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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bohren und Nieten,
die insbesondere, aber nicht ausschließlich, für den Flugzeugbau vorgesehen ist.
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Das Nieten ist ein Verfahren zum Aneinanderfügen von im allgemeinen metallischen
Teilen, bei dem nach dem Bohren eines durch die zwei Teile hindurchführenden Lochs
eine Niete eingeführt wird, die einen vorgeformten Kopf aufweisen kann, wobei der
zweite Kopf durch eine plastische Stauchung des zweiten Endes gebildet wird. Diese
Stauchung resultiert am häufigsten aus dem Anlegen einer starken Druckkraft
zwischen die zwei Enden der Niete. Unter Berücksichtigung der aufzuwendenden Kräfte
und der Abmessungen der zu vernietenden Teile sind die Einrichtungen zum Nieten
im allgemeinen schwere Einrichtungen, die nicht nur sehr beträchtliche Investitionen
sondern auch ausgedehnte Räumlichkeiten benötigen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Nieten, die
einen Kopf beinhaltet, dessen vorderer Teil reduzierte Abmessungen aufweist, um in
schwer zugänglichen Bereichen und besonders im Inneren eines Winkels von 90º
automatisch arbeiten zu können. Die herkömmlichen Bohr-/Nietmaschinen
erlauben es unter diesen Bedingungen nicht, die gewünschten Arbeitsgänge automatisch
auszuführen. In diesen Bereichen müssen das Bohren und das Nieten mit manuell
beweglichen Werkzeugen ausgeführt werden, wobei die Arbeitsgänge zerlegt
werden: Bohren, Anbringung eines Dichtungsmittels, manuelle Anbringung der Niete
und Stauchung. Diese Zerlegung zeigt sich in einer langen und folglich kostspieligen
Durchführungszeit.
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Durch die FR-A-2 532 205 ist eine Nietmaschiue bekannt, die auf einer
Trägerkonsole eine Bohreinheit, eine Einheit für die Nietenbeschickung und eine Nieteinheit
umfaßt, wobei die Konsole mit einem Roboter oder dergleichen gekoppelt sein kann.
Die Nieteinheit ist jedoch durch eine Klammer gebildet, was kein ununterbrochenes
Halten der aneinanderzufügenden Teile während der Gesamtheit der Arbeitsgänge
erlaubt. Eine Niet-/Bohrmaschine mit automatischer Nietenbeschickung ist auch in
der US-A-4 180 195 beschrieben. Diese Druckschrift bezieht sich auf eine klassische
Maschine, die spezielle Einzelheiten der Nietenzuführung aufweist.
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Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, ein zum Bilden des zweiten Nietenkopfes
dienendes Auflageteil anzuordnen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die
Gestalt eines Cs auf, dessen einer Schenkel die Druckkraft ausübt und dessen zweiter
Schenkel die notwendige Gegenwirkung gewährleistet.
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Die US-A-3 534 896 beschreibt eine C-förmige Nietmaschine, die bezüglich des zu
vernietenden Teiles wie eines Flugzeugflügels verschiebbar ist, wobei sie ein auf
einein fahrbaren Träger, dessen Verschiebung numerisch gesteuert ist, angebrachtes
Tragelement beinhaltet.
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Diese Maschine erlaubt jedoch nicht die Einfügung und die Bildung von Nieten an
schwer zugänglichen Stellen, obwohl das "C" schwenkbar angebracht ist.
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Selbstverständlich kann diese Maschine in Form einer auf einer Werkbank
fixierten Maschine als an einem Arm festgelegte oder an einer Ausgleichvorrichtung
aufgehängte Auflagefläche genutzt werden, sie ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn
sie auf einem Träger angebracht ist, dessen Verschiebung durch eine numerische
Steuerung bezüglich der aneinanderzufügenden Teile programmiert werden kann.
Auf diese Weise bleibt die Beziehung Teil-Maschine während eines Arbeitszyklus
konstant, wobei das zu vernietende Teil eventuell ebenfalls beweglich sein kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Bohren und Nieten mit
numerischer Steuerung, die ein Tragelement, das auf einen fahrbaren Träger
montierbar ist, Mittel zum Bohren und Mittel zum Stauchen wenigstens eines Endes
einer Niete enthält, die die Form eines Cs aufweisen, dessen Schenkel zwei Arme der
Vorrichtung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei durch Hydraulikzylinder
gesteuerten Arme, ein oberer beziehungsweise ein unterer, in Gleitschienen des
Tragelements verschiebbar angebracht sind, wobei der obere Arm an seinem Ende einen
Hammer und der untere Arm einen Nietdöpper trägt, die aneinanderzufügenden
Teile einen ganzen Bohr-Niet-Zyklus lang zwischen einer oberen
Einspannvorrichtung und einer in Richtung der Arbeitsachse beweglichen unteren
Einspannvorrichtung zusammengepreßt zweiten, die Mittel zum Bohren und der obere Nietdöpper
über Schlitten in zur Arbeitsachse parallelen ersten Gleitschienen angebracht sind,
die einen Gleitschienen in zweiten, zu den ersten Gleitschienen senkrechten
Gleitschienen vei schiebbar angebracht sind, die zweiten Gleitschienen zwischen sich einen
Winkel kleiner als 90º bilden und der Hammer des Arms nacheinander auf einer
Auflageplatte der Bohrmaschine und dann auf der oberen Fläche des Nietdöppers zum
Aufliegen kommt.
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Auf diese Weise umfaßt die Vorrichtung verschiedene Pneumatikzylinder für die
Positionierung der Elemente sowie Hydraulikzylinder, um die für das Bohren und
die Stauchung der Niete notwendige Kraft bereitzustellen. Die den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung bildende Vorrichtung kann allein als Bohrmaschine, allein
als Nietmaschine, wenn die Durchgangslöcher der Nieten im voraus gebohrt
wurden, oder allgemeiner als Bohr- und Nietmaschine genutzt werden. Diese
Verwendungsmöglichkeiten sind im Schaltbereich der numerischen Steuerung festgelegt.
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Die Bohrmaschine und der Nietdöpper sind auf Schlitten angebracht, die bezüglich
der vorerwähnten Arme nach Richtungen hin translationsbeweglich sind, welche
einen Winkel kleiner als 90º bilden. Auf diese Weise bilden die Gleitschienen der
Schlitten ein V, auf dessen Schenkeln sich die Werkzeuge verschieben lassen. Diese
Anordnung erlaubt es, am Nietkopf in schwierigen Positionen Zusammenfügungen
vorzunehmen.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden
Beschreibung einer speziellen Ausführungsform, die einzig und allein als nicht
beschränkendes Beispiel angegeben ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
offensichtlich werden, welche zeigen:
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Figur 1 eine Seitenansicht des Bohr- und Nietkopfes;
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Figur 2 eine Draufsicht auf denselben Kopf;
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Figur 3 eine vertikale Schnittansicht der Bohrmaschine;
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Figur 4 eine Ansicht der Vorrichtüng für die Druckkraft auf die zu vernietenden
Teile;
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Figur 5 eine Draufsicht auf den Nietenzuführungsarm im Schnitt;
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Figur 6 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Figur 5;
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Figur 7 eine Teilschnittansicht des Nietkopfes;
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Figur 8 eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII von Figur 7.
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Wie dies in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, weist der Arbeitskopf, wie als
solcher bekannt, die Form eines Cs auf, das durch ein Tragelement (1) gebildet ist,
welches an seinen zwei Enden einen oberen Arm (2) und einen unteren Arm (3)
trägt, die im Inneren von mit dem Tragelement (1) fest verbundenen Gleitschienen
translationsbeweglich sind. Die Translationsbewegung der Arme (2) und (3) wird
durch Einwirkung auf zwei Hydraulikzylinder (4) und (5) (Figur 8) erzielt, wobei
nur der Zylinder (4) des oberen Arms (2) in Figur 2 zu sehen ist. Diese Zylinder
dienen dazu, die für die Stauchung der Niete notwendige Druckkraft bereitzustellen,
wobei der vordere Teil des Arms (2) den Niethammer (21) in der Arbeitsachse bildet,
die in Figur 1 als strichpunktierte Linie symbolisiert ist. Das den Amboß bildende
Gegendruckteil ist vom Arm (3) getragen. Die Arme (2) und (3) lassen sich jeweils
in den Gleitschienen (22) und (23) (Figur 2) verschieben.
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Im Verlauf des Nietzyklus ist es jedoch wichtig, daß die zusammenzufügenden
Bleche fest gegeneinander gedrückt werden, um insbesondere zu vermeiden, daß sich
während des Bohrens Grate bilden, welche die Qualität und die Dichtigkeit des
Kontakts zwischen den zwei Blechen beeinflussen.
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Zu diesem Zweck sind die zu vernietenden Teile zwischen einer oberen
Einspannvorrichtung (6) und einer unteren Einspannvorrichtung (7) eingeschlossen. Die
Einspannvorrichtung (6) ist auf einer mit dem Tragelement (1) fest verbundenen Platte
(11) angebracht und weist eine das Hindurchführen von Nieten und des Bohrers
erlaubende Öffnung (12) auf. Die Einspannvorrichtung (7) ist vertikal
translationsbeweglich und wird durch einer Pneumatikzylinder (8) angetrieben, dessen
Kolbenstange mit an dem Tragelement (1) gelenkig angebrachten Hebeln (9) fest verbunden
ist. Eine Stellschraube (10) erlaubt ein Einstellen der relativen Position des
Zwischenraums zwischen der Einspannvorrichtung (7) und der Einspannvorrichtung (6)
als Funktion der Dicke der zu vernietenden Bleche.
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Mau erkennt in Figur 1 die in einer allgemeinen Weise durch das Bezugszeichen (14)
bezeichnete Bohrmaschine, welche ein Werkzeug voin Typ eines Bohrers (13) trägt.
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Wie sich dies besser aus Figur 2 ergibt, in der der obere Arm herausgenommen
wurde, ist die Bohrmaschine (14) mit einem Schlitten (15) fest verbunden, der
einerseits in einer ersten Richtung auf einer zur Arbeitsachse orthogonalen
Gleitschiene (16) und andererseits in einer zur Richtung der Gleitschiene (16)
senkrechten Richtung auf einer Gleitschiene (17) verschiebbar ist; auf diese Weise kann sich
die Bohrmaschine (14) in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschieben,
wobei die Gleitschiene (16) gemäß eines Merkmals der Erfindung bezüglich der (nicht
gezeigten) Symmetrieachse des Nietmaschinenkopfes geneigt ist.
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Symmetrisch dazu ist Träger (24) der Nietenzuführung und des oberen
Nietdoppers (69) (Fig. 1) auf einem Schlitten (25) angebracht, der unter dem Einfluß
eines Zylinders in einer ersten Richtung auf einer Gleitschiene (26) und in einer zu
derjenigen der Gleitscheine (26) senkrechten Richtung auf einer Gleitschiene (28)
verschiebbar ist.
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Wie zuvor ist die Gleitschine (26) bezüglich der Symmetrieachse des Kopfes geneigt,
wobei die zwei Gleitschienen (25) und (26) einen Winkel von ungefähr 70º bilden. Es
ist die aufeinanderfolgende Verschiebung des Schlittens (15) und dann des
Schlittens (25), die einerseits die Bohrung der Bleche und andererseits die Einführung
der Niete in das gebohrte Loch erlaubt. Man erkennt in Figur 2 auch einen Träger
(29), der dazu dient, das Ende des Rohrs zur Einführung der Nieten aufzunehmen,
wie dies später beschrieben werden wird. Die Nieten von einer für den jeweiligen
Arbeitsgang passenden Gestalt, die mittels bekannter Vorrichtungen wie zum
Beispiel Rüttelspeisern, ausgewählt sind, gelangen über ein Rohr (70) (Figur 2) zu dem
Träger (29). Auch ist der Nietkopf vorteilhafterweise mit Mitteln (71, 72) versehen,
die es erlauben, in dem ausgefrästen oder nicht ausgefrästen Loch ein Dichtmittel,
das durch die Stauchung der Niete gegen die Unterseite des Nietenkopfes und das
obere Blech gedrückt wird, anzuordnen.
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Die Bohrmaschine (14) ist in Figur 3 im Schnitt dargestellt. In dieser Figur ist im
Bohrfutter (31) ein Werkzeug (13) gehalten, das es erlaubt, die zwei
aneinanderzufügenden Bleche zu bohren und gegebenenfalls das obere Blech auszufräsen, um
eine Aufnahme für den Nietenkopf zu bilden. Die Welle (32) der Bohrmaschine wird
durch ein Zahnrad (33) in Drehung versetzt, das seinerseits mechanisch mit einem
Zahnradgetriebe (34) verbunden ist, wobei die Achse des von der Nabe (33) am
weitesten entfernten Zahnrads (34) durch einen über ein Ansatzstück (36) mit einer
Druckluftquelle verbundenen Druckluftmotor (35) angetrieben wird.
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Das Eindringen des Bohrers (13) in die Bleche wird, nachdem der Bohrer in Drehung
versetzt wurde, durch eine Druckkraft erreicht, die durch den Hammer (21) (Fig. 1)
auf die Auflageplatte (37) ausgeübt wird, wenn der Bohrer (13) durch Verschieben
längs dei Gleitschiene (16) in die Arbeitsachse gebracht wird.
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Wie zuvor erwähnt, ist die Bohrmaschine (14) mit einein auf der Gleitschiene (17)
vertikal translationsbeweglichen (in der Zeichnung) Schlitten (15) fest verbunden.
Nach dieser Bewegung zum Absenken und Bohren dei Bleche wird die Bohrmaschine,
sobald die Druckkraft auf den Arm (2) vermindert wurde, durch eine zwischen dem
Schlitten (15) und einem Punkt (39) der Gleitschiene angebrachte Feder (38) nach
oben zurückgefahren. Aut diese Weise fährt die Feder (38) nach dem Anheben
des Arms (2) die Bohrmaschine (14) längs der Gleitschiene (17) nach oben zurück.
Die Bohrmaschine kann dann eine Translationsbewegung auf der Gleitschiene (16)
ausführen, die die Arbeitsachse für die Einführung einer Niete freimacht.
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Figur 4 ist eine Detailsansicht, die die Steuerung der unteren Einspannvorrichtung
für Bleche (7) darstellt. Wie oben erwähnt, wird die Steuerung der Druckkraft auf
die Bleche durch Einwirkuug eines um eine Achse (40), die durch ein auf dem
Tragelement (1) befestigtes oberes Tragteil gehalten ist, gelenkig angebrachten
Pneumatikzylinders (8) erzielt. Der Zylinder (8) wird über einen Anschlußstutzen (41) mit
komprimierter Luft versorgt, die die Druckkraft auf den mit der Stange (43) fest
verbundenen Kolben (42) ausübt, wobei der Kolben (42) mit einer Rückstellfeder
(44) ausgerüstet ist. Auf dem Kopfende (45) der Stange (43) des Kolbens ist ein
erster Hebel (9) montiert, der um eine Achse (46) gelenkig angebracht ist und der
über ein Kuppelteil mit einem Zahn (47) mit einem zweiten, an einem Punkt (48)
angelenkten Hebel (9) zusammenwirkt. Der zweite Hebel (9) ist seinerseits bei (48)
auf dem Träger (49) der unteren Einspannvorrichtung für Bleche (7) angelenkt. Auf
diese Weise hebt sich wenn die komprimierte Luft durch das Anschlußstutzen (41)
zugeführt wird, der Kolben (42) im Inneren des Zylinders an, was eine
Rechtsdrehung des ersten Hebels (9) hervorruft, eine Drehung, die ihrerseits die Drehung des
zweiten Hebels (9) mittels des Eingreifens des einen Zahns (47) in entgegengesetzter
Richtung hervorruft, was sich in einer Aufwärtsbewegung der Einspannvorrichtung
(7) äußert, eine Bewegung, die bis zur Erzielung einer ausreichenden Druckkraft auf
das untere Blech fortgesetzt wird.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen die Nietenzuführungsvorrichtung in der Arbeitsachse für
deren Stauchung.
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Man erkennt in den Figuren 5 und 6 wieder die zuvor erwähnten Elemente, nämlich
den Nietentransportarm (24), der mit dem Schlitten (25) auf der Gleitschiene (28)
fest verbunden ist, welche sich ihrerseits in der Gleitschiene (26) verschiebt. Der Arm
(24) ist an seinem äußeren Bereich durch eine Klammer (50) abgeschlossen,
unterhalb derer sich der (in den Figuren 5 und 6 nicht dargestellte) obere Nietdöpper (69)
erstreckt. Die Verschiebung des Schlittens (25) wird durch Einlassen komprimierter
Luft über das Ansatzstück (56) in den Zylinder (51) erzielt, wobei die Luft die
Verschiebung eines mit den Gleitschienen (28), aut denen der den Arm (24) tragende
Schlitten (25) verschiebbar ist, fest verbundenen Kolbens (52) bewirkt. Der Arm
(24) ist durch die Klammer (50) abgeschlossen, die dazu dient, die durch das Rohr
(70) (Figur 2) auf dem Rohrträger (29) ankommenden Nieten zu greifen. Wenn auf
der Höhe des Rohrs (29) eine Niete vorhanden ist, weicht der Kolben (52) von der in
den Figuren 5 und 6 dargestellten Stellung aus in der Weise zurück, daß die
Klammer (50) sofort unter den Eintritt des Rohrs (29) geführt wird, die Klammer ergreift
die Niete an ihrem unteren Teil und führt sie in die Arbeitsachse. Auf diese Weise
bleibt die Niete ununterbrochen mit der Zange gehalten, was das Arbeiten mit dem
Nietkopf in allen Positionen gestattet. Der obere Nietdöpper (69) (Fig. 1) senkt sich
unter dem Druck des Arms (2) ab, wobei die Niete über das in den Blechen gebildete
Loch hinausragt, was die Niete von der Klammer (50) freimacht. Dann weicht der
Schlitten zurück, um die nach folgende Niete zu greifen.
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Wie zuvor erwähnt, wird die Einführung der Niete in das zu diesem Zweck
vorgesehene Loch durch eine Verschiebung des Arms (2) nach unten bewirkt, der die Niete
außer Eingriff der Klammer (50) bringt. Wie im Fall der Bohrmaschine wird der
Klammerhaltearm (24) durch eine zwischen dem Schlitten (25) und einem festen
Punkt der Gleitschiene (28) angebrachte Feder (55) in die obere Position
zurückgefahren. Das Nietenzuführungsrohr (29) ist mit zwei Federn (58) ausgerüstet, die das
Halten der Niete ermöglichen.
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Die Figuren 7 und 8 sind Detailansichten, die die Anbringung des oberen (2) und des
unteren (3) Arms zeigen, welche dazu vorgesehen sind, die notwendigen Druckkräfte
sowohl für das Bohren durch den Arm (2) als auch für das eigentliche Nieten durch
die Arme (2) und (3) anzulegen, wobei diese letztere Druckkraft den unteren (68)
und den oberen (69) Nietdöpper beaufschlagt. Der Nietdöpper (68) durchquert den
Einspannhalter (7), während der Nietdöpper (69) den Einspannhalter (6)
durchquert.
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Wie zuvor erwähnt, ist der Arm (2) verschliebbar in einer Gleitschiene (22) des
Tragelements angebracht und hierbei einerseits mit einer Gleitführung (60) und
andererseits mit dem Kopfende (61) der Stange (62) des Kolbens (63) fest verbunden,
der sich unter der Wirkung von unter Druck stehendem Öl im Inneren des Zylinders
(64) verschiebt, wobei eine Feder (65) den oberen Arm nach oben zurückfährt, wenn
der Druck des Öls aufgehoben wird. Das Tragelement 1 weist auch eine Öffnung
(66) zur Durchführung verschiedener Kabel und für die Funktion des Bohr- und
Nietkopfes notwendiger Leitungen auf, der außerdem auf einem Roboterarm oder
dergleichen befestigt ist.
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Wie dies in Figur 7 zu erkennen ist, läßt sich der Arm (3) unter der Einwirkung
eines (nicht gezeigten) Zylinders (5) im Inneren einer Gleitschiene (23) verschieben,
wobei der Arm (3) mit einem in der zu jener der Kolbenstange (62)
entgegengesetzten Richtung angebrachten Kolbenstange fest verbunden ist. Auf diese Weise
ist die Anwendung der Druckkraft insbesondere während des Nietens andauernd
ausgeglichen, das heißt, daß die Druckkraft für die Stauchung der Niete aus einer
Doppelwirkung von zwei Kräften in entgegengesetzten Richtungen resultiert. Die
Stauchungswirkung auf die Niete ist auf diese Weise viel stärker als in dem Fall, in
dem der eine Schenkel des Cs den Hammer und der andere den Amboß bildet.
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An dem sich in der Arbeitsachse befindenden Ende des Arms (3) ist der untere
Nietdöpper (68) erkennbar, der zur Stauchung der Niete dient. Der Arm (3) läßt
sich in der Gleitschiene (23) mittels einer Gleitführung (67) verschieben.
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Im Fall eines vollständigen Bohr- und Nietvorgangs ist der Arbeitszyklus der
folgende:
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Sobald der Kopf beiderseits der zwei zu vernietenden Bleche A und B (Figur 1) durch
eine vom Zylinder (8) ausgeübte Druckkraft zur Anlage kommt, werden die Bleche
zwischen die Einspannvorrichtungen (6) und (7) gepreßt. Sie bleiben während der
gesamten Dauer eines Zyklus gegeneinander gepreßt. Der erste Arbeitsgang besteht
im Bohren eines Durchgangslochs für eine Niete. Zu diesem Zweck läßt sich die
Bohrmaschine (14) längs der Gleitschiene (16) verschieben, um das Werkzeug (13)
in die Arbeitsachse zu führen. Der Druckluftmotor (35) wird dann in Rotation
versetzt, was sich in der Rotation des Bohrers (13) äußert. Gleichzeitig beginnt der
Arm (2) seine Abwärtsbewegung und der Kopf (21) kommt gegen die Fläche (37)
der Bohrmaschine (14) derart zur Anlage, daß diese sich längs der Gleitschiene (17)
absenkt und das Loch bohrt, wobei der Bohrer (13) durch das Innere der Öffnung
(12) hindurch bewegt wird. Das Werkzeug (13) kann entsprechend seiner Form
einen einfachen Bohrvorgang oder einen Bohr-/Fräsvorgang ausführen. Sobald die
Druckkraft auf den Zylinder (4) aufgehoben wird, schiebt die Feder (65) den Kolben
(63) nach oben zurück und der Arm (2) hebt sich wieder. Ebenso führt die Feder
(38) die Bohrmaschine (14) in die obere Position zurück, wonach die Bohrmaschine
eine Rückstellbewegung langs der Gleitschiene (16) in dem Weise ausführt, daß sie die
Arbeitsachse freimacht. Ein Dichtigkeitsmittel kann dann in das Loch eingespritzt
werden.
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Eine auf dem oberen Niveau des Rohrträgers (29) vorhandene Niete wird dann
durch die Klammer (50) ergriffen. Der Träger (24) führt längs der Gleitschiene
(26) eine Bewegung in Richtung der Arbeitsachse aus. Wenn die Niete der Öffnung
(12) gegenüberliegend zugeführt ist, senkt sich der Arm (2) erneut ab, ebenso wie
der obere Nietdöpper (69), der in die Arbeitsachse vorgeschoben ist. Während der
obere Nietdöpper (69) der Abwärtsbewegung des Arms (2) folgt, kommt er auf dem
Nietenkopf zur Anlage, wobei er durch den Hammer (21) gedrückt wird. Gleichzeitig
hebt sich der untere Arm (2), so daß der untere Nietdöpper (68) gegen das untere
Ende der Niete zur Anlage kommt. Eine gleichzeitig auf die Zylinder (4) und (5)
angewendete Druckkraft bewirkt die Stauchung der Niete und die Fixierung der zwei
Bleche an dem betreffenden Punkt. Die Arme (2) und (3) nehmen dann wieder ihre
entfernte Position ein, der Kopf verschiebt sich und ein neuer Arbeitszyklus beginnt.