EP1506838B1 - Werkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten von Lagerstellen von Wellen - Google Patents

Werkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten von Lagerstellen von Wellen Download PDF

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EP1506838B1
EP1506838B1 EP03400046A EP03400046A EP1506838B1 EP 1506838 B1 EP1506838 B1 EP 1506838B1 EP 03400046 A EP03400046 A EP 03400046A EP 03400046 A EP03400046 A EP 03400046A EP 1506838 B1 EP1506838 B1 EP 1506838B1
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    • B24B9/02—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/04—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of metal, e.g. skate blades

Definitions

  • the invention relates to a tool for machining bearing points of shafts, in particular camshafts, with the features of the preamble of claim 1.
  • Such Tool is known from US-B-6,431,954.
  • the invention is therefore based on the object, a tool to prepare for machining, with which the Wave can be processed faster, with the machine Effort should be low.
  • the tool according to the invention can thus simultaneously the bearings machined and the cams or sealing seats be deburred.
  • the workpiece does not have to be in one special, intended for deburring Used processing device and this removed again become.
  • the processing element with which the Bearing is processed, and the deburring tool, with in which the cams and sealing seats are deburred at one be provided common tool or on a Processing tongs can be arranged, which are the shaft between them receives.
  • the tool according to the invention is for everyone Wave types usable. The following is mainly on Camshaft reference, but this is not should be understood restrictive.
  • the deburring tool In order to decouple the movements of the deburring tool, which oscillates together with the shaft in the axial direction is moved from the processing element in a simple manner realize, the deburring tool is on an axis parallel to Wave slidable slide attached. This sled performs the same movements as the wave and is in Tool holder slidably mounted.
  • the Tool holders can mutually each other attack opposite to the shaft.
  • the Machining element a grinding wheel, a finish element, e.g. a finishing stone or a finishing tape in particular with a contact shoe, his.
  • the burr already be removed when grinding the bearings or a degree caused by the grinding can occur during subsequent machining process, that is, when finishing be removed from the storage.
  • the deburring tool at least one radially to the shaft having aligned deburring, the at the front side abuts the shaft portion to be deburred.
  • This Entgratfinger is at the radial approach of the tool the bearing also radial to be deburred Moved shaft section so that it at the front, from which the ridge protrudes, comes to rest. Will the wave set in rotation, then at the same time the bearing machined and the deburring finger is over the front of the Striped to be deburred shaft section. The ridge becomes thereby canceled.
  • this deposit usually between two Cam is provided is at a preferred Embodiment on both sides of the processing element respectively provided at least one deburring tool. In this way can edit two storage locations simultaneously Deburring cam or sealing seats. It is also conceivable that all lugs and collars are deburred simultaneously.
  • a camshaft is usually two Having provided at their ends sealing seats over which the Camshaft by means of two shaft seals to the outside is sealed.
  • a processing element designed as a finish element provided that the machining element and the Deburring tool in the axial direction next to each other.
  • the direction of rotation can change the machining element by an angle of be arranged offset up to 90 ° to the deburring tool.
  • the tool holder In the tool holder according to the invention is at least one Deburring tool carrying carriage slidably mounted. This slide is guided on guide thorns and by a Pressurized spring so that it is against the force of Spring can be moved out of its rest position.
  • FIG. 1 shows a total of 10 Processing pliers with two to each pivot bearing 12 or 14 pivotally mounted pivoting arms 16 and 18, at their free ends are each provided with a tool 20, and between them include a shaft 22 to be machined.
  • the two pivot arms 16 and 18 are pressurized, so that processing shoes 24 a finishing belt 26 with a predetermined pressure on a bearing to be machined bearing 28 of Press shaft 22.
  • the Finishing tape 26 is the Finishing tape 26, as is well known, by a predetermined Distance traveled in the direction of arrow 30 on.
  • the tool 20 has, as seen in Figure 2, a Tool holder 32, attached to the free end of each Swivel arm 16 and 18 is screwed by means of screws 34.
  • the machining shoe 24 which e.g. made of Vulkollan, directly on the tool holder 32 set and thus on the pivot arms 16 and 18 in Axial direction of the shaft 22 fixed.
  • the processing bowl can also be made of steel.
  • FIG. 3 which shows a front view of the tool 20, leaves next to the processing shoe 24 each two as Deburring fingers 42 detect deburring tools 43 formed, wherein each Entgratfinger 42 on a separate slide 44th is attached.
  • the slides 44 are in turn of the Guiding mandrels 38 penetrated so that they to this are stored displaceably.
  • This means that the carriages 44 are pressurized in this way, that the outer slide 44 axially outward and the two inner carriage 44 axially inwardly, that is in the direction of the machining shoe 24 against the force of the compression springs 50 can be moved.
  • the Entgratfinger 42 each apart.
  • FIG. 5 shows a section of the shaft 22, which with two bearings 28 is provided, to each of which a Finishing belt 26 is applied and from a processing shoe 24th is pressed.
  • each two cams 52 and 54 Located on both sides of the bearings 28 each two cams 52 and 54, at the end faces 56th and 58 each one of the Entgratfinger 42 abuts.
  • the Entgratfinger 42 a distance from each other which is smaller than the width of the cams 52 and 54, so that when sliding the Entgratfinger 42 on the cam 52nd and 54 these are pushed apart by the sledges 44 on the guide pins 38 against the force of the springs 50th be moved.
  • the sliding of the deburring fingers 42 is facilitated by the deburring fingers 42 at their free Ends have an inlet slope 60.
  • each machining shoe 24 a Support member 70 is radially opposite, which also a shoe 68 and with the also the finishing tape 26 to the opposite side of the bearing 28th is pressed, whereby the pressure forces of the pivot arms 16 and 18 are supported.
  • the tool 20 according to the invention can also without Finish machining so used only for deburring become.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten von Lagerstellen von Wellen, insbesondere Nockenwellen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solches Werkzeug ist aus der US-B-6,431,954 bekannt.
Bei Wellen ist bekannt, dass diese mehrere Lagerstellen aufweisen, mittels welchen die Welle nicht nur gelagert sondern auch gegen Durchbiegung abgestützt werden. Nockenwellen weisen neben diesen Lagerstellen in der Regel noch die Lagerstellen radial überragende Nocken oder Dichtsitze auf, die ebenfalls bearbeitet werden müssen. Diese Bearbeitung besteht in der Regel darin, dass die Oberflächen der Lagerstellen, der Nocken und Dichtsitze geschliffen und anschließend gefinisht werden. Dabei entsteht an den Nocken und an den Dichtsitzen ein in axialer Richtung abstehender Grat, der in den Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors gelangt, falls er nicht zuvor entfernt wird. Um diesen Grat zu entfernen, muss die Welle nach dem Schleifen einem weiteren Bearbeitungsschritt unterzogen werden, bei dem der Grat mittels eines speziellen Werkzeugs abgestreift wird. Dieser Bearbeitungsschritt ist zeitaufwändig, da die Welle in die entsprechende Bearbeitungsmaschine eingesetzt und dieser wieder entnommen werden muss.
Aus der US-B-6,431,954 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen und Feinstbearbeiten von Werkstücken bekannt. Das Schleifen wird mittels einer auf einer Schleifspindel angeordneten Schleifscheibe und das Feinstbearbeiten wird mittels eines Finishsteins durchgeführt, der an einer separaten Feinstbearbeitungseinheit befestigt ist. Zwar können die Arbeiten gleichzeitig durchgeführt werden, aber der maschinelle Aufwand ist relativ hoch. Auch bei der US-A-3,596,410 können mehrere Schleifarbeiten gleichzeitig durchgeführt werden, jedoch müssen hierfür die Schleifwerkzeuge eine ganz spezielle Form aufweisen, weshalb sie oft gerichtet werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten bereit zu stellen, mit dem die Welle schneller bearbeitet werden kann, wobei der maschinelle Aufwand gering sein soll.
Diese Aufgabe wird mit einem Werkzeug gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug können also gleichzeitig die Lagerstellen bearbeitet und die Nocken oder Dichtsitze entgratet werden. Das Werkstück muss also nicht mehr in eine spezielle, für das Entgraten vorgesehene Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt und dieser wieder entnommen werden. Dabei kann das Bearbeitungselement, mit dem die Lagerstelle bearbeitet wird, und das Entgratwerkzeug, mit welchem die Nocken und Dichtsitze entgratet werden, an einem gemeinsamen Werkzeug vorgesehen sein oder an einer Bearbeitungszange angeordnet sein, die die Welle zwischen sich aufnimmt. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist für alle Wellentypen verwendbar. Nachfolgend wird hauptsächlich auf Nockenwellen Bezug genommen, wobei dies aber nicht einschränkend verstanden werden soll.
Um die Entkopplung der Bewegungen des Entgratwerkzeugs, welches zusammen mit der Welle in Achsrichtung oszillierend bewegt wird, vom Bearbeitungselement auf einfache Weise zu realisieren, ist das Entgratwerkzeug an einem achsparallel zur Welle verschieblichen Schlitten befestigt. Dieser Schlitten vollzieht die gleichen Bewegungen wie die Welle und ist im Werkzeughalter verschieblich gelagert.
Um die Anlage des Entgratfingers an der Stirnseite des zu entgratenden Wellenabschnitts auch bei hochfrequenten Oszillationsschwingungen zu gewährleisten, ist der Schlitten in Richtung des zu entgratenden Wellenabschnitts federkraftbeaufschlagt. Dies kann durch eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Feder erfolgen. Dadurch wird auch genügend Druck auf den Grat ausgeübt, so dass dieser mit Sicherheit von der Stirnseite abgestreift wird.
Um an einer Welle mehrere Lagerstellen und entsprechend viele Nocken bzw. Dichtsitze bearbeiten bzw. entgraten zu können, sind das Bearbeitungselement und das Entgratwerkzeug am gleichen Werkzeughalter vorgesehen, sodass jeweils mit einem der Werkzeughalter ein Lagerelement gefinisht und eine oder mehrere Nocken bzw. Dichtsitze entgratet werden können, wobei die axial benachbarte Lagerstelle und die entsprechenden Nocken und Dichtsitze mit den Werkzeugen des nächsten Werkzeughalters bearbeitet bzw. entgratet werden. Die Werkzeughalter können dabei wechselseitig einander gegenüberliegend an der Welle angreifen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Bearbeitungselement eine Schleifscheibe, ein Finishelement, z.B. ein Finishstein oder ein Finishband insbesondere mit einem Anpressschuh, sein. Auf diese Weise kann der Grat bereits beim Schleifen der Lagerstellen entfernt werden oder ein durch das Schleifen entstandener Grad kann beim anschließenden Bearbeitungsprozess, das heißt beim Finishen der Lagerstelle entfernt werden. Auf jeden Fall ist zum Entfernen des Grats kein gesonderter Bearbeitungsschritt, d.h. Entgratungsprozess erforderlich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Entgratwerkzeug wenigstens einen radial zur Welle ausgerichteten Entgratfinger aufweist, der an der Stirnseite des zu entgratenden Wellenabschnitts anliegt. Dieser Entgratfinger wird beim radialen Heranfahren des Werkzeugs an die Lagerstelle ebenfalls radial an den zu entgratenden Wellenabschnitt herangefahren, sodass er an der Stirnseite, von welcher der Grat absteht, zur Anlage kommt. Wird die Welle in Drehung versetzt, dann werden gleichzeitig die Lagerstelle bearbeitet und der Entgratfinger wird über die Stirnseite des zu entgratenden Wellenabschnitts gestreift. Der Grat wird dabei abgebrochen.
Um den Entgratfinger in axialer Richtung vom Bearbeitungselement, insbesondere von den Bewegungen des Bearbeitungselements zu entkoppeln, liegt der Entgratfinger unter Vorspannung an der Stirnseite des zu entgratenden Wellenabschnitts an.
Da beim Finishen der Lagerstelle der Drehbewegung der Welle auch eine in Achsrichtung verlaufende Oszillationsbewegung überlagert ist, muss der Entgratfinger der Oszillationsbewegung der Welle folgen können. Da der Entgratfinger unter Vorspannung, das heißt mit einem Anklagedruck an der Stirnseite des zu entgratenden Wellenabschnitts anliegt, kann dieser den axialen Bewegungen des Wellenabschnitts problemlos folgen, was weiter unten noch näher beschrieben ist.
Da bei einer die Welle gegen Durchbiegung abstützenden Lagerstelle diese Lagerstelle in der Regel zwischen zwei Nocken vorgesehen ist, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beidseits des Bearbeitungselements jeweils wenigstens ein Entgratwerkzeug vorgesehen. Auf diese Weise können beim Bearbeiten einer Lagerstelle gleichzeitig zwei Nocken oder Dichtsitze entgratet werden. Es ist auch denkbar, dass alle Nocken und Bunde gleichzeitig entgratet werden.
Es sei noch angemerkt, dass eine Nockenwelle in der Regel zwei an ihren Enden vorgesehene Dichtsitze aufweist, über die die Nockenwelle mittels zweier Wellendichtringen nach außen abgedichtet ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere bei einem als Finishelement ausgebildeten Bearbeitungselement ist vorgesehen, dass das Bearbeitungselement und das Entgratwerkzeug in Achsrichtung nebeneinander liegen. In Drehrichtung kann das Bearbeitungselement um einen Winkel von bis zu 90° versetzt zum Entgratwerkzeug angeordnet sein. Mit diesem Werkzeug werden sowohl das Bearbeitungselement als auch das Entgratwerkzeug von der gleichen Seite an die Welle herangefahren und das Schleifen bzw. Finishen und Entgraten erfolgt an der gleichen Seite der Welle, sodass diese auf der radial gegenüberliegenden Seite lediglich abgestützt werden muss. Zur Abstützung dient ein Bearbeitungswerkzeug, das ebenfalls mit Band ausgelegt ist.
Im erfindungsgemäßen Werkzeughalter ist wenigstens ein das Entgratwerkzeug tragender Schlitten verschieblich gelagert. Dieser Schlitten ist an Führungsdornen geführt und von einer Feder mit Druck beaufschlagt, sodass er entgegen der Kraft der Feder aus seiner Ruhelage heraus verschoben werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine Seitenansicht einer eine zu bearbeitende Welle zwischen sich aufnehmende Bearbeitungszange mit zwei erfindungsgemäßen Werkzeugen;
Figur 2
einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Werkzeug gemäß Figur 3;
Figur 3
eine Ansicht in Richtung des Pfeils III-III gemäß Figur 2;
Figur 4
einen Schnitt IV-IV gemäß Figur 2 durch das Werkzeug; und
Figur 5
eine Draufsicht der Welle mit zwei anliegenden Werkzeugen.
Die Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Bearbeitungszange mit zwei um jeweils ein Schwenklager 12 bzw. 14 schwenkbar gelagerten Schwenkarmen 16 und 18, die an ihren freien Enden mit jeweils einem Werkzeug 20 versehen sind, und die zwischen sich eine zu bearbeitende Welle 22 einschließen. Die beiden Schwenkarme 16 und 18 sind druckbeaufschlagt, sodass Bearbeitungsschuhe 24 ein Finishband 26 mit einem vorgegebenen Druck auf eine zu bearbeitende Lagerstelle 28 der Welle 22 pressen. Nach dem Bearbeitungsvorgang wird das Finishband 26, wie allgemein bekannt, um eine vorgegebene Wegstrecke in Richtung des Pfeils 30 weiter transportiert.
Das Werkzeug 20 besitzt, wie aus Figur 2 ersichtlich, einen Werkzeughalter 32, der an das freie Ende eines jeden Schwenkarmes 16 und 18 mittels Schrauben 34 angeschraubt ist.
An diesem Werkzeughalter 32 befinden sich zwei aufgeschraubte Lagerböcke 36 (Figur 3), mit denen zwei Führungsdorne 38 achsparallel gehalten werden. Außerdem trägt der Werkzeughalter 32 einen Lagerzapfen 40, der sich ebenfalls parallel zu den Führungsdornen 38 erstreckt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist der Bearbeitungsschuh 24, der z.B. aus Vulkollan besteht, direkt am Werkzeughalter 32 festgelegt und damit über die Schwenkarme 16 und 18 in Achsrichtung der Welle 22 fixiert. An Stelle von Vulkollan kann die Beabeitungsschale auch aus Stahl bestehen.
Die Figur 3, die eine Vorderansicht auf das Werkzeug 20 zeigt, lässt neben dem Bearbeitungsschuh 24 jeweils zwei als Entgratfinger 42 ausgebildete Entgratwerkzeuge 43 erkennen, wobei jeder Entgratfinger 42 an einem eigenen Schlitten 44 befestigt ist. Die Schlitten 44 werden ihrerseits von den Führungsdornen 38 durchgriffen, sodass sie an diesen verschieblich gelagert sind. Außerdem erstrecken sich zwischen den Schlitten 44 und einem Bund 46 sowie Spannhülsen 48 des Lagerzapfens 40 insgesamt vier Druckfedern 50, die jeweils zwei der Schlitten 44 in Richtung zueinander drängen. Dies bedeutet, dass die Schlitten 44 derart druckbeaufschlagt sind, dass die äußeren Schlitten 44 axial nach außen und die beiden inneren Schlitten 44 axial nach innen, das heißt in Richtung des Bearbeitungsschuhs 24 entgegen der Kraft der Druckfedern 50 verschoben werden können. Dabei werden die Entgratfinger 42 jeweils voneinander entfernt.
Die Figur 5 zeigt einen Ausschnitt der Welle 22, welche mit zwei Lagerstellen 28 versehen ist, an denen jeweils ein Finishband 26 anliegt und von einem Bearbeitungsschuh 24 angepresst wird. Beidseits neben den Lagerstellen 28 befinden sich jeweils zwei Nocken 52 und 54, an deren Stirnseiten 56 und 58 jeweils einer der Entgratfinger 42 anliegt. In der Ruhelage weisen die Entgratfinger 42 einen Abstand zueinander auf, der geringer ist als die Breite der Nocken 52 und 54, so dass beim Aufschieben der Entgratfinger 42 auf die Nocken 52 und 54 diese auseinander geschoben werden, indem die Schlitten 44 auf den Führungsdornen 38 entgegen der Kraft der Federn 50 verschoben werden. Das Aufschieben der Entgratfinger 42 wird dadurch erleichtert, dass die Entgratfinger 42 an ihren freien Enden eine Einlaufschräge 60 besitzen.
Wird die Welle 22 in Drehbewegung versetzt, dann wird ein durch Schleifen der Umfangsfläche 62 der Nocken 52 und 54 entstandener Grat 64, der in der Figur 5 übertrieben groß dargestellt ist, und der in axialer Richtung an der Stirnseite 56 bzw. 58 absteht, von den Entgratfingern 42 abgestreift. Gleichzeitig wird die Lagerstelle 28 vom Finishband 26 bearbeitet, das heißt gefinisht. Da, wie in der Figur 5 dargestellt, die Werkzeuge 20 an radial gegenüberliegenden Stellen der Welle 22 und versetzt zueinander eingesetzt werden können, kann die Welle 22 in einem Arbeitsdurchgang vollständig sowohl gefinisht als auch entgratet werden.
Weil die Entgratfinger 42 jeweils an einem Schlitten 44 befestigt sind, und die Schlitten 44 durch verschiebliche Lagerung an Führungsdornen 38 in axialer Richtung der Welle 22 vom Werkzeughalter 32 entkoppelt sind, können die Entgratfinger 42 den in Richtung des Doppelpfeils 66 auftretenden oszillierenden Schwingungen der Welle 22, die für das Finishen der Lagerstelle 28 erforderlich ist, folgen. Die Entgratfinger 42 sind also bezüglich der Welle 22 bewegungsentgekoppelt.
Es sei noch erwähnt, dass jedem Bearbeitungsschuh 24 ein Stützelement 70 radial gegenüber liegt, welches ebenfalls einen Schuh 68 aufweist und mit dem ebenfalls das Finishband 26 an die gegenüber liegende Seite der Lagerstelle 28 angepresst wird, wodurch die Druckkräfte der Schwenkarme 16 und 18 abgestützt werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 20 kann auch ohne Finishbearbeitung also lediglich zum Entgraten verwendet werden.

Claims (8)

  1. Werkzeug (20) zum spanabhebenden Bearbeiten von Lagerstellen (28) von Wellen (22), insbesondere Nockenwellen, mit einem an der Lagerstelle (28) anlegbaren Bearbeitungselement und insbesondere einem bezüglich der Lagerstelle (28) gegenüberliegenden Stützelement (70), wobei in Achsrichtung gesehen neben dem Bearbeitungselement ein Entgratwerkzeug (43) vorgesehen ist, welches die Stirnseite (56, 58) eines in Achsrichtung gesehen neben der Lagerstelle (28) angeordneten Wellenabschnitts gleichzeitig entgratet, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (43) an einem achsparallel zur Welle (22) verschieblichen Schlitten (44) befestigt ist, und der Schlitten (44) in Richtung des zu entgratenden Wellenabschnitts federkraftbeaufschlagt ist, und dass das Bearbeitungselement und das Entgratwerkzeug (43) am gleichen Werkzeughalter (32) vorgesehen sind und im Werkzeughalter (32) wenigstens ein das Entgratwerkzeug (43) tragender Schlitten (44) verschieblich im Werkzeughalter (32) gelagert ist.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungselement eine Schleifscheibe, ein Finishelement, z.B. ein Finishstein oder ein Finishband (26) mit einem Anpresselement, wie z.B. einem Bearbeitungsschuh (24), ist.
  3. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (43) wenigstens einen radial zur Welle (22) ausgerichteten Entgratfinger (42) aufweist, der an der Stirnseite (56, 58) des zu entgratenden Wellenabschnitts anliegt.
  4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entgratfinger (42) unter Vorspannung an der Stirnseite (56, 58) des zu entgratenden Wellenabschnitts anliegt.
  5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Bearbeitungselements jeweils wenigstens ein Entgratwerkzeug (43) vorgesehen ist.
  6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungselement und das Entgratwerkzeug (43) in Achsrichtung der Welle (22) nebeneinander liegen.
  7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (44) an Führungsdornen (38) geführt ist.
  8. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement ebenfalls ein Bearbeitungselement ist.
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