Fertigungsverfahren - Zusammenfassung PDF

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Eine Zusammenfassung zu Fertigungsverfahren 1...

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Fertigungsverfahren Zusammenfassung 1. Einführung, Geschichte der Fertigung, Definition & Grundprinzipien Definition der Fertigung Als Fertigungsverfahren werden im Handwerk und in der Technik alle Prozesse der Produktionstechnik bezeichnet, bei denen Produkte aus anderen Gütern geschafft werden. Einschlägige Norm hierfür ist die DIN-Norm 8580. Die Fertigungstechnik definiert Fertigungsverfahren als Verfahren zur Herstellung von geometrischen bestimmten festen Körpern. Diese Körper können sowohl Halbzeuge, oder auch Bestandteile von technischen Gebilden sein. Welche Grundformen der Fertigung stehen hinter den Produktionsmechanismen? 1. 2. 3. 4.

Giesen (Schmelzvorgang) Formpressung Holzträgerschalung Lösen

Klassifikation der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 Fertigungsverfahren: Hauptgruppen: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern

Fertigungsverfahren im Bauwesen bezieht sich auf eine Kette von Produktionsschritten in verschiedene Industrien (Beispiel: Stahlbau) 1. Rohmaterial -> Stahlwerk, Stahlproduktion (Massenproduktion) 2. Distribution, Verarbeitung (Kleinserienproduktion) 3. Stahlbauer -> Bauunternehmen, Errichtung (Einzelfertigung) Elemente eines Produktionsprozesses 1

Fertigung im Bauwesen, als ein Transformationsmodell (TFV = Transformation-Flow-Value) nach Koskela 4 Grundprinzipien in jedem Bauproduktionsablauf

Definition von Zement 1. Zement ist ein hydraulisches Bindemittel, d.h. ein feingemahlener anorganischer Stoff, der mit Wasser gemischt Zementleim ergibt. 2. Zementleim erstarrt und erhärtet durch Hydratation und bleibt nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig. 3. Zement bildet bei der Reaktion mit Wasser verschiedene Hydratphasen.

Rohstoffe für die Herstellung von Klinker 2

In der Regel kommen folgende Rohstoffe zum Einsatz: ➢ ➢ ➢ ➢

Calcium: Silicium: Aluminium: Eisen:

Kalkstein, Kreide, Mergel Mergel, Sand, Löss Ton Ton, Eisenerze, Reifenkarkassen

Darüber hinaus werden heute Sekundärrohstoffe eingesetzt. Kalkhaltige: z.B. Kalkschlamm, Trink wasserschlamm Silicium- und aluminiumhaltige: z.B. Steinkohleflugaschen, Rohstoffe aus Natursteinherstellung Eisenhaltige: z.B. Zinnschlacke, Kiesabbrand

Rohstoffe für die Herstellung von Klinker ➢ Tonmergel ➢ Sand ➢ Kalkstein

Der Brennprozess Während des Brennvorgangs erfolgt die chemische Umwandlung des Rohmaterials in den Klinker. ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Rohmaterialaufgabe: Im oberen Bereich des Ofens Verweildauer im Ofen: 20 – 40 min Temperatur am Ofenende: 1400 – 1500 °C Abkühlung des grau-schwarzen Klinkers auf ca. 200 °C Lagerung

Der Brennprozess – Drehrohrofen Sind feuerfeste ausgemauerte Stahlröhre mit einem Durchmesser von bis zu ca. 6 Metern und einer Länge von etwa 10 – 17 Metern. Der Drehrohrofen hat eine Neigung von < 3 -4° und die Drehung beträgt 1,3 – 3,5 U/min. Der Ofen kann bis zu 10.000 Klinker pro Tag aufnehmen. Der Reparatur- und wartungsaufwand beträgt ca. 2 Monate pro Jahr.

Zementmahlung – Mühlenarten 3

Kugelmühle: ➢ Die Zerkleinerung des Mahlgutes erfolgt durch Mahlkörper aus Stahl in einer Rotation versetzten Mahlraum. Durch die Roll- und Fallbewegung der Mahlkugel wird das Mahlgut zerkleinert. ➢ Durchmesser: Länge: Durchsatzleistung:

bis zu 6 Metern bis zu 20 Metern bis zu 200 t/h

Gutbett-Walzenmühle (Rollenpresse): ➢ Zwischen zwei gleich großen Walzen, die mit gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit laufen, befindet sich das Materialbett, gegen das die Walzen pneumatisch drücken. Wird als Kombi- bzw. Hybridmahlanlage mit z.B. Kugelmühlen betrieben, wodurch eine 30 % höhere Energieausnutzung erreicht wird. ➢ Durchmesser: Länge:

bis zu 2 Metern bis zu 1,4 Metern

Vertikal-Wälzmühle (Walzenschüsselmühle): ➢ Das Mahlgut wird auf einem sich drehenden Mahlteller aufgegeben und durch 2 bis 4 hydraulisch anpressende Mahlwalzen durch Druck und Reibung zerkleinert. ➢ Durchmesser (Mahlteller): bis zu 5,5 Metern Durchmesser (Mahlwalzen): bis zu 2,5 Metern Durchsatzleistung: mehrere 100 t/h Wie ist Zement zu Lagern? Zement ist vor Feuchtigkeit geschützt zu lagern. Empfohlene Lagerungsdauer: ➢ Bei Festigkeitsklasse 52R maximal 1 Monat ➢ Alle anderen Festigkeitsklassen maximal 2 Monate

2. Aufbereitungstechnik: Maschinen & Verfahren zur Herstellung von Zuschlagsstoffen 4

Einführung in die Aufbereitungsverfahren Anwendungsbereiche und Zielsetzung Die Anwendungsbereiche der Aufbereitungsverfahren im Bauwesen sind das Zerkleinern und Klassieren von Zuschlagsstoffen für Beton und Asphalt, sowie das Aufbereiten von Material mit bestimmter Korngrößenverteilung für den Erdbau (z.B. den Dammbau) und die Baustoffindustrie. Die Endprodukte sind Zuschlagstoffe oder aufgearbeitete Böden mit einer gewünschten Korngrößenverteilung

Was bedeutet Leistung und Aufwand? 2 Grundlegende wichtige Definitionen: IST-Leistung = Geleistete Menge / Verbrauchte Zeiteinheit IST-Aufwandswert = Verbrauchte Zeiteinheit / Geleistete Menge

Zerkleinerung anhand von Brechern; Überischt über Brecherarten

Für welchen Einsatzbereich würden Sie welchen Brecher wählen? Einsatzbereiche von Brechern und Mühlen 5

Übersicht der Funktionsweise von Brechern (1/2) a) Zerkleinerung über Quetschbruch

Übersicht der Funktionsweise von Brechern (2/2) b) Zerkleinerung über Quetschbruch

Klassieren Klassieren, d.h.: 6

Siebung zur Abtrennung verschiedenen Korngrößen zur Erstellung einer spezifischen Sieblinie Ziel ist: ➢ Trennung des Klassiergesteins in einzelne Kornfraktionen ➢ Oder Entlastung der nachfolgenden Brechernanlagen Grundprinzipien der Siebung: ➢ Keine Siebung ohne Bewegung ➢ Gröbere Körner müssen die „verstopften“ Löcher frei machen Einteilung der Bauformen von Siebmaschinen

Lagerung (Vor-/Nachteile) Fremdlagerung Vorteile: Nachteile:

Geringe Investitionskosten Hoher Platzbedarf

Silolagerung Vorteile:

Witterungsgeschützt 7

Nachteile:

Einfache Verladung Wenig Platzbedarf Höhere Kosten Verstopfungsgefahr

Bunkerlagerung Vorteile: Nachteile:

Witterungsgeschützt Einfache Füllung Größere Investition Platzbedarf Abzugsbänder erforderlich

3. Einführung in die Baumaschinenkunde (Motoren & Hydraulikzylinder, Pumpen)

Wie funktioniert ein Dieselmotor? Als Dieselmotor wird ein Verbrennungsmotor bezeichnet, welcher durch Verdichtung von Luft und das darauffolgende Einspritzen von Kraftstoff eine Verbrennung verursacht und das Volumen des Luftraums erhöht. Dabei entstehen Temperaturen von 700 bis 900 Grad Celsius.

Das 4 Takt-Prinzip eines Dieselmotors 1. Das Einlassventil öffnet sich und Luft wird angesaugt durch die Abwärtsbewegung des Kolbens eingesaugt. 2. Der Kolben bewegt wieder aufwärts. Das Einlassventil und das Auslassventil sind geschlossen, so dass die im Zylinder befindliche Luft komprimiert wird und die Temperatur steigt. Die erste Umdrehung ist vollzogen. 3. Flüssige Diesel wird durch die Einspritzdüsen in die heiße Luft gespritzt. Es kommt zu einer Explosion und die Temp. Wird weiter gesteigert. Die durch die Explosion stark erhitzte Gase dehnen sich aus wodurch ein sehr hoher Druck entsteht. Da Ein- & Auslassventil geschlossen sind, wird der Kolben mit einer heftigen Wucht nach unten gedrückt. 4. Der Kolben wird aufwärtsbewegt und das Auslassventil öffnet sich. Die Verbrennungsprodukte werden aus dem Zylinderraum hinausgedrückt.

Unterschied zwischen Dieselmotoren und Ottomotoren

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Der wesentliche Unterschied zwischen einem Otto- und einem Dieselmotor liegt in der Art der Verbrennung. Beim Ottomotor wird das zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und durch Fremdzündung (Zündkerzen) gezündet. Bei einem Dieselmotor wird die Luft so hoch verdichtet, dass sich der eingespritzte Kraftstoff nach der Vermischung mit der heißen Luft durch Selbstzündung entzündet. Die Leistung des Ottomotors kann nur über die Ladungsmenge geregelt werden die des Dieselmotors hingegen über die Einspritzmenge.

Wie funktioniert ein Hydraulikzylinder? Bei einem Hydraulikzylinder geht es um die Erzeugung von Kraft. Diese wird gewonnen, indem innerhalb des Hydraulikzylinders Energie, die aus dem von einem hydraulischen Druckspeicher gelieferten Medium bezogen wird, in eine geradlinige, steuerbare Kraft umgewandelt wird.

Rotorpumpe Anwendung: Transportbetonpumpe

Kolbenpumpe Anwendung: Betonpumpe mit größerem Fördervolumen und Drücken

Gegenüberstellung von Kolben- und Rotorpumpe 9

4. Baumaschinen und Verfahren im Erdbau

Grundgeräte im Erdbau

1. Hydraulikbagger / Universalbagger – zum Lösen & Laden (Standbagger) Eigenschaften: zyklisch arbeitender Standbagger mit Rad oder Kettenantrieb

Was beschreibt die Grabkurve? Unter anderem die Reichweite, die Grabtiefe und die maximale anschnitt höhe Die Größe der Hydraulikbagger reicht von kleinen Kompaktbaggern bis hin zu Großgeräten mit Löffelinhalten von über 10 m^3

Hydraulikbagger – unterschiedliche Ausrüstungen

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Zusatzerklärung zu Hydraulikbaggern Je nachdem ob Hoch- oder Tieflöffelhydraulikbagger im Einsatz sind, kommen verschiedene Grabkurven zustande

2. Seilbagger, zum Lösen, Laden… (Standbagger) Eigenschaften: ➢ Bestehend aus Grundgerät, aus einem Gitterausleger und einem Seil- Windensystem ➢ Er verfügt über eine große Hubhöhe und eine größere Arbeitstiefe als der Hydraulikbagger Besonders geeignet im Wasserbau beim Nassaushub vom Ufer aus, aufgrund seiner großen Reichweite. Anbaugeräte: z.B. Schleppschaufel (Schürfkübel), oder mit Krankhaken ausrüstbar; Schlitzwandgreifer oder Rütteleinheiten für Spundwände; Abbruchbirnen oder hydraulische Zangen.

3. Fahrbagger: Radlader & Kettenlader 11

Eigenschaften: ➢ Hohe Arbeitsleistung ➢ Fahrleistung 250 – 300 m (Kurze Strecke) Nachteil: Befahren des Arbeitsplanum & dadurch bei Nassen bindigen Böden besteht Gefahr des aufweichen des Planums

Zweierlei Hauptbauarten der Führung und Kraftübertragung der Schaufel: Die Z-Kinematik und die Parallel-Kinematik

4. Planierraupe (Kettendozer) und Schürfkübelraupe (Flachbagger) Planierraupe: Ist ein Flachbagger, der zum Lösen oder Transportieren sowie zum Einbau von Erdreich dient. Planierraupen sind Kettenfahrzeuge. Schürfkübelraupe: Ist eine vielseitige Baumaschine, mit deren Hilfe Boden abgetragen, transportiert und an anderer Stelle abgeladen oder wieder eingebaut werden kann. Sie gehört zur Gruppe der Flachbagger und stellt vereinfacht gesprochen eine Kombination aus dem Kettenfahrwerk einer Planierraupe und dem heb- und senkbaren Schürfkübel eines Motorschürfwagens dar. 5. Schürfwagen (Scraper) Der Scraper ist ein Gerät zum schichtweisen Abtragen, zum Transportieren und Aufschütten von Erdreich.

6. Transport mit einem Muldenkipper (Dumper/SKW)

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Muldenkipper sind teils geländegängige Nutzfahrzeuge für den Transport von losen Schüttgütern wie Kies oder Gestein. Eigenschaften: ➢ Allradantrieb und hohe Motorleistung ➢ Geeignet für Rampensteigungen bis zu 20 % ➢ Dumper mit starrem Rahmen und mit Knickgelenk (kleinere Wendekreise) 7. Grader (Straßenhobel) Grader ist eine Baumaschine zum Herstellen von großen ebenen Flächen. Typische Grader haben drei Achsen. Grader werden meist für den Straßen- und Wegebau eingesetzt, wo er zum Ebnen des Unterbaus von Asphaltstraßen oder der Deckschicht unbefestigter Straßen und Wege genutzt wird.

8. Geräte zum Verdichten und Planieren Tandemvibrationswalze: Mit ihrer Hilfe können großflächige bindige und nicht bindinge Böden, Trag- und Frostschutzschichten sowie Asphalt verdichtet werden. Schaffußwalze: Schwerer Walzkörper aus Stahlblech, mit aufgeschweißten kubischen oder zylindrischen Körpern zum Nachzertrümmern von Gestein sowie zum Verkneten und Aufrauen von Böden bei Verdichtungsarbeiten im Erdbau. Gummiradwalze: Anstelle einer Bandage oder anderen Walzenformen werden mit dieser Baumaschine mehrere Gummiräder über Bodenmaterial aller Art geführt, um dieses zu verdichten und dessen Tragfähigkeit zu erhöhen. Der Boden/Asphalt wird durch den Druck der Gummiräder verdichtet, die Gummiräder sind in versetzter Anordnung.

5. Baumaschinen und Verfahren im Spezialtiefbau 13

Rammung: Verfahren zum Einbringen von Pfählen & Spundwänden Anwendung: - Pfahlgründung, z.B. Rechteckige Stahlbetonpfähle - Einbringung von Spundwänden oder Träger für Trägerbohlwand

Rammtechnik und verschiedene Arten von Rammbären Eine Ramme besteht aus mehreren Bestandteilen. Zunächst ist ein Geräteträger notwendig, dafür wird häufig ein Hydraulikbagger verwendet, da dieser flexible austauschbare Anbaugeräte besitzt und große Gewichtslasten tragen kann. Anbaugerät (Mäkler): Der Mäkler ist die Führungseinrichtung der Ramme bzw. des Rammbären. An Ihr wird der Rammbär auf- und abgeführt. Der Rammbär ist für das eigentliche Rammen verantwortlich. Durch den Rammbären werden Rohre, Spundbohle oder Betonpfähle in den Boden getrieben. Unterschiedliche Arten von Rammbären, im Wesentlichen unterscheiden sich diese in der Impulserzeugung auf das Rammgut. 2 Arten der Rammtechnik: - Schlagend - Vibrierend Als Rammgut kann z.B. verwendet werden: - Stahlpfähle - Stahlträger - Stahlspundwandsohle

Schlagrammen Das einzubringende Rammgut wird mit Hilfe eines herabfallenden Gewichts (Schlagbolzen) in den Boden eingeschlagen. Auf das Rammgut wirkt kinetische Energie. ➔ Die Energie auf das Rammgut wird durch die Masse bzw. Beschleunigung des Schlagbolzens bestimmt. Häufig wird eine Rammhaube eingesetzt, um übermäßige Abnutzung des Rammgutes zu vermeiden.

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Einzelne Arten der Schlagramme: Freifallramme: Über hydraulische Seilwinden wird Sie am Mäkler hochgezogen und auf das Rammgut fallen gelassen. Vorteil: Geringe Wartungskosten Dampframme: Bei der Dampframme wird der Schlagbolzen mithilfe des Dampfes zum Endpunkt im Gehäuse angehoben und gibt so beim Herunterfallen einen Impuls an das Rammgut ab und treibt es so in den Boden. Dieselramme: Schlägt der Kolben auf die Schlagplatte auf, so explodiert ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, wodurch der Kolben erneut nach oben geschleudert wird. 1. Kolben wird mechanisch angehoben und bei vorgegebener Fallhöhe ausgelöst 2. Beim Herunterfallen löst ein Schalter ein Dieselkraftstoff, welches auf die Oberfläche abgegeben wird 3. Auspuffventile werden geschlossen 4. Luft zwischen Schlagbolzenoberkante und Auspuffventil wird verdichtet 5. Wärme entsteht dies führt zu einer Explosion. Kolben wird nach oben gedichtet 6. Auspuffventile öffnen sich und die Abgabe können entweichen und Druck im Zylinder lässt nach

Vibrationsramme Bei der Vibrationsramme werden im Gegensatz zur Schlagramme keine einzelnen Schläge, sondern eine Vibration erstellt Vorteile:

- Geringere Lärmbelästigung - Geringere Bodenerschütterung - Weniger Abgase

Nachteil:

- Nur in nicht-bindigen Böden anwendbar, wie z.B. Sand und Kies

Der Vibrationsbär wird an das Rammgut geklemmt. Es gibt eine Hohlfrequenzramme und Niedrigfrequenzramme Durch Schwingungen wird das Korngerüst in Boden zum Mitschwingen angeregt und die Mantelreibung zwischen Rammgut und Boden verringert.

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Maschinen und Verfahren für die Herstellung von Bodenpfählen (z.B. als Tiefgründung oder Bohrpfahlwände) – Injenktionsverfahren Verschiedene Bohrverfahren (Für Tiefgründung oder massiven Verbau) 1. 2. 3. 4. 5.

Kellybohrverfahren Endlosschneckenbohren Doppelkopfsystem Greifbohrer Vollverdrängenbohren

Maschinen und Verfahren zur Herstellung von Hochdurckinjektionen z.B. für Baugrubenschließungen Einsatzbereich: Bei Bauwerken, die im Grundwasser und unter Wasserdruck hergestellt werden sollen, ohne dass das Grundwasser abgesenkt werden kann Bei Baugruben, deren Tiefe keinen Aushub zulässt Für den Bau einer Düsenstrahlsohle werden mehrere hundert Säulen erstellt, die sich gegenseitig überschneiden.

Maschinen und Verfahren zur Herstellung von Schlitzwänden Prinzip: - Tiefreichende Wände im Untergrund - Wandbreite Schlitze werden mit Spezialbaggern ausgehoben - Stützflüssigkeit stützt die offenen Schlitze gegen den Erddruck bis zum Betonieren Anwendungsgebiete: - Stadtbahntunnel - Abdichtung von Dämmen

Schlitzwände werden ausgebaggert (gegriffen) oder ausgefräst

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Bei beiden Verfahren werden zu Beginn Betonleitwände gesetzt zur Führung des Schlitzwandgreifers / der Schlitzwandfräse, zur Stabilisation der oberen Bodenkannte und zur Aufnahme des Erddrucks im oberen Bereich der späteren Schlitzwand.

Einphasenverfahren / Zweiphasenverfahren Beim Einphasenverfahren wird eine Bentonit – Zement-Suspension zur Stützung des Schlitzes verwendet. Diese Suspension (Dichtwandmasse) verfestigt sich nach der Fertigstellung des Schlitzes und bildet so eine wasserrückhaltende Trennwand im Boden Beim Zweiphasenverfahren wird zur Stützung des Schlitzes während des Aushubphase eine Bentonit-Suspension verwendet. Nach Fertigstellung des Aushubs wird diese durch Beton ersetzt

Herstellung von Erdankern 1. Herstellen des Bohrloches 2. Ziehen des Bohrgestänges a. Nach oder während des Auffüllens mit Zementmörtel und Einbau des Ankerzugglieds 3. Nachverpressung a. Aufsprengen des Verpresskörpers 4. Abnahmeprüfung und Festlegen des Ankers a. Auf die gewünschte Festlegekraft P0 nach Aushärten des Verpresskörpers 5. Fertiger Verpressanker

Kurzzeitanker Kurzzeitanker sind Anker mit einer geplanten Lebensdauer von bis zu zwei Jahren. Sie können als Einstab-, Mehr-, stab- oder Litzenanker hergestellt werden. Diese Anker können vollständig oder teilrückbaubar ausgeführt werden. Jeder Anker wird einer Belastungsprüfung vor Ort unterzogen.

Daueranker Daueranker sind Anker mit einer geplanten Lebensdauer von mehr als zwei Jahren. Der Daueranker unterscheidet sich vom Kurzzeitanker im Wesentlichen durch den zusätzlichen Korrosionsschutz.

Merkmale:

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- Die Anker besitzen einen vollständigen und dauerhaften Korrosionsschutz - Die Anker werden werksmäßig einbaufertig hergestellt - Der Einbau und die Eignungsprüfung sind von Prüfanstalten zu überwachen

Kapitel 6: Fertigungsverfahren im a) Asphaltstraßenbau (Verdichtung, Fertiger, Walzen) und b) im Betonstraßenbau 18

• Straßenfräser für Kaltasphalt: o 1. Kleinfräser mit Radlaufwerk: ▪ Fräsbreite bis 1m ▪ Frästiefe bis 0,3m ▪ Antriebsleistung bis 190 KW o 2. Großfräsen mit Raupenfahrwerk: ▪ Fräsbreite 2,2m ▪ Frästiefe bis 0,35m ▪ Antriebsleistung bis 600 KW •

Technische Ausführung:

•

Fräswalzenarten / Einsatzbereiche:

(nicht auswendig)

o Standardfräswalze: ▪ Häufigsten genutzter Fräswalzentyp ▪ Schnittlinienabstand 12-18mm ▪ Ideal zum Abtragen/abreisen kompletter Fahrbahnaufbauten ▪ Frästiefe bis zu 35cm ▪ Arbeitsbreiten von 30 cm – 4,30m ▪ Hauptsächlich bei Deckschichten bis 6cm o Feinfräswalzen & Mikrofeinfräswalzen: ▪ Schnittlinienabstand von nur wenigen Millimetern ▪ Max. Frästiefe 8cm → Komplettausbau und Wiedereinbau entfällt ▪ Noch feinere Oberflächenstrukturen mit Mikrofeinfräswalze (Schnittlinienabstand 6mm) ▪ Haupteinsatz bei Wiederherstellung der Fahrbahngriffigkeit, Abtragen kontaminierter Flächen

•

a) Asphaltstraßen: Maschinen & Herstellungsverfahren:

o Schwarzdeckenfertiger (Asphalt/Straßenfertiger): (siehe Bild K.6, S.10) ▪ 1. Raupenfahrwerk ▪ 2. Materialbehälter ▪ 3. Kratzerbänder 19

▪ ▪ ▪ ▪ ▪

4.Verteilerschnecke 5.Einbaubohle 6.Beheizung 7.hydraulischer Zylinder 8.Bohlenentlastung

o Anforderungen an der Schwarzdeckenfertiger: ▪ Schnelle Verstellbarkeit der Arbeitsbreiten mit hydraulisch ein- und ausfahrbaren Bohlen ▪ Lei...