DE69109055T2 - Verfahren zum automatischen Bearbeiten der Ränder von Glasscheiben und Gerät zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Verfahren zum automatischen Bearbeiten der Ränder von Glasscheiben und Gerät zur Durchführung des Verfahrens.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung der Ränder von Glasscheiben und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Die Ränder von Glasscheiben werden üblicherweise einem Verfahren unterzogen, das als Kantenschleifbearbeitung bekannt ist und darin besteht, mehrmals nacheinander mit immer feineren Schleifkörpern die Ränder der Platte abzuschleifen, während man den Schleifbereich mit Wasser feuchthält. Die Schleifkörper stehen dabei mit ihrer Achse senkrecht zur Ebene der zu bearbeitenden Scheibe.
  • Die Kantenschleifbearbeitung wird gegenwärtig mittels halbautomatischer Verfahren unter Verwendung von Vorrichtungen durchgeführt, die eine zentrale Halterung mit einem mit Saugnäpfen ausgestatteten Tisch, auf dem die zu bearbeitende Scheibe fixiert ist, und einen den Schleifkörper tragenden Arm umfassen, der vollständig um die Platte herum bewegt werden kann und an dem ein den Schleifkörper tragender Kopf radial bewegt werden kann. Die Bedienperson faßt den Kopf mit den Händen und bewegt ihn tangential um die Scheibe herum, wobei er ihn gegen die Scheibe gepreßt hält, um deren Rand zu bearbeiten. Derartige Vorrichtungen sind gelegentlich mit elektronischen Einrichtungen ausgestattet und bieten die Möglichkeit, unter Verwendung einer Schablone Werkstücke mit einfacher Kontur halbautomatisch zu bearbeiten.
  • Dieses Verfahren ist im allgemeinen zeitaufwendig und erfordert qualifizierte Bedienpersonen, die den gegen den Rand der Scheibe ausgeübten Druck genau regulieren können, um eine Beschädigung des Randes oder eine Entfernung von zu viel Material zu vermeiden. Soll eine Serie von identischen Teilen hergestellt werden, so treten ferner gewöhnlich abhängig vom Geschick der Bedienperson geringfügige Abweichungen zwischen den einzelnen Teilen auf.
  • Aus der GB-A-1 566 443 ist eine Arbeitsstation bekannt, die zur Durchführung automatisierter Arbeitsschritte programmierbar ist und zwei Arbeitsköpfe hat, die jeweils von einer Vielzahl von Schrittmotoren mit drei Freiheitsgraden, die von einer elektronischen Einheit und einem Minicomputer gesteuert werden, betätigt werden. Eine Programmeinheit speichert das Arbeitsstationsprogramm und Positionsdaten, die den Weg des Arbeitskopfes definieren, sowie Prozeßdaten, die die vom Arbeitskopf auf seinem Weg an bestimmten Punkten auszuführenden Arbeitsschritte definieren.
  • Die EP-A3-0 092 021 betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Mittelachse eines Bohrloches, die ein Zwischenstück mit einer zentralen Tasche umfaßt, so daß ein Roboter das Zwischenstück sondieren kann, um die Position und die Ausrichtung des gewünschten Bohrloches zu ermitteln.
  • Die EP-A1-0 377 755 betrifft ein optisch gesteuertes Robotersystem mit einer Robotersteuereinrichtung zur Steuerung der Betätigung eines Roboterkörpers und einem optischen Sensorsystem zur Erfassung optischer Informationen. Ferner ist eine herkömmliche Bedienungstafel mit einer Vorrichtung zum Auswählen zwischen einer ersten Betriebsart zur Ausführung einer mit der Roboter-Steuerungseinrichtung zusammenhängenden Operation und einer zweiten Betriebsart zur Ausführung einer mit dem optischen Sensorsystem zusammenhängenden Operation vorgesehen.
  • Ferner ist aus der EP-A3-0 155 218 ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Darüber hinaus ist aus der EP-A3-0 155 218 eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 bekannt.
  • Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu überwinden, d.h. eine automatische Vorrichtung bereitzustellen, die eine Kantenschleifbearbeitung an Glasscheiben mit beliebiger Kontur durchführt, ohne daß dazu qualifizierte Bedienpersonen notwendig sind, und die sicherstellt, daß bei Serienfertigung alle fertig bearbeiteten Scheiben identisch sind.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung des Randes einer Glasscheibe gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur automatischen Bearbeitung eines Randes einer Glasscheibe gelöst, wie sie in Anspruch 3 definiert ist.
  • Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche lediglich beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist und nicht einschränkend verstanden werden darf. Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Figur 2 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1,
  • Figur 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Details der Vorrichtung gemäß Figur 1.
  • Figur 4 eine schematische Draufsicht des Tisches gemäß Figur 1 mit einer Glasscheibe während verschiedener Selbstlernschritte,
  • Figur 5 eine Abbildung der Anbringung des selbstlernenden Meßfühlers,
  • Figur 6 eine schematische Darstellung der Abfolge der Selbstlern-Bewegungen.
  • Unter Bezugnahme auf die oben genannten Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der Kantenschleifbearbeitung.
  • Die Vorrichtung 1 soll der Kontur einer Glasscheibe 2 folgen, die bei dem in Figur 4 dargestellten Beispiel die Form einer Acht hat.
  • An der Scheibe 2 kann eine Kontur ausgeführt werden, die gerade und gekrümmte Abschnitte mit ineinander übergehender Kontur umfaßt, d.h., bei der die Tangenten der gekrümmten Abschnitte in die geraden Abschnitte übergehen.
  • Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Rahmen, der sich in Längsrichtung in einer Richtung X-X erstreckt und einen horizontalen Tisch 3 und eine Art Längsportal hat, das sich brückenartig in Längsrichtung über dem Tisch erstreckt.
  • Das Portal hat vertikale Seitenteile 4, 5 und ein horizontales Querelement 6.
  • Eine horizontale Fläche 7 ist auf dem Tisch 3 befestigt und ist dazu bestimmt, das Glas 2 aufzunehmen, so daß dieses daraufliegt und waagerecht auf geeigneten Halterungen 8 gelagert ist, die so angeordnet werden können, daß die Bearbeitung der Kontur der Platte möglich ist. Die Halterungen sind vom Typ eines mit einer Saugeinheit ausgestatteten Saugnapfs, und ferner sind einfahrbare pneumatische Widerlager vorgesehen, die zylinderförmige Elemente mit vertikaler Achse umfassen, die gleitend am Tisch befestigt sind und in einer Ausfahrrichtung betätigt werden, um die zu bearbeitende Scheibe zu zentrieren, und die dann während der Scheibenbearbeitungsschritte in eine eingefahrene Position bewegt werden.
  • Die Vorrichtung 1 umfaßt ferner einen ein Werkzeug tragenden Kopf 9, der am Rahmen angebracht ist, wie weiter unten erläutert.
  • Ein Wagen 10 ist an dem Querelement 6 des Rahmens auf geeigneten Schienen 11, die am Querelement 6 angebracht sind gleitend gelagert.
  • Der Wagen 10 kann unter der Einwirkung an sich bekannter Betätigungsmittel 12 in der Richtung X-X bewegt werden, wobei die Betätigungsmittel beispielsweise einen Gleichstrommotor umfassen, der eine Kugellagermutter betätigt, die starr mit dem Wagen verbunden ist.
  • Unterhalb des Wagens 12 ist ein zweiter Wagen 13 angeordnet, der relativ zu dem Wagen 12 auf entsprechenden Schienen 14 gleitet, die sich in einer zur Richtung X-X orthogonalen Richtung Y-Y erstrecken.
  • Der zweite Wagen 13 läßt sich unter der Einwirkung an sich bekannter Betätigungsmittel, beispielsweise eines Gleichstrommotors, in der Richtung Y-Y verfahren.
  • Ein Schlittern 20 ist auf dem zweiten Wagen 13 angeordnet und ist auf vertikalen Schienen 21 in der Richtung Z-Z gleitend verfahrbar.
  • Der Schlitten 20 läßt sich unter der Einwirkung von Betätigungsmitteln in der Richtung Z-Z verfahren, die einen Gleichstrom-Elektromotor 22 umfassen, der auf einer am zweiten Wagen 13 angebrachten Plattform 23 montiert ist, und dessen Welle über ein Zahnriemengetriebe eine vertikale Schraube 24 dreht, deren Gewinde mit einer Kugellagermutter 25 in Eingriff steht, die starr mit dem Schlitten verbunden ist.
  • Der das Werkzeug tragende Kopf 9 ist an dem Schlitten 20 befestigt und umfaßt eine einen Schleifkörper tragende Spindel 26, die diamantbesetzte Polierschleifkörper oder einen selbstlernenden Meßfühlerkopf aufnehmen kann, wie im folgenden beschrieben ist.
  • Die Spindel 26 wird von einem am Schlitten 20 angebrachten Elektromotor 27 jeweils mit der erforderlichen Geschwindigkeit drehangetrieben. Die Schleifkörper sind so gewählt, daß sie sich zur Ausführung der aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte Vorschleifen, Feinschleifen und Polieren eignen.
  • Die Vorrichtung umfaßt ferner im allgemeinen bekannte Einrichtungen zum Besprühen des Schleifbereiches mit Wasser.
  • An einer Schmalseite der Vorrichtung ist ein Magazin 28 zum automatischen Austauschen der Werkzeuge und zum Einwechseln des Meßfühlers vorgesehen. Beim vorliegenden Beispiel faßt das Magazin fünf Werkzeuge sowie einen selbstlernenden Meßfühler 29, jedoch kann auch eine andere Anzahl Werkzeuge vorgesehen sein.
  • Die Werkzeuge werden im Aufnahmebereich der Spindel mittels herkömmlicher Vorrichtungen verrastet, vorteilhafterweise mittels Spiralfedern, die auf eine doppeltwirkende lineare pneumatische Betätigungsvorrichtung einwirken, wobei die Druckluft zur Freigabe des Werkzeugs verwendet wird.
  • Der selbstlernende Meßfühler 29 ist vorteilhafterweise von dem Typ, der sich zur Erfassung der drei Richtungen X, Y und Z und zur Übertragung der Koordinaten mit Infrarotimpulsen eignet. Der Meßfühler erlaubt die Ermittlung der Position des Werkstücks und damit die Bestimmung der optimalen Schleifposition des Werkzeuges sowie darüber hinaus die Sondierung, Lageermittlung und Bearbeitung einer beliebigen geometrischen Kontur. Die Übertragung der Impulse durch Infrarotstrahlung macht Übertragungskabel, welche die Bewegungen behindern würden, überflüssig.
  • Die Ermittlung der Z-Ebene erfolgt durch Absenken des Meßfühlers auf die Scheibe. Dabei wird die Oberflächenebene der Scheibe ermittelt. Die Dicke der Scheibe wird durch Subtraktion der Wirkungsebene der Saugnäpfe bestimmt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine an sich bekannte numerische Steuerungsvorrichtung 30, in die die Koordinaten der Kontur der Scheibe 2 eingespeist werden können. Dies kann entweder durch manuelle Eingabe über die Tastatur erfolgen, wenn es sich um einfache Konturen handelt, oder bei komplizierteren Konturen über das Selbstlernverfahren, durch aufeinanderfolgende Ermittlungen der Koordinaten des Scheibenrandes durch den Meßfühler.
  • Die numerische Steuerungsvorrichtung ist über Kabel mit der Vorrichtung zur Betätigung des Wagens 10 und der Vorrichtung zur Betätigung des zweiten Wagens 13 verbunden, um den Kopf 9 in die Richtungen X-X und Y-Y zu bewegen, wobei eine kontinuierliche Steuerung der Konturbearbeitung erfolgt.
  • Vorteilhafterweise ist die numerische Steuerungsvorrichtung auch mit der Vorrichtung zur Betätigung des Schlittens 20 verbunden, um den Kopf 9 vertikal auf die zu bearbeitende Glasscheibe hin und von dieser weg zu bewegen, sowie auch mit den anderen Motoreinrichtungen, um alle Bewegungen der Vorrichtung in geeigneter Weise zu steuern und die Werkzeuge nach den jeweiligen Anforderungen in automatischer Abfolge auszuwechseln.
  • Die Abfolge der Selbstlern-Bewegungen ist in der Figur 6 gezeigt. Es wird zunächst eine ausgreifende und rasche Bewegung I von der Scheibe 2 weg durchgeführt, dann eine zweite ausgreifende und rasche Bewegung II orthogonal zur ersten Bewegungsrichtung I, eine dritte ausgreifende und rasche Bewegung III in ungefährer Annäherung an das Werkstück bis zum Kontakt mit diesem, eine vierte knappe und rasche Zurückbewegung IV, eine fünfte langsame Bewegung V zur exakten Annäherung an das Werkstück, sowie eine sechste knappe und langsame Bewegung VI, an deren Ende die den ermittelten Koordinaten X und Y entsprechenden Impulse an den Computer weitergeleitet werden.
  • Ein Kontakt mit der Scheibe während der zweiten Bewegung oder ein fehlender Kontakt mit der Scheibe während der dritten Bewegung sind Ereignisse, die auf eine Richtungsänderung der Scheibe gegenüber den vorhergehenden Bewegungsabfolgen hindeuten. In diesem Fall werden die Richtungen und Orientierungen der Bewegung des Kopfes um 90º gedreht.
  • Zur Bearbeitung einer Glasscheibe, bei der gerade Konturabschnitte in gekrümmte Abschnitte übergehen, richtet man es so ein, daß die geraden Konturabschnitte vorzugsweise entlang der X- oder der Y-Achse verlaufen, so daß bei der Bearbeitung dieser Abschnitte der Schleifkörper nur entlang der X-Achse bzw. nur entlang der Y-Achse bewegt wird, während für die Ausführung der gekrümmten Abschnitte sowie auch für die schräg verlaufenden geraden Abschnitte der Schleifkörper mit gleichzeitigen X- und Y-Bewegungen betätigt wird, um die gewünschte Kontur zu reproduzieren.
  • Die Kontur der Scheibe wird mehrmals hintereinander mit immer feineren Schleifkörpern nachgefahren, um zunächst vorzuschleifen, dann feinzuschleifen und schließlich zu polieren.
  • Vorteilhafterweise ist der Schleifkörper in der Mitte der Dicke der Glasscheibe angeordnet, und auch der Meßfühler berührt die Glasscheibe in der Mitte ihrer Dicke, um ihre Kontur zu ermitteln.
  • Die Polierschleifkörper nutzen sich rasch ab, d.h. ihr Durchmesser und somit auch ihre Bearbeitungskontur verändern sich rasch. Die Vorrichtung gleicht diese Abnutzung automatisch aus, indem sie die Schleifkörperachse in Abhängigkeit der vom Elektromotor 27 verbrauchten Energie an das zu bearbeitende Werkstück heranbewegt. Wird eine Abnahme des Energieverbrauchs ermittelt, was darauf hinweist, daß der Schleifkörper aufgrund seines kleineren Durchmessers weniger stark gegen die Scheibe drückt, so wird der Weg der Schleifkörperachse näher an die Plattenkontur herangeführt. Gleichzeitig wird die Drehzahl des Motors verändert, um die eingestellte Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant zu halten.
  • Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie eine vollkommen automatische Bearbeitung der Konturen von Glasscheiben ermöglicht, wobei die zu bearbeitende Scheibe nur einmal positioniert werden muß.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die bearbeiteten Konturen von gleichbleibend hoher Qualität sind.
  • Ferner kann eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden, und es wird praktisch keine Bruch- und Ausschußware produziert.
  • Schließlich erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Bearbeitung von komplizierten Konturen mit sich verändernder Krümmung im Konturverlauf auch durch die Selbstlern-Vorrichtung, wodurch sich die Totzeiten zum Einrichten der Vorrichtung reduzieren.
  • Somit ist festzustellen, daß die Erfindung die ihr zugrundeliegende Aufgabe löst.
  • Die so konzipierte Erfindung läßt sich auf vielerlei Weise abändern und modifizieren, wobei sämtliche Modifikationen und Änderungen durch den Erfindungsgedanken abgedeckt sind, wie er in den Ansprüchen definiert ist.
  • Die verwendeten Materialien sowie die Formen und Abmessungen können je nach den praktischen Anforderungen beliebig variieren, ohne den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
  • Soweit in einem Anspruch angegebene technische Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen einzig und allein zur besseren Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt. Sie haben somit keine einschränkende Wirkung auf den Umfang eines mit einem solchen Bezugszeichen beispielhaft bezeichneten Elementes.

Claims (4)

1. Verfahren zur automatischen Bearbeitung des Randes einer Glasscheibe, welches die folgenden Schritte umfaßt:
- Fixieren der Glasscheibe (2) auf einem Arbeitstisch (3);
- Speichern eines Satzes von Raumkoordinaten des Randes der zu bearbeitenden Scheibe (2) entlang zweier orthogonaler Achsen X und Y;
- Vorsehen einer numerischen Steuerungsvorrichtung (30) und Verarbeiten der Koordinaten mittels der numerischen Steuerungsvorrichtung (30) zur Bestimmung des vom Außenumfang eines Schleifkörpers zu verfolgenden Wegs zur Erzeugung einer Kontur, die Bögen und dazu tangentiale Geraden enthält;
- Berechnen der aufeinanderfolgenden Bewegungen entlang der Achsen X und Y, die der Mittelpunkt des Schleifkörpers zur Bearbeitung des Randes der Scheibe (2) ausführen muß, gemäß mindestens einem Parameter, der ausgewählt ist aus:
a) dem Durchmesser des verwendeten Schleifkörpers, und
b) der Abnutzung des verwendeten Schleifkörpers;
- Steuern der Bewegungen eines den Schleifkörper tragenden Bearbeitungskopfes (9) entlang dem Rand der Scheibe (2) anhand der berechneten Werte;
dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
- Ermitteln der Koordinaten durch Ausführen von aufeinanderfolgenden Sequenzen selbstlernender Bewegungen mit einem die Koordinaten durch Infrarotstrahlung übermittelnden Meßfühler (29) entlang dem Rand der Scheibe (2);
- Betätigen des Kopfes (9) derart, daß nacheinander aus einem Werkzeugmagazin (24)
c) der selbstlernende Meßfühler (29), und
d) immer feinere diamantbesetzte Polierschleifkörper entnommen werden, wodurch in aufeinanderfolgenden Durchgängen ein polierter Rand am Rand der Scheibe (2) geschaffen wird,
wobei die Sequenz der selbstlernenden Bewegungen eine ausgreifende und rasche Bewegung in eine erste Richtung (I) von der Scheibe (2) weg, eine ausgreifende und rasche Bewegung in eine zweite Richtung (II) orthogonal zur ersten Bewegungsrichtung (I), eine ausgreifende und rasche Bewegung in eine dritte Richtung (III) in ungefährer Annäherung an die Scheibe (2) bis zum Kontakt mit dieser, eine knappe und rasche Zurückbewegung in eine vierte Richtung (IV) von der Scheibe (2) weg, eine langsame Bewegung in eine fünfte Richtung (V) in exakter Annäherung an die Scheibe (2), sowie eine knappe und langsame Bewegung in eine sechste Richtung (VI) entgegengesetzt zur fünften Bewegungsrichtung (V) umfaßt, und
wobei ein Kontakt mit der Scheibe (2) während der Bewegung in die zweite Richtung (II) oder ein fehlender Kontakt während der Bewegungsereignisse eine Änderung der Richtung der Scheibe (2) im Vergleich zu den vorhergehenden Sequenzen anzeigt, wobei die Richtungen und Orientierungen der Bewegungen in diesem Fall um 90º gedreht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:
- Übermitteln von Koordinaten, die von dem Meßfühler während der Bewegung in die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Richtung (I, II, III, IV, V, VI) ermittelt werden, mittels Infrarotstrahlungsimpulsen, und
- Empfangen und Verarbeiten der von dem Meßfühler (29) übermittelten Infrarotstrahlungsimpulse in der numerischen Steuerungsvorrichtung (30).
3. Vorrichtung zur automatischen Bearbeitung eines Randes einer Glasscheibe, umfassend einen im wesentlichen horizontalen Arbeitstisch (3) mit Fixier- und Zentriermitteln (8) für mindestens eine Glasscheibe (2), an dem ein Trägerbalken (6) befestigt ist, entlang dem ein Wagen (10) derart betätigt wird, daß er entlang zweier Achsen X, Y, die der Längsrichtung und der Querrichtung des Tisches (3) entsprechen, bewegbar ist, einen Schlitten (20), der einen das Bearbeitungswerkzeug tragenden Bearbeitungskopf (9) trägt, welcher eine einen Schleifkörper tragende Spindel (26) umfaßt, die von einem Motor (27) angetrieben wird und eine vertikale Achse hat, wobei die Vorrichtung ferner eine numerische Steuerungsvorrichtung (30) zur Speicherung von Koordinaten der Kontur des Randes der zu bearbeitenden Scheibe (2) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuerungsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Bewegungen des das Werkzeug tragenden Bearbeitungskopfes (9) steuert, um die Kontur mittels eines Meßfühlers (29) zu ermitteln, daß der Wagen (10) vertikale Führungen (21) trägt, in denen der Schlitten (20) gelagert ist und derart betätigt wird, daß er entlang einer vertikalen Achse Z bewegbar ist, daß ein Werkzeugmagazin (24) für eine Vielzahl von Schleifkörpern und für einen Meßfühler (29) vorgesehen ist, daß die numerische Steuerungsvorrichtung den Bearbeitungskopf (9) derart betätigt, daß nacheinander aus dem Werkzeugmagazin (24) der selbstlernende Meßfühler (29) und immer feinere diamantbesetzte Polierschleifkörper entnommen werden, wobei Mittel zur Übermittlung von ermittelten Koordinaten durch Infrarotstrahlungsimpulse mit dem Meßfühler (29) verbunden sind und Mittel zum Empfangen der vom Meßfühler (29) übermittelten Infrarotstrahlungsimpulse mit der numerischen Steuerungsvorrichtung (30) verbunden sind.
4. Randbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend Mittel zur automatischen Kompensierung der Abnutzung der Vielzahl von Schleifkörpern zum Vorschleifen, Feinschleifen und Polieren, mit Mitteln zur Erfassung der Energie, die von dem Motor (27), welcher die den Schleifkörper tragende Spindel antreibt, verbraucht wird, und mit Mitteln zum Erhöhen der Geschwindigkeit des Motors (27) bei Abnutzung der Vielzahl von Schleifkörpern, um so die Schneidegeschwindigkeit konstant zu halten.
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