werkzeugträger vorgesehen.

Es versteht sich, daß die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten gummielastischen Bauteile unter Vorspannung angeordnet sein können. Ihre Shore-Härte wird den speziellen Verhältnissen angepaßt. Durch die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten gummielastischen Bauteile in Verbindung mit dem radialen Spiel wird auf effektive Weise eine allseits elastische Nachgiebigkeit des Ringwerkzeuges erreicht. Außerdem gewährleistet die gummielastische Abstützung, daß das Ringwerkzeug bzw. die Schleifwerkzeugaufnahme im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung (US 3 456 401) nicht lose an der Antriebswelle sitzt und somit auch keine unkontrollierten Bewegungen vorkommen, die rattermarkenähnliche Strukturen auf den bearbeiteten Oberflächen erzeugen. Das Ausmaß der windschiefen Orientierung von Schleifwerkzeugaufnahme-Achse und Werkstückaufnahme-Achse wird einerseits bestimmt durch

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die Nachgiebigkeit der gummielastischen Bauteile und andererseits durch das radiale Spiel zwischen Rundzapfen und Ringwerkzeug bzw. zwischen Befestigungselementen und Werkzeugträger.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der ringförmige Schleifstein als geschlossener Schleifring ausgeführt. Der ringförmige Schleifstein kann aber auch in Form von einzelnen Schleifringabschnitten und schleifmittelfreien Abschnitten ausgeführt sein. Da nach der Lehre der Erfindung der ringförmige Schleifstein beim Schleifvorgang außenseitig über den Rand des ringscheibenförmigen Werkstückes vorsteht, erfolgt beim Aufsetzen dieses rotierenden Ringwerkzeuges auf die Oberfläche des zu schleifenden, bereits rotierenden Werkstückes ein Selbstschleifvorgang an dem Schleifstein. Daraus resultiert, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei langer Betriebszeit Ungenauigkeiten, die darauf beruhen, daß das Ringwerkzeug sich abarbeitet, nicht auftreten können.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Tatsache, daß ein besonders exaktes und funktionssicheres Feinschleifen erreicht wird, das zu hohen Oberflächenqualitäten' der bearbeiteten Werkzeuge führt, ohne daß erst durch den Feinschleifvorgang störende Strukturen erzeugt werden, wenn das Ringwerkzeug einer kugelgelenkfreien Folgesteuerung an dem zu schleifenden Werkstück unterworfen und dazu vollelastisch an die Antriebswelle der Schleifwerkzeugaufnahme angeschlossen wird. In dem Material, daß das Ringwerkzeug einer Folgesteuerung an dem zu schleifenden Werkstück unterworfen wird, kommt zum Ausdruck, daß die Oberfläche des ringscheibenförmigen Werkstückes die durch die allseits

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elastische Nachgiebigkeit mögliche Orientierung bzw. Auslenkung des Ringwerkzeuges nach Maßgabe ihrer Oberflächenungenauigkeiten vornimmt. Das Ringwerkzeug ist aufgrund der allseits elastischen Nachgiebigkeit gleichsam schwimmend gelagert und führt sich selbst an der zu schleifenden Oberfläche. Daß durch die allseits elastische Nachgiebigkeit die Werkstückaufnahme-Achse und die Schleifwerkzeugaufnahme-Achse windschief zueinander gestellt werden können, meint, daß die Schleifwerkzeugaufnahme-Achse nach Maßgabe der elastischen Nachgiebigkeit in alle Raumrichtungen bezügl. der Werkstückaufnahme-Achse schräggestellt werden kann. Windschief bedeutet, daß die Orientierungen der Schleifwerkzeugaufnahme-Achse nicht durch eine oder wenige Ebenen festgelegt werden. Erfindungsgemäß kann die Schleifwerkzeugaufnahme-Achse bezügl. der Achse der Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme beliebig auf Kegelmantelflächen angeordnet sein, wobei der maximale Winkel zwischen Kegelmantel und der Achse der Antriebswelle durch das Ausmaß der elastischen Nachgiebigkeit bestimmt wird.

Insoweit ist die Anzahl der Nachgiebigkeits- bzw. Beweglichkeitsfreiheitsgrade der Schleifwerkzeugaufnahme im Vergleich zu den bekannten Maßnahmen beachtlich erhöht und Zwänge, die zur Erzeugung störender Strukturen beim •Feinschleifvorgang führen können, werden vermieden. Dadurch, daß das Ringwerkzeug allseits elastisch nachgiebig an die Antriebswelle der Schleifwerkzeugaufnahme angeschlossen ist, werden ein loser Sitz des Ringwerkzeuges und damit verbundene unkontrollierte Bewegungen sowie resultierende rattermarkenähnliche Strukturen auf den bearbeiteten Oberflächen auf effektive Weise verhindert. Positiv auf die Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche wirkt sich auch aus, daß das Schleifwerkzeug keine vollflächige Schleif-

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scheibe ist, sondern ein Ringwerkzeug mit ringförmigem Schleifstein, nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein Topfwerkzeug. Durch die allseits elastische Nachgiebigkeit des Ringwerkzeuges wird außerdem erreicht, daß eine Abnutzung der Schleiffläche des Schleifsteins nur relativ langsam stattfindet und das Verfahren somit eine relativ lange Standzeit des Schleifwerkzeuges gewährleistet. Soweit das Ringwerkzeug über das Werkstück vorkragt, erfolgt auch ein Selbstschärfen des Ringwerkzeuges.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ausschnittsweise einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken 1, insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit Bremsscheibentopf 2 und ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz 3. Ein Werkstück 1 wird in einer nicht dargestellten, um eine Werkstückaufnahme-Achse rotierenden Werkstückaufnahme gehalten. Eine Schleifwerkzeugaufnahme 4 wird von einer Antriebswelle 5 um eine zur Werkstückaufnahme-Achse im wesentlichen parallele Schleifwerkzeugaufnahme-Achse rotierend angetrieben. Als Schleifwerkzeug ist ein Ringwerkzeug 6 mit ringförmigem Schleifstein 7 eingesetzt, nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung und dem Aus-

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f ührungsbeispiel nach Fig. 1 ein Topf werkzeug. Der ringförmige Schleifstein steht beim Schleifvorgang außenseitig über den Rand des ringscheibenförmigen Werkstückes vor.

Bei dem mit den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen durchgeführten Bearbeitungen wird das Ringwerkzeug 6 einer kugelgelenkfreien Folgesteuerung an dem zu schleifenden Werkstück 1 unterworfen und dazu allseits elastisch nachgiebig an die Antriebswelle 5 der Schleif-Werkzeugaufnahme 4 so angeschlossen, daß die Werkstückaufnahme-Achse und die Schleifwerkzeugaufnahme-Achse durch die Folgesteuerung windschief zueinander gestellt werden können. In der Fig. 1 ist eine mögliche Orientierung der Schleifwerkzeugaufnahme-Achse gestrichelt angedeutet. Bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind hierzu im einzelnen die folgenden Maßnahmen verwirklicht:

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwischen dem Ringwerkzeug 6 und der Stirnseite der Antriebswelle 5 für die Schleifwerkzeugaufnahme 4 gummielastische Abstützelemente 8 angeordnet. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel bestehen diese gummielastischen Abstützelemente 8 aus einer Kreisringscheibe. Die Antriebswelle 5 für die Schleifwerkzeugaufnahme 4 weist an ihrer Stirnseite einen zentralen Rundzapfen 9 auf, der die gummielastischen Abstützelemente 8, im Ausführungsbeispiel die Kreisringscheibe, durchfaßt und in einer Ausnehmung 10 des , Ringwerkzeuges 6 mit radialem Spiel einfaßt. Zweckmäßiger- : weise und im Ausführungsbeispiel ist ein radiales Spiel auch zwischen den gummielastischen Abstützelemtenten 8 und dem Rundzapfen 9 eingerichtet. Das Ringwerkzeug 6 ist ringinnenseitig unter Zwischenschaltung gummielastischer

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Elemente 11 an der Stirnseite des Rundzapfens 9 befestigt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung und dem Ausführungsbeispiel ist das Ringwerkzeug als Topfwerkzeug ausgeführt und topfinnenseitig zumindest eine die Ausdehnung 10 des Ringwerkzeuges 6 überfassende Montageplatte 12 vorgesehen- Die Montageplatte 12 ist unter Zwischenschaltung der ebenfalls die Ausnehmung 10 überfassenden gummielastischen Elemente, an der Stirnseite des Rundzapfens 9 befestigt. Im Ausführungsbeispiel bestehen die gummielastischen Elemente 11 aus einer Montagegummischeibe, die vorzugsweise den gleichen Durchmesser hat wie die Montageplatte 12. Im Ausführungsbeispiel ist die Montageplatte 12 mit Hilfe einer Schraube 13 an der Stirnseite des Rundzapfens 9 befestigt.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ringwerkzeug 6 aus einem Werkzeugträger 14 sowie dem darauf befestigten ringförmigen Schleifstein 7 aufgebaut. Zwischen dem Werkzeugträger 14 und der Stirnseite der Antriebswelle 5 sind gummielastische Abstützelemente 8, vorzugsweise in Form einer Kreisringscheibe, vorgesehen. Ein zentraler Rundzapfen 9 auf der Stirnseite der Antriebswelle 5 durchfaßt die gummielastischen Abstützelemente 8 und faßt in eine Ausnehmung 10 des Werkzeugträgers 14 mit radialem Spiel ein. Der Werkzeugträger 14 ist im Ausführungsbeispiel mit Schrauben 15, die die gummielastischen Abstützelemente 8 durchfassen und in radialem Abstand von dem Rundzapfen 9 in regelmäßigen Winkelabständen in dem Werkzeugträger 14 angeordnet sind, an der Stirnseite der Antriebswelle 5 befestigt. Im Ausführungsbeispiel ist der Werkzeugträger 14 mit drei, jeweils um 12 0° versetzt angeordneten Schrauben

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15 an der Stirnseite der Antriebswelle 5 befestigt . Die Schrauben 15 durchfassen den Werkzeugträger 14 jeweils mit radialem Spiel. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel ist auch ein radiales Spiel zwischen den gummielastischen Abstützelementen 8 und den Schrauben 15 eingerichtet. Zwischen den Schraubenköpfen 16 und dem Werkzeugträger 14 sind jeweils gummielastische Elemente 17 angeordnet.

Claims

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken (1), insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit Bremsscheibentopf (2) und ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz (3), - mit
5

um eine Werkstückaufnahme-Achse rotierender Werkstückaufnahme und einer an einer Antriebswelle (5) angeschlossenen, um eine zur Werkstückaufnahme-Achse im wesentlichen parallele Schleifwerkzeugaufnahme-Achse rotierende Schleifwerkzeugaufnahme (4),

bei der das Schleifwerkzeug ein Ringwerkzeug (6) mit ringförmigem Schleifstein (7) ist, der beim SchleifVorgang außenseitig über den Rand des ringscheibenförmigen Werk-Stückes (1) vorkragt,

bei der zwischen dem Ringwerkzeug (6) und der Stirnseite der Antriebswelle (5) für die Schleifwerkzeugaufnahme (4) gummielastische Abstützelemente (8) angeordnet sind,

bei der die Antriebswelle (5) für die Schleifwerkzeugaufnahme (4) an ihrer Stirnseite einen zentralen Rundzapfen (9) aufweist, der die gummielastischen Abstützelemente (8) durchfaßt und in einer Ausnehmung (1) des Ringwerkzeuges &igr; (6) mit radialem Spiel einfaßt,

' und bei der das Ringwerkzeug (6) ringinnenseitig unter Zwischenschaltung gummielastischer Elemente (11) an der Stirnseite des Rundzapfens (9) befestigt ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ringwerkzeug (6) als Topfwerkzeug ausgeführt ist und topfinnenseitig zumindest eine die Ausnehmung (10) des Ringwerkzeuges (6) überfassende Montageplatte (12) vorgesehen ist, die unter Zwischenschaltung der ebenfalls die Ausnehmung (10) überfassenden gummielastischen Elemente (11) an der Stirnseite des Rundzapfens (9) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der ringförmige Schleifstein (7) als geschlossener Schleifring ausgeführt ist.

4. Feinschleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, bei der der ringförmige Schleifstein (7) in Form von einzelnen Schleifringabschnitten und schleifmittelfreien Abschnitten ausgeführt ist.