DE2815571A1

DE2815571A1 - Schaltbarer einsatzbohrer

Info

Publication number: DE2815571A1
Application number: DE19782815571
Authority: DE
Inventors: David Alan Hopkins
Original assignee: Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1978-10-26
Also published as: IT7849004A0; BR7802485A; FR2387723A1; AU3494978A; IT1102501B; US4124328A; GB1559155A; JPS53132886A

Description

Es ist bereits eine mittig schneidende Endenfz'äsmas chine gemäß der Offenbarung in dem Patent Nr. 3 938 231 entwickelt worden, bei der Vierkanteinsätze mit einem axialen Steigungswinkel von 0 zum axialen Einstechschneiden oder für einen radialen Vorschub in Stellung gebracht werden. In einer der offenbarten Formen kommt ein Paar einander radial entgegengesetzter Einsätze zur Anwendung, von denen der eine mit seiner inneren bogenförmigen Ecke über die Mittelachse dee Endenfräsex's reichend angeordnet ist, um eine mittige Schneidtätigkeit vorzuöehen, während der andere, relativ äußere Einsatz die Seitenwandflache in einem axialen Einstechschnitt bearbeitet und die vordere Schneidkante für einen Schnitt mit radialem Vorschub bildet.

Während eine derartige Endenfräsmaschine für ein axiales Einstechschneiden mit begrenzter Tiefe zur An-wendung kommen kann, ist es doch nicht gänzlich zufriedenstellend für durchgehende Bohrungen normal zur Werkstückaußenseite, wo die Schneidkanten über dio gesamte Endwand der Bohrung gleichzeitig ausbrechen würden* Ferner begrenzt das ISFichtvorhandensein irgendeines posit5.ven Steigungswinkels beim axialen Schneiden die seitliche Stabilität bei schnellen Tiefbohrvorgängen, und die vollständige Seitenkantenberühx'uiig des am weitesten nach außen gelegenen Einsatzes mit der Lochbohrung führt zu Erschütterungen und unerwünschter Abnutzung in Bohrtiefen, die den Durchmesser dos Schneidwerkzeugs überschreiten.

Der Stand der Technik enthält auch schaltbare Einsatzbohrer der in den US-Patenten 3 ^kO 323 und 3 963 365 gezeigten Art, welche

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zwei Vierkanteinsätze verwenden, die je aclit schaltbare Schneidkanten aufweisen, welche so angeordnet sind, daß die Schneidkante aktiver Steigung des einen die Innenhälfte schneidet, während der andere die äußere Hälfte des Loches schneidet. Ein negativer Steigungswinkel auf dem inneren Einsatz und ein positiver Steigungswinkel auf dem äußeren hat zur Folge, daß die Führungsecken beider Einsätze bei einem Radius von etwa der Hälfte des Bohrerradius im wesentlichen zusammenfallen, Ss kommen Steigungswinkel in der Größenordnung von 15 bis k$ zur Anwendung» Die gerade Schneidkante des inneren Einsatzes erstreckt sich quer über den Mittelpunkt _; und die Führungsecke des inneren Einsatzes erstreckt sich in dem letztgenannten Patent, das eine verbesserte Ausgabe des vorgenannten ist, axial von der entsprechenden Ecke des äußeren Einsatzes nach vorn. Das letztgenannte Patent lehrt auch, daß es notwendig oder wünschenswert ist, einen oder mehrere harte Abnutzungsstreifen auf dem Umfang des Bohrgehäuses vorzusehen, um einen Bohrervorschub in einer im wesentliches! geraden Linie zu verursachen und das Bohrgehäuse daran zu hindern, sich gegen die Umfangsfläche des Loches zu reiben und von ihr abgenutzt zu werden. Ein derartiges Erfordernis scheint zum Teil zurückzuführen zu sein auf die Verwendung eines positiven axialen Steigungswinkels auf dem äußeren Einsatz, verbunden mit einem negativen axialen Steigungswinkel auf dem inneren Einsatz in diametral entgegengesetzter Beziehung, so daß die reaktiven Schneidkräfto normal zu der Schneidkante beider Einsätze die Neigung hätten, den Bohrer durchzxibiegen oder ihn Kräften mit einer Komponente in derselben Richtung auf eine Seite des Bohrers zu zu unterwerfen.

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Es ist gemäß der Erfindung eine Möglichkeit gefunden worden, einen schaltbaren Einsatabohrer für eine Verwendung in Bohrlochtiefen bis zu einer Größe von dem 3 bis 3 1/2-fachen des Bohrerdurchmessers su schaffen, welche sauber, glatt und gerade sind, ohne auf Abnutzungsstreifen oder Halsflächenberührung mit der Lochwand zur Führung des Bohrers zurückzugreifen. Es kommt ein Paar Einsätze zur Anwendung mit nur leichten, jedoch identischen Steigungswinkeln im Bereiche von 0 bis 5 » die entweder positiv oder negativ sein können, und deren Schneidkanten einen gemeinsamen Umlaufkegelbereich bestreichen, wobei eine bogenförmige Ecke eines radial inneren Einsatzes von der Bohrerachse überschnitten wird und der andere, radial überlappende äußere Einsatz eine äußere bogenförmige Ecke aufweist, welche den Außenumfang des Schneidwerkzeugs und den Durchmesser des gebohrten Loches festlegt. Ein axiales Seitenspiel ist dadurch vorgesehen, daß man die Schneidecke des äußeren Einsatzes über den Hals durchmess er hinweg vorstehen läßt und, im Falle «ines positiven axialen Steigungswinkels, durch Verwendung von Vierkanteinsätzen oder, im Falle eines negativen axialen Steigungswinkels, durch Verwendung von rautenförmigen Einsätzen. In jedem Falle können die Einsätze mit einem radialen und axialen Spanwinkel von Null und einem angemessenen positiven Seitenwandspielwinlcel in Stellung gebracht wex-denj oder der Einsatz, welcher don mittleren Teil des Loches schneidet, kann mit einem positiven axialen Spanwinkel in Stellung gebracht werden, und zwar unter Verwendung eines Einsatzes mit einem geeigneten Seitenspiel, oder mit einem negativen axialen Spanwinkel bei Verwendung eines allgemein Üblichen negativen Einsatzes, während der überlappende Einsatz, welcher den Lochdurchmesser schneidet, in jeder beliebigen Kombination vorteilhafter

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axialer und radialer Spanwinkel angeordnet werden kann, die durch. das zu bohrende Material und seine relative Bearbeitbarkeit bestimmt werden. Bine Unterbrechung oder ein Zerbrechen des Spans ist vorgesehen durch eine Unterbrechung an dem Mittelpunkt jeder Schneidkante, sowie durch eine Spanbrechnut, die sich auf dem Schneidrand en11angers tre ckt,

Es zeigen:

Fig» 1 eine Seitenansicht eines schaltbaren Einsatzbohrers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine ähnliche Teilseitenansicht nach Drehung um 90°, Fig. 3 eine Endansicht des Bohrers,

Fig· h eine vergrößerte Endansicht eines allgemein üblichen Einsatzes zur Verwendung in dem Bohrer,

Fig. 5 eine vergrößerte schematische Anordnung eines Paares Einsätze bei Darstellung ihrer Beziehung in Anpassung an eine in Seitenansiclit gezeigte Installation mit positiver Steigung,

Fig. 6 eine schematische Endansicht des in Fig. 5 gezeigten Einsatzes,

Fig· 7 eine Seitenansicht eines der Einsätze nach der Linie 7-7 der Fig. 5»' .

Fig» 8 eine vergrößerte schematische Anordnung eines Paares rautenförmiger Einsätze zum Einbau in eine Bohrerform mit negativer Steigung»

Fig. 9 eine Endaneicht des in Fig. 8 gezeigten Einsatzes,

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Fig. 10 eine Vorderansicht eines Vierkanteinsatzes mit einer abgewandelten Konstruktion für vier Schaltstellungen, und

Pig, 11 eine Seitenansicht des in Fig, 10 gezeigten Einsatzes,

Der Bohrer nach Fig. 1 enthält einen Hals 10 mit einem doppelten, geraden, genuteten Ende 11 und einem Paar Eins atz: taschen 12a, 12b₉ die jeweils eine ausgenommene Bodenfläche und zwei Seitenwand© zur Anordnung eines Paares identischer schaltbarer Einsätze 13 aufweisen, die aus gesintertem Wolframkarbid oder anderem abnutzungsbaständigen Material hergestellt sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Taschen in der Lage, Einsätze mit einem leichten positiven Steigungswinkel 14 in der Größenordnung von 3 aufzunehmen, eowie mit neutralen axialen und radialen Spanwinkeln. Vie in der Teilansicht des genuteten Endes 11 der Fig, gezeigt, die gegenüber der Darstellung in Fig. 1 um 90 auf der Achse des Bohrers gedreht ist, ist die Nase mic Spielwinkeln in der Größenordnung von 11° versehen, die dem Seitenspielwinkol jedes Einsatzes entsprechen. Die Ausnehmung für den Spanfluß erstreckt sich unmittelbar von der Einsatζtasche auf der flachen Oberfläche 16 zurück, leicht unterhalb der Schneidfläche des Einsatzes,

E3 wird nunmehr wiederum auf Fig. 1 Bezug genommen, in velcher der radial am weitesten nach außen gelegene Einsatz 13a eine radial von der Halsoberfläche 18 nach außen vorstehende Schneidecke 17 und an dem genuteten Ende einen verminderten Durchmesser 19 aufweist, um den Schneiddurchraesser des Bohrers festzulegen, während der radial am weitesten nach innen gelegene Einsatz 13b eine bogenförmige

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Ecke 20 aufweist, die sich, quer über die Mittelachse des Bohrers erstreckt, vobei eine Tangente an den Bogen am Übers dme idungspimkt einen bevorzugten ¥inkel mit der Achse von etwa 30° bildet» Die am weitesten nach außen gelegene Ecke 21 des Einsatzes 13b liegt innerhalb des Lochdurchmessers, und das Ende des Bohrers ist bei 22 ausgenommen, um ein zusätzliches Spiel für den Span zu schaffen. Die radiale Außenlage des Einsatzes 13a sieht einen Raum für ein Profilband 23 vor, welches sich jeweils zwischen den. Einsätzen erstreckt, wie auch in der Endansicht der Fig» 3 gezeigt.

Die vergrößerte Darstellung der Einsatzvorderseite in Fig. h entsprechend dem äußeren Einsatz 13a in Fig. 1 zeigt Kerbenunterbrechungen Zk in den jeweiligen vier Schneidkanten jedes Einsatzes, die dazu dienen, die Breite der durch jede der Schneidkanten geschnittene Doppelspanform zu unterbrechen und relativ zu der Einfachspanform, die in Abwesenheit derartiger Kerben entsteht, zu verringern. Die relative radiale Verschiebung der jeweiligen Innen- und Außeneinsätze schafft eine Überlappung der wirksamen Schneidkante jedes Einsatzes für die unterbrochene Schneidkante des anderen Einsatzes, so daß aufgrund der zusammengefaßten Wirkung der beiden Einsätze eine vollständige Schneidtätigkeit vom Mittelpunkt zum Außenumfang erfolgt, und zwar bei im wesentlichen ausgeglichener Spanlast für jeden der Einsätze.

Es ist ersichtlich, daß der leichte positive Steigungswinkel für den äußeren Einsatz 13a ein wirksames Seitenspiel für die unwirksame Schneidkante 25 vorsieht, so daß zum Unterschied von dem oben erwähnten Stand der Technik oder herkömmlichen Bohrern, wo Saiten-

kanten oder Abnutzmigsstreifen die ¥and des Bohrloches erfassen, eine Bohrtätigkeit simuliert wird. Es ist nichtsdestoweniger festgestellt worden, daß die Zenti-ierwirkung des innersten Einsatzes bei Beginn des Mitfcelpunktschnittes eines Loches in festem Material zusammen mit einer im wesentlichen ausgeglichenen Spanlast, welche gemeinsam wirksame exzentrische oder seitliche Schneidkräfte vermeidet, ein Bohren genau gerader Löcher mit glatten Bohrlochoberflächen schnell und ohne Erschütterung gestattet«

Dia Figuren 5» 6 und 7 zeigen eine abgewandelte Form eines Vierkanteinsatzes mit positiver Steigung, bei der zwei Schaltbare Kanten für jeden Einsatz vorgesehen sind, welche entsprechend der Darstellung in voll ausgezogenen Linien paarweise oder entsprechend der Darstellung in angedeuteten Linien 29a und JGa. zum Bohren großer Durchmesser mit zusätzlichen, fluchtenden Einsätzen benutzt werden können, wobei jeder Einsatz eine Spanbrechnut 26 sowie eine Unterbrechung 27 in der Schneidkante entsprechend den Unterbrechungen ?,h nach der Darstellung in der Ausführungsforia der Fig. h aufweist4 In Fig. 5 schafft die durch die punktierte Linie 28 dargestellte radiale Überlappung des radial am weitesten nach außen gelegenen Einsatzes 29 relativ zu dem mittleren Schneideinsatz 30 eine wirksame Sctmeidtätigkoit innerhalb des gesamten Lochdurchmesser5. In dem vergrößerten Maßstab der Fig. 5 ist der Tangentenwinkel von 30° bei 31 deutlich gezeigt, und es ist darauf hinzuweisen, daß der leichte konische Vorsprung 32 an der Achse des Bohrers, wo der Goschwindigkeitswert der Schneidkante von Null auftritt, wenig Widerstand für einen Druck auf die Schneidkante an einem solchen Punkt bietet, der sonst die Neigung haben könnte, die Kante eines spröden Einsatzes wie ¥olframkarbid au brechen. ^wio in Fig. 6

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gezeigt, sind die Schneidkanten 33 und 3k in dieser Ausführungsform jeweils leicht hinter der Mittellinie 35 angeordnet. Die Spanbrechnut 26 endet an einer Rückwand 26a und bildet einen stumpfen Winkel von etwa 135°· Bei einem allgemein üblichen Bohrer von 1 Zoll Durchmesser, der mit Vierkanteinsätzen von 3/8 Zoll arbeitet, ist durch eine Nut von 0,010 Zoll Tiefe, die sich über 0,050 Zoll von der Schneidkante 33 zur Rückwand 26 erstreckt, eine wirksame Schneidtätigkeit vorgesehen.

Die Figuren 8 und 9 zeigen eine weitere Abwandlung für einen Schnitt bei negativem Steigungswinkel, bei der rautenförmige Einsätze 3^ vaxd. 37 mit einem Eckwinkel von 80 so angeordnet sind, daß ein negativer Steigungswinkel von 5° gebildet wird, wie bei 38 gezeigt, um das Herausbrechen beim Bohren von Durchgangsbohrungen zu erleichtern, zusammen mit 5° Rückspiel 39, wobei die Schneidtätigkeit am Mittelpunkt wiederum eine Tangentenböziehung von 30° ™it der Achse der Schneidkante bildet, wie bei ko gezeigt. Während der negative Steigungswinkel der Einsätze die Späne gegen die Lochwand in dem Werkstück nach außen wirft, vermindert der leichte Winkel zusammen mit dem Spanbrechen und dex- unterbrechung, die durch die Nuten 4i und die Schneidkantenunterbrechungen kZ vorgesehen sind, die Wirkung eines solchen Spanflusses auf das Werkstück und erleichtert den Spandurchgang durch die genuteten Kanäle des Bohrers hindurch, insbesondere bei einem Kühlmittelfluß, der durch herkömmliche Einrichtungen über das Werkzeug vorgesehen sein kann.

Die Figuren 10 und 11 zeigen eine weitere Abwandlung dos Einsatzes mit vier Schaltstellungen in einem Vierkanteinsatz zur Verwendung bei der Bohrerart mit positivem Steigungswinkel, bei der Spanbrech-

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nuten hj und Unterbrechungen hh in der Schneidkante für jede der vier Schaltstellungen vorgesehen sind«

Während jede der dargestellten Ausführungsformen neutrale axiale und radiale Spanwinkel offenbart, sei doch darauf hingewiesen, daß, wie zu Beginn, der Beschreibung erwähnt, für den mittleren Schneideinsatz ein axialer Spanwinkel und für den überlappenden Einsatz, der den Lochdurchmesser schneidet, jede beliebige Kombination von positiven oder negativen axialen und radialen Spanwinkeln vorgesehen sein kann, wie es für das zu bohrende Material und seine relative Bearbeitbarkeit zweckmäßig erscheinen mag· Es ist jedoch vorzuziehen, den radialen Spanwinkel des Einsatzes, welcher den mittleren Teil des Loches schneidet, mit einer neutralen radialen Geometrie zu versehen, um sicherzustellen, daß eine Linie auf der Endschneidkante des Einsatzes die Umlaufachse des Bohrers überschneidet und kreuzt·

Es werden Steigungswinkel von 2 bis 5 empfohlen, wobei ein Winkel von 3 für die Vierkanteinsätse verwendenden Bohrerkonstruktionen mit positivem Steigungswinkel bevorzugt wird und ein negativer Steigungswinkel von 0 bis 9° für Konstruktionen mit negativem Steigungswinkel verwendet werden kann, Während für Bohrer mit negativer Steigung eine Rautenfonn vor. 80° bevorzugt wird, ist es auch möglich, einen dreieckigen Einsatz Qäer jede beliebige Hautenforni innerhalb des Bereichs von 55 ^i³ 90 zu verwenden.

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Leerseite

Claims

Sclmltbarer Einsatzbohrer bestehend aus einem Hals, einem Faar Taschen an einem Ende des Halses, die ja zur Aufnahme eines schaltbaren vieleclcigen Einsatzes ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine dar Tasch«n Einrichtungen zur Aufnahme eines ersten Einsatzes mit einer Schneidkante, die sich von dem Mittelpunkt des Bohi-ers schräg zu einer Qaerebene normal zur Bohrerachse erstreckt, einer radial am weitesten nach innen gelegenen, unwirksamen Kante und einer unwirksamen Kante, welche sich an eine radial am weitesten nach außen gelegene, unwirksame Üfoei-brückungsecke der Schneidkante anschließt, aufweist, und daß die andere Tasche Einrichtungen zur Aufnahme eines zweiten Einsatzes

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radial außerhalb relativ zu dem ersten Einsatz aufweist, dessen Schneidkante sich schräg zu einer Querebene normal zur Bohrerachse gleich der Schneidkante des ersten Einsatzes jedoch entgegengesetzt dazu in demselben Umlaufkegel erstreckt, und dessen radial am weitesten nach außen gelegene Ecke das radial am weitesten nach außen gelegene Schneidelement bildet; welches sich an eine radial am weitesten nach außen gelegene, unwirksame Kante anschließt»

2. Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Taschen Einrichtungen zur Aufnahme des Einsatzes bei Überschneidung einer mittleren, die Schneidkante und die am weitesten radial nach innen gelegene, nicht wirksame Kante verbindenden Überbrückungsecke durch die Achse des Bohrers enthält«

3. Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen die Schneidkante jeweils unterbrochen, ist, um eine Spanunterbrechung vorzusehen»

4. Schaltbarer EXnsatzbohror nach Anspruch 3 oder k, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen sich die Unterbrechungen der jeweiligen Einsätze in der relativen radialen Abmessung überlappen, um eine im wesentlichen ununterbrochene, kombinierte radiale Schneidwirkung vorzusehen,

5β Schaltbarer Einsatzbohrsr nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen die Schneidkante

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jedes Einsatzes mit einer sich, auf der Kante entlang erstreckenden Jätahnbrechnut versehen ist.

6. Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Nut sich in axialer Richtung in der Größenordnung von 50/1000 Zoll erstreckt.

7. Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut eine Tiefe in der Größenordnung von 10/1000 Zoll hat.

8. Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Nut eine Tiefe in der Größenordnung von IO/IOOO Zoll hat, mit einer Rückwand, die einen stumpfen Winkel in der Größenordnung von 135 bildet.

9» Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch, gekennzeichnet, daß die Einsätze ,jeweils mit einem positiven Spielraunrwinkel in der Größenordnung von 11 von den Schaltkanten vorspringende Seitenwände haben»

10. Schaltbarer Sxnsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet d.urch Einsätze, bei denen jede der Taschen ihren Einsatz rait neutralen axialen und radialen Spanwinlceln in Stellung bx\Lngt.

11« Schaltbarer Einsatzbohrer nach den Ansprüchen 1 bis 10,

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dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Winkel eine positive Mittelpunktssteigung bildet.

12_e Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen jeder Einsatz eine viereckige Stirnseitenform mit bogenförmigen Ecken hat.

13· Schaltbarer Einsatzbohrer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Winkel geeignet ist, eine negative radiale Außensteigung vorzusehen»

ik. Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen die Schneidkante und die benachbarte radiale Außenkante von wenigstens dem anderen Einsatz mit einem spitzen Eckwinkel versehen ist.

15. Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 13» gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen wenigsten der andere Einsatz mit einer rautenförmigen Stirnseitenform versehen ist.

16. Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 13, gekexinzelehnet durch Einsätze, bei denen die Schneidkante und die benachbarte radiale Außenkante wenigstens des anderen Einsatzes mit einem spitzen Eckwinkel im Bereich von 55 bis 90 versehen ist.

17. Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis I3, gekennzeichnet durch Einsätz© _t .bei denen die Schneidkante und

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die "benachbarte radiale Außenkante wenigstens des anderen Einsatzes mit einem spitzen Eckwinkel in der Größenordnung von 80 versehen ist.

18, Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen die Schneidkante und die benachbarte radiale Außenkante wenigstens des anderen Einsatzes rait einem spitzen Stirnseitenwinkel versehen ist und die dem Eckenschneidelement benachbarte radiale Außenkante wenigstens des anderen Einsatzes mit einem spitzen Stirnseitenwinkel versehen ist und die dem Eckenschneidelement benachbarte radiale Außenkante mit einem axialen SpieIraurawinke 1 im Bereich von 0 bis 9 versehen ist,

19· Schaltbarer Einsatzbohrer nach jedem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Einsätze, bei denen wenigstens der andere Einsatz mit einer rautenförmigen Stirnflächenform versehen ist und die dem Eckenschneidelement benachbarte radiale Außenkante einon axialen Spielrauinwinkel im Bereiche von 0 bis 9 hat,

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