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Man kann mit Fug und Recht sagen, dass die Bohrungsbearbeitung heute sowohl in kleinen Betrieben als auch in großen Produktionsanlagen den größten Anteil der maschinellen Bearbeitung ausmacht. Und der Großteil dieser Bohrungen erfolgt in Stahl und Gusseisen mit einem Durchmesser von bis zu 1 Zoll (25 mm). Was die Bohr- und Gewindeschneidleistung steigert, sind Fortschritte bei Substrat, Beschichtungen, Dreischneidekonstruktionen und Kombinationswerkzeugen. Genauso wichtig sind Fortschritte bei der Kühlmittelzufuhr, bei denen Löcher unterschiedlicher Größe und Form verwendet werden, um die Spanabfuhr zu erleichtern.
Möglicherweise können Sie einige der jüngsten Entwicklungen nutzen, die hier von mehreren führenden Werkzeugherstellern beschrieben werden.
Drew Strauchen, Executive Vice President der GWS Tool Group, Tavares, Florida, stellte fest, dass ein Teil des sich entwickelnden Trends in der Lochherstellung (und der Metallbearbeitung im Allgemeinen) die kundenspezifische Anpassung von Lochherstellungslösungen ist, um perfekter auf die genaue Anwendung des Kunden zu passen und gleichzeitig den Arbeitsaufwand zu minimieren. „Die Möglichkeit, das beste Substrat, die beste Geometrie, die beste Beschichtung und die besten Werkzeuglängen für die spezifische Anwendung der Werkstatt auszuwählen, ist für immer mehr Hersteller, die auf einem globalen Markt konkurrieren wollen, von größter Bedeutung. Neben der kundenspezifischen Anpassung geht es auch darum, zwei oder mehr Werkzeuge zu kombinieren, um Arbeitsabläufe und Zykluszeiten weiter zu reduzieren.“ – die eigentliche Definition von Optimierung“, sagte er.
Zusätzlich zur Implementierung neuer technologischer Fortschritte entwickelt die GWS Tool Group Kombinationswerkzeuge, die es Kunden ermöglichen, mehrere Bohrvorgänge mit einem Werkzeug statt zwei, drei oder manchmal sogar vier Werkzeugen durchzuführen. „Die Möglichkeit, ein Werkzeug für eine bestimmte Anwendung maßgeschneidert anzupassen, ist entscheidend für die Reduzierung von Arbeitsabläufen und Zykluszeiten“, sagte Strauchen. Er lieferte ein Beispiel für ein Kombinationswerkzeug, das für einen Elektroautohersteller entwickelt wurde.
„Das Werkzeug wurde für ein stark abrasives Aluminiumbauteil mit hohem Siliziumgehalt entwickelt. Die Geometrie des Werkzeugs kombinierte Senkung, Fase und Bohrer in einem einstufigen Werkzeug, wodurch kostspielige Zykluszeiten eingespart wurden“, sagte Strauchen. „Früher erforderte der Prozess drei Arbeitsgänge, drei Werkzeugwechsel und die Bestandsverwaltung von drei verschiedenen Teilenummern. Das dreischneidige Design mit hoher Scherung verfügt über Kühlmittelkanäle hinter jeder Schneidkante, um den Vorschub zu maximieren, sowie hochglanzpolierte Spannuten für eine weitere Verbesserung Spanabfuhr. Die Vorschubraten in dieser Anwendung überstiegen 300 ipm.“
Das Substrat bestand aus ultrafeinem Karbid mit reduziertem Kobaltgehalt, um die Möglichkeit einer Aufbauschneide zu verringern. Bei der Werkzeugbeschichtung handelte es sich um eine materialspezifische ALU-Beschichtung, die die Werkzeuglebensdauer verlängert und gleichzeitig die Schärfe beibehält.
Laut Strauchen profitieren auch Stahlanwendungen aus mehreren Gründen von dreischneidigen Bohrern. Dreischneidige Bohrer, die früher nur für Aluminiumanwendungen eingesetzt wurden, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei Materialien wie Gusseisen und Stahl. „Neue Nutformen in Verbindung mit der Kühlmitteldurchgangstechnologie haben die Möglichkeiten für Eisenwerkstoffe erweitert. Durch die Hinzufügung der neuesten ultraglatten PVD-Beschichtungen und die Integration von umgekehrten Stegkegeln haben wir unsere Kapazität zur Herstellung von Bohrern, die die Produktivität optimieren und gleichzeitig eine stabile Spanabfuhr gewährleisten, weiter verbessert.“ er sagte.
Die größte Herausforderung beim Bohren mit drei Spannuten in Stahl besteht darin, die Späne durch ein Spannutenvolumen abzuleiten, das mit der Hinzufügung der dritten Spannut natürlich kleiner wird. „Aluminiumspäne sind weicher und formbarer, sodass sie auch bei längeren Spänen aus dem Loch ausgeworfen werden können“, sagte Strauchen. „Stahlspäne hingegen sind weitaus weniger nachsichtig, wenn sie nicht ausreichend gebrochen und kontrolliert werden. Bei der Hinzufügung einer dritten Nut ist es wichtig, kleine Späne (6er und 9er) zu erzeugen, um stabile, konsistente Ergebnisse zu gewährleisten.“
Kombinationswerkzeuge sind vielseitig einsetzbar, wie diese Auswahl von GWS zeigt. „Jedes Tool hat seine eigene Geschichte und das Problem, das es löste“, sagte Strauchen. „Ein Bohrer erzeugt drei Stufen innerhalb des Teils mit Hochglanzoberflächen. Ein anderer ist eine vierstufige Hochpräzisionsreibahle mit 45˚-Kühlmittelanschlüssen in jeder Nut. Diese Konstruktion hält die Toleranz innerhalb von 2 μm und die Oberflächengüte unter 8 RMS.“
Er beschrieb auch eine große Reibahle aus gelötetem Hartmetall mit versetzten Kühlmittelöffnungen in jeder Nut. Diese gelötete Hartmetall-Reibahle verfügt über einen unabhängig rotierenden Stößel, der Sacklöcher oder zu kleine Löcher erkennt. Es erkennt diese Löcher, indem es beim Auftreffen auf ein Hindernis komprimiert und das Kühlmittel blockiert, wodurch die Maschine gestoppt wird, bevor das Werkzeug bricht.
YG-1 USA, Vernon Hills, Illinois, ist ein Komplettanbieter nicht nur von Lochwerkzeugen, sondern auch von Hartmetallen, Rundwerkzeugen und Einsätzen sowie Schnellarbeitsstahl, Pulvermetallen und Kobalt. Laut Steve Pilger, nationaler Produktmanager für Lochherstellung, werden jährlich rund 60 Millionen Rundwerkzeuge hergestellt. „Wir beliefern unsere Kunden mit den neuesten CNCs sowie älteren Bridgeports. Die Herausforderung für Werkstätten beim Bohren besteht darin, ein qualitativ hochwertigeres Produkt herzustellen und es in kürzester Zeit mit den höchsten Toleranzen mit Werkzeugen herzustellen, die über eine überlegene Lebensdauer und Einsatzmöglichkeiten verfügen.“ sagte Pilger.
Laut Pilger ist das Spitzenprodukt von YG-1 der Vollhartmetallbohrer Dream Drill. „Dream Drills maximieren die Werkzeugstandzeit und die Spanabfuhr beim Bearbeiten von Gusseisen und Stählen“, sagte er. „Damit beispielsweise Stahlanwendungen die effizientesten Vorschübe und Geschwindigkeiten erzielen, kann ein Bohrer mit geteilter Spitze empfohlen werden, während Sie für Edelstahl möglicherweise einen positiveren Bohrer mit vier Facetten verwenden.“ Dream Drills sind mit Durchmessern von 1–20 mm in den Längen 3xD, 5xD und 8xD erhältlich. YG-1 bietet sie auch in den extralangen Bohrern 10xD, 15xD, 20xD, 25xD und 30xD an, alle ab Lager. „Einige Kunden ändern die Art und Weise, wie sie bestimmte Stähle wie den legierten Stahl 4140 verarbeiten. Sie möchten hochwertige Teile mit hohen Produktionsraten verarbeiten“, sagte Pilger. „Sie benötigen eine höhere Schnittgeschwindigkeit und benötigen durchschnittlich 350 bis 450 sfm, um Teile von höchster Qualität herzustellen und die längste Werkzeugstandzeit zu erreichen.“ Für diese Umgebungen mit hoher Produktion und hohem Volumen bietet YG-1 die Dream Drill Pro-Linie für legierte Stähle und Autoteile aus Gusseisen an.
Für das Bohren von Stahl und Gusseisen, bei dem Flexibilität wichtig ist und keine höchsten Geschwindigkeiten und Vorschübe erforderlich sind, bietet YG-1 die I-Dream Drill General-Linie an, die Vielseitigkeit beim Bohren von Stählen, Kohlenstoff, Legierungen und Gusseisen bietet.
Die neueste Ergänzung der Bohrerpalette von YG-1 ist der modulare Wechselkopfbohrer I-ONE, der in den Längen 3xD, 5xD und 8xD erhältlich ist. Der Stahlkörper bietet Flexibilität und kann fünf oder sechs Einsätze unterschiedlicher Größe aufnehmen, die aus demselben flexiblen Stahlkörper geschnitten werden. I-One bietet die Vorteile eines Hartmetallbohrers mit der Flexibilität eines Stahlkörpers.
Für die Beschichtung hat YG-1 eine Nachbehandlung für seine proprietäre H-Beschichtung entwickelt, die die Spanabfuhr beim Tieflochbohren unterstützt. „Die Behandlung glättet die Spitzen und Täler, die zu einer Beschichtung führen. Wir haben festgestellt, dass wir die Werkzeugstandzeit um etwa 20 Prozent verlängern können, indem wir Wendeschneidplatten, Wendeschneidplattenspitzen und Bohrer normaler Größe polieren“, sagte Pilger. „Beim Tieflochbohren hat die Hochdruck-Kühlmittelzufuhr auf Bearbeitungszentren Werkstätten ermöglicht, die vor 15 Jahren gezwungen waren, Teile mit 1–2 ipm auf speziellen Einlippenbohrmaschinen zu bohren. Jetzt können sie die gleichen tiefen Löcher auf CNC-Bearbeitungszentren bearbeiten.“ 20 bis 30 Bilder pro Minute.“
Fortschrittliche Technologien, die in der zweischneidigen SUMOCHAM-Wechselkopfbohrlinie von Iscar USA zum Einsatz kommen, bilden die Grundlage für das Design der dreischneidigen LOGIQ3CHAM-Wechselkopfbohrlinie. „Wenn man an ein Loch denkt, scheint es sehr einfach zu sein – nur ein Radius, der in eine dritte Dimension projiziert wird. Aber es ist ein allgemeines Merkmal, das für die Herstellung von Produkten in Lohnfertigungsbetrieben und Umgebungen mit hoher Produktion wie der Automobilindustrie verwendet wird. [Das ist es auch „Üblich in hochpräzisen Anwendungen wie Formenbau, Medizintechnik und Off-Road-Industrie“, sagte Craig Ewing, nationaler Produktspezialist für Bohrungen bei Iscar USA, Arlington, Texas.
SUMOCHAM, das in Durchmessern von 4 bis 32,9 mm (0,157 bis 1,295 Zoll) in Schritten von 0,1 mm (0,004 Zoll) erhältlich ist, bietet eine Vielzahl von Kantenvorbereitungen für verschiedene Kohlenstoff- und legierte Stähle sowie Hochtemperaturstahllegierungen und rostfrei. SUMOCHAM verfügt über ein Spannsystem, das eine höhere Produktivität und gleichzeitig mehr Wendeplattenindizes ermöglicht. Der Schaft selbst ist mit gedrehten Düsen ausgestattet und verfügt über einen langlebigen und stabil konstruierten Körper. Die Wendeschneidköpfe sind nach Angaben des Unternehmens in zehn verschiedenen Standardgeometrien erhältlich, die zum Bohren von Stahl, exotischen Materialien, Gusseisen oder Aluminium ausgelegt sind.
Das einzigartige Taschendesign des SUMOCHAM-Bohrers nutzt die Schnittkräfte, die mechanisch auf das Werkzeug ausgeübt werden. Diese Kräfte werden in Spannkräfte umgewandelt, die zum Festziehen des Einsatzes zum hinteren Teil der Tasche hin verwendet werden – je mehr Schnittkräfte angewendet werden, desto bessere Spannkräfte werden erzielt.
SUMOCHAM-Bohrer mit austauschbarem Kopf bieten eine Vielzahl von Ausführungen für die gängigen Anwendungen mit legiertem Stahl, sagte Ewing. „Sie sind in den Tiefen 1,5D, 3xD, 5xD, 8xD und 12xD für typische Bearbeitungszentrumsanwendungen mit CAT 40- und 50-Schäften, HSK, CAPTO, angetriebenen Werkzeugen in Drehmaschinen und für den Einsatz in Multifunktionsmaschinen wie der Mazak Integrex erhältlich“, sagte er .
LOGIQ3CHAM ist eine dreischneidige Bohrerserie mit austauschbaren Köpfen, die in Durchmessern von 12 bis 25,9 mm (0,472–1,020 Zoll) erhältlich ist. Bohrerkörper sind in 1,5xD, 3xD, 5xD und einige Größen in 8xD erhältlich. Die zusätzliche Spannut ermöglicht einen höheren Vorschub Die zu erzielenden Geschwindigkeiten erhöhen die Produktivität. „Wir glauben, dass die dritte Spannut bei Anwendungen mit hoher Produktion vorteilhafter ist und die Werkzeugstandzeit verlängert“, sagte Ewing.
LOGIQ3CHAM ist für Kohlenstoff- und Stahlwerkstoffe ISO P und ISO K, Gusseisen und Sphäroguss konzipiert. Laut Iscar kann die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen zweischneidigen Bohrern mit austauschbaren Köpfen um bis zu 50 Prozent gesteigert werden. Konkave Schneidkanten ermöglichen ein sanftes Eindringen in das Arbeitsmaterial sowie eine hervorragende Zentrierung und stabiles Bohren. Zu den Merkmalen gehört ein langlebiger Bohrerkörper aus einer harten, hochfesten Stahlsorte für bessere Verschleißfestigkeit. Polierte Nutoberflächen sorgen für eine reibungslose und einfache Spanabfuhr, und die Schwalbenschwanzklemmung verhindert, dass der Bohrkopf beim Zurückziehen aus der Bohrertasche herausgezogen wird, so das Unternehmen.
Das Einfädeln eines Lochs ist einer der letzten kritischen Produktionsschritte und der richtige Gewindebohrer ist entscheidend, um Nacharbeit oder sogar Ausschussteile zu vermeiden, so Mark Hatch, Produktdirektor, Emuge Corp., West Boylston, Massachusetts. „Bei der Arbeit mit Materialien wie z B. Stahllegierungen und Eisen, gibt es bei der richtigen Gewindebohrerauswahl ein breites Spektrum an Komplexitäten zu berücksichtigen“, sagte er. „Beim Gewindeschneiden von legierten Stählen kommt es aufgrund von Variablen in den chemischen Eigenschaften und der Wärmebehandlung zu Abweichungen in Spanform, -größe und -länge. Die Art und der Anteil jedes chemischen Elements führen in Verbindung mit der Wärmebehandlung zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften die sich auf die Bearbeitbarkeit auswirken. Bei der Auswahl eines Gewindebohrers für die jeweilige Anwendung ist die Berücksichtigung des Gewindebohrersubstrats, der Beschichtung und der Geometrie von entscheidender Bedeutung.
Bei der Auswahl eines Substrats sind mehrere Bearbeitungsfaktoren entscheidend, wie zum Beispiel Drehmoment, thermische Stabilität und Verschleißfaktoren. Ein HSSE-PM-Substrat aus pulverisiertem Metall bietet beispielsweise zusätzliche Verschleißfestigkeit und eine bessere Qualität der Werkzeugkanten.
Hatch weist darauf hin, dass sich in den letzten fünf Jahren die Lebensdauer des Gewindebohrers und die Prozesskonsistenz aufgrund verbesserter Werkzeugbeschichtungen verbessert haben. „Emuge hat optimierte Beschichtungen entwickelt, die auf hervorragende thermische Stabilität, Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten ausgelegt sind. Da die Beschichtungshaftung auf Gewindebohrern aufgrund der Spitzen und Täler der Werkzeuge eine Herausforderung sein kann, hat Emuge Beschichtungen entwickelt, die präzise über die Oberflächen verteilt sind wird bleiben", sagte Hatch.
Die Werkzeuggeometrie ist ein Schlüsselfaktor für das effiziente Gewindeschneiden von Stahllegierungen. Die Wahl einer geraden Nut oder einer Spiralnut, z. B. mit niedrigem Spiralwinkel (langsame Spiralnut) oder hohem Spiralwinkel (schnelle Spiralnut), hängt von der Bearbeitbarkeit des Materials ab – seiner Härte und seiner Wärmebehandlung. Die Wahl wirkt sich direkt auf den produzierten Span und den für die Aufgabe gewählten Gewindebohrer aus. Wenn das Material geglüht wird, entsteht ein langer Span und ein Gewindebohrer mit hoher Spirale kann eine gute Option sein. Allerdings kann es bei dieser Art von Gewindebohrern zu Brüchen kommen, wenn der Stahl härter wird.
Sowohl beim Rollformen (spanlose Herstellung von Innengewinden) als auch beim Gewindeschneiden haben Hersteller gute Möglichkeiten. Emuge bietet beispielsweise Innoform–Steel-M an, eine Reihe von HSSE-PM-Gewindebohrern zum Formen von Gewinden mit verbesserter Oberflächenqualität und gleichzeitiger Erhöhung der statischen und dynamischen Gewindefestigkeit in mittelfesten Stählen bis 44 HRC.
Innoform-Steel-M-Gewindebohrer verfügen über eine Polygongeometrie für niedriges Drehmoment und längere Standzeit. Ein spezielles Metallpulversubstrat und eine TiN-66-Beschichtung mit erhöhter Härte reduzieren die Reibung und verlängern die Werkzeuglebensdauer. Innoform-Steel-M-Gewindebohrer werden für die Umformung von Kaltzugstählen, Zementstählen, Gussteilen, vergütbaren Nitrier- und Kaltarbeitsstählen sowie hochlegierten und Warmarbeitsstählen empfohlen.
Wenn lange Späne eine Herausforderung darstellen, sind Gewindebohrer mit Schneidflächengeometrie und Spiralnutenform erhältlich, die zusammen den Spanfluss, die Spankrümmung und die Spanlänge beeinflussen. Die Spanbrechtechnologie von Emuge (Emuge CBTz) erzeugt kurze, gebrochene, kontrollierbare Spanformationen, die ein Verstopfen der Spannuten und einen möglichen Ausfall des Maschinengewindebohrers aufgrund abgebrochener Schneidzähne oder Brüche verhindern, so das Unternehmen.
Der CBTz-Gewindebohrer ist mit TiN oberflächenbehandelt, um die Reibung zwischen Gewindebohrer und Werkstück zu verringern, was zu verbesserten Gewindegüten und einer längeren Werkzeuglebensdauer in Kohlenstoff- und legierten Stählen, gegossenen und geschmiedeten Stählen, Werkzeug- und Gesenkstählen und rostfreiem 300er-Stahl mit bis zu 35 HRC führt .
Für kurzspanendes gehärtetes Stahl- und Gusseisen sind Emuge AH-Gewindebohrer eine neue Generation von Premium-HSS-E- und HSSE-PM-Gewindebohrern, die sich besonders effizient zum Gewindeschneiden von abrasiven Materialien und Materialien mit hoher Härte, wie z Ausrüstungs- und Agrarfahrzeugmärkte. Emuge AH-Gewindebohrer sind mit oder ohne Kühlmitteldurchgangslöcher und mit TiCN-Beschichtung oder NT-Nitrid-Oberflächenbehandlung für eine längere Standzeit erhältlich.
Erfolgreiche Gewindeschneidanwendungen hängen von mehreren wichtigen Faktoren ab. Dazu können laut Mark Johnson, Präsident von Tapmatic Corp., Post Falls, Idaho, Axialausgleich bei CNC-Maschinen, interne Kühlmittelzufuhr und besondere Vorteile im Zusammenhang mit selbstreversierenden Gewindeschneidaufsätzen gehören. „Starres oder synchronisiertes Gewindeschneiden auf CNC-Maschinen ist zum Industriestandard geworden“, sagte er. „Obwohl die Synchronisierung des Vorschubvorschubs der Maschine mit der Spindeldrehung genau ist, wird es immer eine kleine Abweichung zwischen der tatsächlichen Steigung eines bestimmten Gewindebohrers und der synchronisierten Bewegung der Maschine geben.“
Durch die Verwendung eines völlig massiven Halters werden bereits bei sehr kleinen Abweichungen hohe Axialkräfte auf die Gewindeflanken ausgeübt. „Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Gewindebohrers und die Gewindequalität aus“, sagte Johnson. „Durch die Verwendung eines Gewindebohrerhalters mit einer geringen axialen Kompensation kann der Gewindebohrer seiner Steigung besser folgen. Dadurch werden die Axialkräfte reduziert, was zu einer erheblichen Verbesserung der Lebensdauer des Gewindebohrers und der Gewindequalität führt.“
Die SynchroFlex-Gewindebohrerhalter von Tapmatic verfügen über eine bearbeitete Biegung, die einen geringen axialen Ausgleich bietet. „Die SynchroFlex-Biegeelemente haben eine hohe Federrate, was wichtig ist, um axiale Fehlschnitte zu vermeiden“, sagte er. „Wenn die Federkraft zu weich ist, wie im Fall herkömmlicher Zug-Druck-Gewindebohrerhalter mit großem Axialausgleich, kann es zu axialen Fehlschnitten kommen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von freischneidenden Hochgeschwindigkeitsgewindebohrern, die oft empfohlen werden.“ synchronisierte oder starre Gewindeschneidzyklen. SynchroFlex ist so konzipiert, dass es genau das richtige Maß an Kompensation für synchronisiertes Gewindeschneiden bietet.“
Beim Gewindeschneiden im Allgemeinen und beim Rollformgewindeschneiden ist die Schmierung wichtig. „Die Verwendung eines Gewindebohrerhalters mit Innenkühlung ermöglicht die Verwendung von Gewindebohrern mit entweder einer axialen Kühlmittelbohrung für Sacklöcher oder radialen Kühlmittelbohrungen für Durchgangslochanwendungen“, sagte Johnson. „Dadurch gelangt das Kühlmittel dorthin, wo es zum Schneiden oder Formen der Gewinde benötigt wird. Außerdem hilft es bei der Verwendung von Gewindebohrern erheblich dabei, die Späne aus dem Loch zu entfernen.“
Die SynchroFlex-Gewindebohrerhalter von Tapmatic verfügen alle über ein ausgewogenes Hochdruck-Innenkühlmittelsystem. Es können Drücke bis zu 80 bar bzw. 1.200 psi verwendet werden und da das System ausgeglichen ist, hat der Kühlmitteldruck keinen Einfluss auf den Axialausgleich der Gewindebohrerhalter.
Selbstreversierende Gewindeschneidgeräte bieten im Vergleich zum synchronisierten Gewindeschneiden besondere Vorteile. „Beim synchronisierten Gewindeschneiden ist es der Maschine nicht möglich, die programmierte Spindelgeschwindigkeit beizubehalten, da die Maschinenspindel innerhalb einer sehr begrenzten Anzahl von Umdrehungen anhalten und umkehren muss. Durch die Verwendung einer selbstumkehrenden Gewindeschneidvorrichtung kann sich die Maschinenspindel kontinuierlich drehen in eine Richtung mit der tatsächlichen Programmgeschwindigkeit. Das Ergebnis ist eine kürzere Zykluszeit“, sagte Johnson.
Beispielsweise betrug die Zykluszeit bei einem Test mit starrem Gewindebohren zum Gewindeschneiden von zehn M8-Löchern bei 2.500 U/min 18 Sekunden. Die Wiederholung des gleichen Tests bei 4.000 U/min sparte nur eine Sekunde. Mit einem selbstumkehrenden Gewindeschneidaufsatz bei 2.500 U/min dauerte das Gewindeschneiden derselben zehn M8-Löcher nur 11 Sekunden. „Zusätzlich zur Verbesserung der Zykluszeit ermöglicht die Verwendung eines selbstreversierenden Gewindeschneidaufsatzes auch, dass der Gewindebohrer mit der empfohlenen Geschwindigkeit läuft, was auch zu einer längeren Lebensdauer des Gewindebohrers führt“, sagte Johnson.
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Jim Lorincz