DE3017920A1

DE3017920A1 - Fluid-strahl-empfaengerorgan und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3017920A1
Application number: DE19803017920
Authority: DE
Inventors: Alger T Daniel; Robert D Nicholson
Original assignee: Koehring Co
Current assignee: Koehring Co
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1980-11-27
Also published as: GB2049498A; US4295594A; GB2049498B

Description

PATENTANWÄLTE 3U1794U

DR.-ING. R. DÖRING - 5 - DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

KOEHRING COMPANY
200 Executive Drive Brookfield,Wisconsin U.S.A.

"Fluid-Strahl-Empfängerorgan und Verfahren zu dessen Herstellung"

Die Erfindung betrifft ein Fluid-Strahl-Empfängerorgan zum Einbau in den Schieber eines durch Fluidstrahl gesteuerten elektrohydraulischen Servoventils, bei dem der radial zur Längsachse des Schiebers gerichtete Strahl auf zwei Längsbohrungen oder dgl. des Schiebers aufgeteilt wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Empfängerorgans.

Derartige Empfängerorgane werden für fluidgesteuerte Schieber von Servoventilen benötigt, um in Abhängigkeit von der Veränderung der Lage des Fluidstrahls die Stellung des Schiebers im Wege der Nachlaufsteuerung hydraulisch zu steuern. Der Gleichgewichtszustand des Schiebers in.dem Ventilkörper wird dadurch hergestellt, daß der Fluidstrahl in dieser Gleichgewiehtsstellung durch das Epmfängerorgan gleichförmig auf die beiden Längsbohrungen des Schiebers aufgeteilt wird, so daß über die an den Stirnenden des Schiebers mündenden Bohrungen an den Enden des Schiebers gleiche Drücke erzeugen. Bei einer Verstellung des Strahls wird die gleichmäßige Aufteilung des Fluid-

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Strahls gestört, so daß augenblicklich unterschiedliche Drücke an den Stirnenden des Schiebers entstehen, welche den Schieber

< der Auswanderung des Steuerstrahls nachlaufen lassen, bis der

Gleichgewichtszustand wieder erreicht wird.

Das Empfängerorgan muß außerordentlich genau gearbeitet sein. Es besitzt in der Regel nur sehr kleine Abmessungen, insb. dann, wenn solche Servo-Ventile für Raumfahrtfahrzeuge oder dgl. bestimmt sind, wo es auf sehr geringe Raumbeanspruchung und sehr geringes Gewicht ankommt. Die Herstellung solcher Empfängerorgane ist außerordentlich aufwendig und teuer, da die verschiedenen Kanäle und Bohrungen in den festen Körper mit hoher Präzision und geringen Abmessungen eingearbeitet werden müssen. Dabei müssen die Kanäle eine Richtungsumkehr insoweit aufweisen,-da der Fluidstrahl in der Regel etwa radial zur Längsachse des Schiebers gerichtet ist und durch das Empfängerorgan aufgenommen, geteilt und bezüglich der Teilströme axial zu den Längsbohrungen des Schiebers umgelenkt werden muß. Die axial verlaufenden Bereiche der Kanäle sind dabei in der Regel von kreisförmigem Querschnitt und müssen durch einen extrem dünnen Teilerbereich an dem Auftreffpunkt des Fluidstrahls voneinander getrennt sein. Es ist selbstverständlich, daß der Teilerbereich mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden muß, wenn eine genaue zufriedenstellende Funktion erreicht werden soll. Solche Toleranzen sind aber außerordentlich schwierig zu erhalten und aufrecht zu erhalten, insb. wenn es sich um Miniaturvorrichtungen handelt. Als Nachteil hat sich außerdem erwiesen, daß der runde Bohrungsquerschnitt der axial verlaufenden Bereiche bekannter Empfängerorgane sehr empfindlich auf Fluchtungsfehler bezüglich der Düse

in Richtung der Ausdehnung des Teilerbereiches ansprechen, was störend ist.

Die Bearbeitung des Empfängerorgans bringt bei den bekannten Empfängerorganen somit eine große Menge an Werkstoffabfall, einen hohen Zeitaufwand und eine hohe Ausschußquote mit. Hinzu kommt, daß durch die Bearbeitungstoleranzen die auf diese herkömmliche Weise hergestellten Empfängerorgane keineswegs hinreichend gleichförmige Qualität und Eigenschaften besitzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung hier Abhilfe zu schaffen und ein Fluidstrahlempfängerorgan für die angegebenen Zwecke vorzuschlagen, das insb. für* Servo-Ventile von Miniaturgröße geeignet ist und mit großer Genauigkeit sehr einfach und billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das stöpselartige Empfängerorgan ein laminierter Körper aus mehreren, im wesentlichen flachen, plattenförmigen Elementen ist, die jeweils Öffnungen oder Durchbrechungen in vorbestimmter Zuordnung und Größe aufweisen, welche jeweils Fluidverteilerkanäle mit axial- und radialgerichteten Bereichen bilden. Die einzelnen Plattenelemente lassen sich sehr einfach und mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellen. Die Fluidkanäle werden dabei durch Durchbrechungen in den Plattenelementen gebildet. Diese Durchbrechungen lassen sich einfach und rasch herstellen und"bedürfen keiner übermäßigen Toleranzüberwachung. Die Dicke der einzelnen Platten, die zumeist unterschiedlich ist, läßt sich auf deti

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jeweiligen Funktionszweck jeder einzelnen Platte genau abstellen, Insgesamt sind die Durchbrechungen in den Platten und die Platten innerhalb des laminierten Körpers so angeordnet und ausgebildet, daß sich ein Fluidkanal mit radialen und axialen Bereichen ergibt, wobei sich die beiden Fluidkanäle in der zentralen Ebene des laminierten Körpers kreuzen, so daß die •Eintritts- und Austrittsöffnungen jedes Fluidkanals auf den entgegengesetzten Seiten der zentralen Platte oder der zentralen Ebene des laminierten Körpers liegen. Die zentrale Ebene des laminierten Körpers ist dabei vorteilhafterweise zugleich als Symmetrieebene ausgebildet.

Vorzugsweise bestehen die Platten aus Metall und sind durch ein Bindemittel, vorzugsweise Hartlot fest miteinander und flach aufeinanderliegend verbunden. ·

Die zentrale Platte bildet die Teilerplatte zwischen den beiden. Eintrittsmündungen. Diese Platte kann außerordentlich dünn und mit sehr genauer Toleranz hergestellt werden, so daß der Teilerbereich in dem fertigen Empfängerorgan außerordentlich genau und gleichbleibend ausgebildet sein kann.

Die Herstellung ist außerordentlich einfach und billig, wobei die Plattenreste leicht durch Wiederaufbereitung nutzbar gemacht werden können.

Zur Herstellung des neuen Empfängerorgans sieht die Erfindung vor, daß zunächst einzelne plattenförmige Elemente, insb. aus Metall, hergestellt und an ausgewählten Stellungen mit Vorzugs-

weise rechteckförmigen Durchbrechungen vorbestimmter Größe versehen werden. Ausgewählte Oberflächen der Platten können dann mit einem Bindemittel, insb. Hartlot, schichtförmig versehen werden. Danach werden die plattenförmigen Elemente in vorbestimmter Reihenfolge und mit engem Flächenkontakt aufeinandergelegt und fest miteinander verbunden. Falls notwendig kann dann der laminierte Körper auf die gewünschte Außenkontur, die vorzugsweise zylindrisch ist, z.B.durch spanabhebende Bearbeitung gebracht werden. Die Bearbeitung ist besonders einfach, wenn man die einzelnen Platten länger als nötwendig herstellt, so daß nach dem Laminieren der laminierte Körper einen ausreichenden Endabschnitt aufweist, mit dem er in eine entsprechende Bearbeitungsmaschine eingespannt werden kann. Dieses Ende wird nach Fertigstellung und nach Herstellung der Kontur des Empfängerorgans von diesem abgetrennt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Ventilschieber eines durch Strahlrohr gesteuerten elektrohydraulischen Servo-Ventils gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 2 die Stirnansicht einer den Steuerstrahl aufnehmenden Empfängerstöpseleinrichtung nach der Erfindung, und zwar unter Andeutung der Herstellungsweise.

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Fig. 3 eine Seitenansicht der Darstellung nach Figur 2, wobei die Blickrichtung in Figur 3 der des Pfeiles in Figur 2 entspricht.

Fig. 4 eine Stirnansicht des Ausgangswerkstückes zur Herstellung der Stöpselanordnung nach Figur 2.

Fig. 5 eine Seitenansicht der Anordnung nach Figur 4.

Fig. 6 eine Stirnansicht einer Endplatte des laminierten Werkstückes nach Fig. 4 und 5.

Fig. 7 die Seitenansicht der Seitenplatte nach Fig. 6 mit Blickrichtung des Pfeiles 7 in Figur 6.

Fig. 8 und 9 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 6 und 7 die Endansicht bzw. die Seitenansicht einer Empfängerplatte.

Fig. 10 und 11 wiederum in ähnlicher Darstellung eine Verbindungsplatte und

Fig. 12 und 13 in entsprechender Darstellung die Ansichten einer Teilerplatte.

Wie aus Figur 1 hervorgeht ist die laminierte Strahlrohr-Empfängeranordnung 10 nach der Erfindung in den Schieber 12 eines durch das Strahlrohr steuerbaren elektrohydraulischen

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- 11 Servo-Ventils eingesetzt.

Wie Figur 1 zeigt, umfaßt der Schieber 12 getrennte axial verlaufende Kanäle 14 und 16, wobei der Kanal 16 in Verbindung mit dem axial verlaufenden Abschnitt des Kanals 18 der laminierten Empfängeranordnung 10 gezeigt ist. Der Kanal 14 ist in ähnlicher Weise in Verbindung mit dem sich axial erstreckenden Abschnitt des Kanals 20 durch die Empfängeranordnung 10. Die sich axial erstreckenden Abschnitte der Kanäle 18 und 20 sind durch eine sehr dünne Teilerplatte 38 nach der Erfindung voneinander getrennt.

Die laminierte Strahlrohr-Empfängeranordnung 10 ist, wie dies die Figuren 2 und 3 zeigen, zylindrisch. Sie wird durch Bearbeitung des einen Endes 24 eines Paketes aus mehreren getrennten, rechteckförmigen Platten gebildeten Werkstückes gewonnen. Die Platten sind Fläche an Fläche in Kontakt und zu · dem laminierten plattenförmigen Werkstück 36 durch Hartlöten
vereinigt. Wie am besten die Figuren 2 und 3 zeigen umfassen
die Kanäle 18 und 20 der Empfängeranordnung 10 die sich axial erstreckenden Abschnitte 26 und 28, welche einen rechteckförmi- gen Querschnitt aufweisen, sowie die radial verlaufenden Abschnitte 30 und 32.

Nachdem das Ende 34 des laminierten Plattenpaketes 36, von dem die Empfängeranordnung 10 durch Bearbeiten hergestellt worden ist, verwendet worden ist, um die Einheit 36 für den Bearbeitungsvorgang festzuhalten, wird dieses Ende von dem Empfänger

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abgeschnitten und kann dann über einen Wiedergewxnnungsprozeß verwertet werden.

Wie am besten aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, umfaßt die laminierte Einheit 36, von der die zylindrische Strahlrohr-Empfängeranordnung 10 hergestellt wird sieben getrennte rechteckförmige Platten. Da ist zunächst die zentrale Teilerpl'atte 38, welche ausnehmend dünn ausgebildet ist. Diese unterteilt den Strom eines Fluids von einem Strahlrohr und "teilt diesen auf zwischen den Kanälen 18 und 20 zur Steuerung der Stellung des Ventilschiebers 12 in einem durch Strahlrohr gesteuerten elektrohydraulischen Servo-Ventils. Das Paket umfaßt fernerhin getrennte Verbindungsplatten 40 und 42. Diese sind beiderseits der Teilerplatte 38 angeordnet. Weiterhin sind getrennte Erapfängerplatten 44 und 46 in Flächenkontakt mit den Außenseiten der Verbindungsplatten 40 und 42, jedoch in Kontakt mit der Teilerplatte 38 angeordnet. Schließlich sind Endplatten 48 und 50 in Flächeneingriff mit den Empfängerplatten 44 und 46 vorgesehen, wie dies am besten Figur 4 zeigt. Durch diese wird das laminierte plattenförmige Werkstück 36 vervollständigt.

Wie am besten aus Figur 13 hervorgeht ist die Teilerplatte 38 rechteckförmig und außerordentlich dünn. Sie kann eine Dicke von beispielsweise 0,025 mm aufweisen. Die Teilerplatte umfaßt die querverlaufenden rechteckförmigen Öffnungen 52 und 54, die sich nahe dem einen Ende der Platte 38 durch diese erstrecken, wie dies Figur 13 zeigt. .

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Die Verbindungsplatten AO und 42 sind ebenfalls rechteckförmige Platten und haben ebenfalls rechteckförmige Öffnungen 56 und 58 von gleicher Größe wie die Teilerplatte. Eine sich axial erstreckende, querverlaufende Öffnung 60 bildet im fertigen Werkstück Teil der sich axial erstreckenden Kanäle 26 und 28 der Verbindungen 18 und 20. Die öffnung 60 ist in dem einen Ende der Verbindungsplatten vorgesehen und mündet jeweils in einer der beiden Öffnungen 56 bzw. 58, wie dies für die Platte 42 in Figur 11 gezeigt ist. Die Platten 40 und 52 sind exakt identisch ausgebildet.

Bei der Anordnung der Verbindungsplatten 40 und 42 in Verbindung mit der Teilerplatte 38 werden die beiden Verbindungsplatten gegeneinander um 180 gedreht, so daß die Öffnungen 60 beiderseits der Teilerplatte 38 divergieren, wie dies von den Kanälen 18 und 20 in Figur 5 ersichtlich ist. Die Öffnungen 52 und 54 der Teilerplatte sind jeweils in Fluchtung mit den beiderseits liegenden Öffnungen 56 und 58 der Verbindungplatten.

Die Empfängerplatten 44 und 46 sind untereinander wiederum exakt gleich ausgebildet. Auch sie sind von gleicher Größe, und rechteckförmig, wie die anderen Platten. Die Empfängerplatten 44 und 46 umfassen jeweils eine einzige rechteckförmige Öffnung 62, die quer durch die Platte reicht, und zwar nahe dem einen Ende der Platte. Die Öffnung 62 ist geringfügig größer als die Öffnungen 52, 54, 56 und 58. Im zusammengebauten Zustand mit der Teilerplatte und den Verbindungsplatten liegen die Empfängerplatten so, daß die Öffnungen 62 in Verbindung mit den Öffnungen

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in der Verbindungplatte stehen.

Die Endplatten 48 und 50 nach Figur 6 und 7 sind ebenfalls rechteckförmig und mit einer einzigen Öffnung'.64 ausgebildet, die in einer Abmessung der rechteckförmigen Platte größer ist als die Öffnung 62, wie dies am besten ein Vergleich der Figuren 7 und zeigt. Die sich quer durch die Platte erstreckende öffnung 64 liegt jeweils an den entgegengesetzten Seiten der laminierten Platteneinheit 36 und stellt eine Verbindung mit der Öffnung der Empfängerplatten her.

Im zusammengebauten Zustand der Teilerplatte 38, der Verbindungsplatten 40 und 42, der Empfängerplatten 44 und 46 und der Endplatten 48 und 50 ergibt sich, wie am besten die Figuren 4 und 5 zeigen, ein Kanal 18, der sich axial entlang der Öffnung 60 in der Verbindungsplatte 40 bis in die öffnung 58 erstreckt, der Kanal 18 setzt sich dann radial durch die öffnungen.54 j 62 und 64 fort. . . [

In ähnlicher Weise erstreckt sich der Kanal 20 von seiner Mündung in der Verbindungplatte 42 zu den öffnungen 60 und 58[in

der Verbindungsplatte 40 und durch die öffnung 52 in der Teilerplatte 38 sowie durch Öffnungen in 'der Empfängerplatte und der Endplatte 44 bzw. 48 ähnlich wie dies im Zusammenhang mit den Öffnungen 62 und 64 in der Empfängerplatte 46 und der End-;

j platte 50 beschrieben ist. j

Das Verfahren zur Bildung der laminierten Strahlrohr-Empfängereinheit 10 umfaßt folgende Stufen:

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Zunächst werden die getrennten Platten 38, 40, 42, 44, 46, und 50 hergestellt, und zwar mit den in den Fig.' 6 bis 13 gezeigten Öffnungen. Zwei Verbindungsplatten, zwei Empfängerplatten und zwei Endplatten gehören zu jeder Einheit 10. Alternierende Platten, beispielsweise die Teilerplatte und die Empfängerplatten werden mit einem Hartlotmaterial überzogen. Danach werden die Platten nach der Art, wie sie am besten die Figur 4 und 5 zeigen, aufeinandergelegt und der Hartlöttemperatur ausgesetzt. Dabei werden die Platten zu einer laminierten Platteneinheit 36 nach Fig. 4 und 5 vereinigt. Darin stehen die Platten in engem Oberflächenkontakt.

Die Platteneinheit 36 nach Fig. 5 wird dann an dem Ende 34 in einer Halterung z.B. einem Futter oder einer Klemmeinrichtung eingespannt. Anschließend wird die zylindrische Strahlrohr-Empfängereinheit 10 von diesem Werkstück, und zwar an dem Ende 24 der Einheit 36 durch Bearbeitung gewonnen. Nach der spanabhebenden Bearbeitung wird das Ende 34 von der zylindrischen Einheit 10 abgeschnitten, um so die Strahlrohr-Empfängereinheit 10 fertigzustellen. Diese weist axial und radial verlaufende Kanäle 18 und 20 auf, die sich durch die Einheit erstrecken. Die sich axial erstreckenden Bereiche sind dabei durch die Teilerplatte 38 voneinander getrennt.

Die beschriebene Einheit ist nicht nur einfach und sehr billig herzustellen. Vielmehr erhält man auch sehr enge Toleranzen für die durch die Einheit gehenden Kanäle, ebenso für die Abmessungen der Teilerplatte. Diese Abmessungen sind stets

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exakt gleich groß, ohne daß die sonst notwendige extrem genaue Bearbeitung erforderlich ist. Da die axial verlaufenden Abschnitte 26 und 28 der Kanäle 18 und 20 einen rechteckförmigen' Querschnitt aufweisen, ist die Einheit 10 relativ unempfindlich bezüglich Düsenfluchtungsfehler in Querrichtung des Schiebers 12, wie dies Figur 1 zeigt.

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ORIGINAL INSPECTED

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Claims

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DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRIGKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

^) Fluid-Strahl-Empfängerorgan zum Einbau in den Schieber eines durch Fluidstrahl gesteuerten elektrohydraulischen Servoventils, bei dem der radial zur Längsachse des Schiebers gerichtete Strahl auf zwei Längsbohrungen oder dgl. des Schiebers aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das stöpselartige Empfängerorgan (10) ein laminierter Körper aus mehreren, im wesentlichen flachen plattenförmigen Elementen (38-50) ist, die jeweils Öffnungen oder Durchbrechungen in vorbestimmter relativer Zuordnung und Größe ausweisen, welche jeweils Fluidverteilerkanäle mit axial- und radialgerichteten Bereichen bilden.
2. Empfängerorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente(38-50) aus Metall bestehen und in engem gegenseitigen Flächenkontakt miteinander -insb. durch Hartlöten- fest verbunden sind.
3. Empfängerorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das -vorzugsweise zylindrische- stöpselartige Empfängerorgan (10) in bezug auf eine zentrale Teilerplatte (38) symmetrisch aufgebaut ist und die Teilerplatte (38) die axial verlaufenden Bereiche der Fluidverteilerkanäle voneinander trennt.

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4. Empfängerorgan nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Bereiche der Fluidverteilerkanäle auf derjenigen Seite der Teilerplatte (38) außen an dem Empfängerorgan (1o) münden, die von dem zugehörigen axialen Bereich abgewandt ist, der Art, daß beide Fluidverteilerkanäle die Teilerplatte (38) durchdringen.
5. Empfängerorgan nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufenden Bereiche (52,54,56,58,62,64) der Fluidverteilerkanäle jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
6. Verfahren zum Herstellen eines Fluid-Strahl-Empfängerorgans nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennze ichne t, daß zunächst einzelne plattenförmige Elemente, insb. aus Metall, hergestellt und an ausgewählten Stellen mit Durchbrechungen vorbestimmter Größe versehen werden, daß auf ausgewählte Oberflächen von ausgewählten Elementen ein Bindemittel, insb. Hartlot, schichtförmig aufgebracht wird, worauf die Elemente in vorbestimmter Reihenfolge und mit engem Flächenkontakt aufeinandergelegt und fest miteinander verbunden werden, worauf der laminierte Körper auf die gewünschte Außenkontur bearbeitet wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Teilerplatte mit zwei im gegenseitigen Abstand angeordneten Durchbrechungen versehen und auf ihren beiden Außenseiten jeweils durch wenigstens eine Verbindungsplatte abgedeckt wird, und zwar so, daß Durchbrechungen in den Abdeckplatten mit den Durchbrechungen der Teilerplatte in axiale Ausrichtung gebracht werden, und daß jeweils eine, verschiedene der Durchbrechungen der Verbindungsplatten mit einem zum Rand verlaufenden Schlitz versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beide Seiten der Teilerplatte jeweils außen auf die Verbindungsplatten wenigstens je eine Empfängerplatte und je eine Endplatte aufbringt, welche mit zunehmend größeren Durchbrechungen in Fluchtung mit nur einer der Durchbrechungen der Verbindungsplatte versehen werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die.Platten aus Metall hergestellt und ausgewählte Platten mit einer Hartlotschicht überzogen werden, bevor die Platten zu einem Stapel vereinigt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem laminierten Körper miteinander fest verbundenen Platten

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anschließend zur Herstellung einer vorbestimmten, vorzugsweise zylindrischen Kontur, bearbeitet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichn et, daß nach Fertigstellung der Kontur das die Kontur aufweisende Ende des laminierten Körper von dem Rest des laminierten Körpers abgetrennt wird.

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