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Die Erfindung betrifft eine Werkstückauflage für eine Bearbeitungsmaschine sowie eine Bearbeitungsmaschine, bei welcher zumindest eine Werkstückauflagekette mit Kettengliedern zur Bildung einer Auflagefläche für einen Werkstückträger eingesetzt wird.
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Aus der
EP 1 425 142 B1 geht eine Werkstückauflage für eine Bearbeitungsmaschine hervor, welche eine erste und zweite Auflagefläche bildet. Diese erste und zweite Auflagefläche werden durch Kettenglieder gebildet, welche jeweils auf einem Tragrahmen aufliegen. Die Tragrahmen sind teleskopartig ausfahrbar ausgebildet, so dass die Breite der zwei einander zugeordneten Auflageflächen in der Größe veränderbar ist. Dadurch wird zwischen den beiden Auflageflächen ein Spalt gebildet, so dass ein Laserstrahl, der ein auf den Auflageflächen aufliegendes Werkstück durchtrennt, über diesem Spalt zwischen den zwei Auflagetischen positioniert wird.
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Aus der
EP 1 695 802 ist eine Werkstückauflage für eine Bearbeitungsmaschine bekannt, welche eine erste und eine zweite Auflagefläche umfasst, zwischen denen eine Strahlfangvorrichtung durch Vergrößern der einen und Verkleinern der anderen Auflagefläche verfahrbar ist. Die Auflageflächen werden mit einem Gliederband gebildet, wobei das Gliederband an den beiden Enden des Maschinenrahmens befestigt ist, um somit eine Auflagefläche unter Spannung zu erzeugen. Die Kettenglieder des Gliederbandes werden derart umgelenkt, dass diese sowohl in die eine als auch in die entgegengesetzte Richtung jeweils zueinander schwenkbar sind.
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Die
JP 06170469 A beschreibt eine Werkstückauflage mit mehreren parallel angeordneten Werkstückauflagekettenpaaren, wobei eine Vorrichtung mit veränderlicher x-Position zwischen denjenigen beiden Werkstückauflageketten der Werkstückauflagekettenpaare angeordnet ist, die im Bereich der veränderlichen x-Position umgelenkt werden.
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Die
JP 2000153427 A beschreibt eine Werkstückauflage mit einer Werkstückauflagekette zur Unterstützung eines Werkstücks während der Bearbeitung, wobei die Werkstückauflagekette mittels Umlenkrädern unter einer Strahlfangvorrichtung hindurchgeführt wird, deren Ort in x-Richtung veränderlich ist.
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Diese konventionellen Werkstückauflagen haben den Nachteil, dass für die Werkstückauflagekette(n) aufwändige Unterstützungsmaßnahmen erforderlich sind, damit die Werkstückauflagefläche nicht durchhängt, die durch die Werkstückauflagekette(n) gebildet wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig herstellbare Werkstückauflage für eine Bearbeitungsmaschine sowie eine Bearbeitungsmaschine bereitzustellen, deren Werkstückauflagefläche auch ohne aufwändige Unterstützungsmaßnahmen nicht durchhängt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Werkstückauflageketten mit Kettengliedern für die Auflagefläche vorgesehen sind, bei denen die erste Verbindungsseite eines Kettenglieds eine erste Sperrkomponente und die zweite Verbindungsseite eines Kettenglieds eine dazu komplementäre zweite Sperrkomponente umfasst, um zu gewährleisten, dass ein Winkel zwischen der Werkstückauflagefläche eines Kettenglieds und der Werkstückauflagefläche eines weiteren beziehungsweise benachbarten Kettenglieds 180° nicht unterschreitet, wenn die Kettenglieder zu einer Auflagekette zusammengefügt sind. Eine solche Werkstückauflagekette, die aus solchen Kettengliedern besteht, ermöglicht eine selbsttragende Auflagefläche, da diese eine einseitige Biegesteifigkeit aufweist und selbständig eine Schwenkbewegung in die Belastungsrichtung sperrt. In entgegengesetzter Belastungsrichtung ist die Werkstückauflagekette flexibel, das heißt, dass eine Abrollung oder Umlenkung entlang einer Umlenkrolle oder Umlenkwalze möglich ist. Die einseitige Biegesteifigkeit der Werkstückauflagekette führt dazu, dass ein Auflegen des Werkstücks auf die Werkstückauflagekette nicht zu einer Durchbiegung der Werkstückauflagekette führt. Dadurch können Teile im Bearbeitungsraum eingespart werden. Außerdem verringern sich ein Steuerungsaufwand sowie Anforderungen an eine Positioniergenauigkeit der Bewegungseinheit. Insbesondere kann auf eine aufwändige Steuerung für viele Aktoren verzichtet werden.
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Die erste Sperrkomponente kann eine Stirnseite des Kettenglieds und/oder die zweite Sperrkomponente eine Stirnseite des Kettenglieds sein. Dies begünstigt eine kostengünstige Herstellbarkeit des Kettenglieds. Insbesondere kann das Kettenglied auch einstückig sein.
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Das Kettenglied kann auf der ersten Verbindungsseite eine erste Komponente eines Drehlagers aufweisen, dessen Drehachse in einer Hälfte des Kettenglieds angeordnet ist, die von dessen Werkstückauflagefläche abgewandt ist. Das Kettenglied kann auf der zweiten Verbindungsseite eine zweite Komponente eines Drehlagers aufweisen, dessen Drehachse in einer Hälfte des Kettenglieds angeordnet ist, die von dessen Werkstückauflagefläche abgewandt ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellbarkeit eines Kettenglieds, das zusammen mit weiteren Kettengliedern eine einseitige Biegesteifigkeit bewirkt.
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Die erste Komponente eines Drehlagers des einen Kettengliedes kann mit der zweiten Komponente des weiteren Kettengliedes mittels eines Verbindungsteils oder Verbindungsgliedes zusammenfügbar sein und nach Zusammenfügung gemeinsam mit der zweiten Komponente das Drehlager bilden. Dadurch kann in einfacher Weise eine einseitig biegesteife Werkstückauflagekette bereitgestellt werden, die vorteilhafterweise nur aus einfach herstellbaren Kettengliedern einer Gestalt besteht.
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Das Kettenglied kann auf seiner von der Werkstückauflagefläche abgewandten Seite eine konvexe Ausformung aufweisen. Hierdurch kann eine Reibungsfläche zwischen den Kettengliedern und Stütz- oder Führungselementen wie Umlenkrollen verringert werden.
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Die konvexe Ausformung kann durch die erste und/oder die zweite Komponente des Drehlagers kann die konvexe Ausformung gebildet sein. Hierdurch sind ein kompakter, material- und gewichtsparender Aufbau der Kettenglieder und somit auch ein kompakter, material- und gewichtsparender Aufbau der Werkstückauflagekette möglich.
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Die Werkstückauflage kann einen Kettenlängenausgleich aufweisen. Hierdurch ist es möglich, am Bearbeitungsort eine Strahlfangvorrichtung einzufügen, ohne dass dadurch bei Werkstückauflageketten, die im Bereich der Strahlfangvorrichtung umgelenkt werden, ein Längenüberschuss in der Werkstückauflagefläche entsteht.
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Der Kettenlängenausgleich kann einen Kettenaufroller umfassen. Hierdurch kann vorübergehend eine überschüssige Kettenlänge raumsparend zwischengespeichert werden. Der Kettenlängenausgleich kann alternativ einen Kettenspanner und/oder eine Ausgleichsrolle umfassen. Hierdurch kann vorübergehend eine überschüssige Kettenlänge ausgeglichen werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils eine Werkstückauflagekette für die erste und zweite Auflagefläche vorgesehen, die ein erstes Paar von Werkstückauflageketten bilden, bei denen sich die Kettenglieder in die eine Richtung vollständig entlang der Werkstückauflage erstrecken und in der anderen Richtung veränderbar sind. Bevorzugt erstrecken sich die Kettenglieder entlang der Breite der Werkstückauflage, um die Hauptauflagefläche auszubilden. Dadurch kann dazwischen liegend eine Strahlfangvorrichtung verfahrbar angeordnet sein. Beispielsweise erstrecken sich die Kettenglieder über die Breite der Werkstückauflage, insbesondere in Y-Richtung, und sind in der Länge der Werkstückauflage, insbesondere in X-Richtung, veränderbar. Dadurch vereinfachen sich der Aufbau und die Unterstützung der Auflagefläche.
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Des Weiteren ist bei einer punktförmigen Strahlfangvorrichtung bevorzugt ein zweites Paar Werkstückauflageketten vorgesehen, welches einen durch die Breite der punktförmigen Strahlfangvorrichtung gebildeten Spalt des ersten Paars der Werkstückauflageflächen schließt. Solche punktförmigen Strahlfangvorrichtungen erstrecken sich nicht über die gesamte Breite der Werkstückauflage. Dadurch entsteht bei den sich vollständig über vorzugsweise die Breite der Werkstückauflagefläche erstreckenden Kettengliedern des ersten Paars der Werkstückauflagekette ein Spalt, insbesondere in Y-Richtung, der durch das zweite Paar der Werkstückauflageketten geschlossen wird. Die Länge der Kettenglieder des zweiten Paars der Werkstückauflageketten entspricht bevorzugt der Breite der punktförmigen Strahlfangvorrichtung. Sofern eine Strahlfangvorrichtung eingesetzt wird, welche sich über die gesamte Breite der Werkstückauflage erstreckt, ist ein solches zusätzliches Paar von Werkstückauflageketten nicht erforderlich.
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Des Weiteren weist die Strahlfangvorrichtung, welche zwischen einem Paar von Werkstückauflageketten angeordnet ist, bevorzugt eine erste und eine zweite Umlenkrolle auf, an welchen jeweils die Werkstückauflagekette umlenkbar ist. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache Ausgestaltung. Durch die Bewegung der Strahlfangvorrichtung wird gleichzeitig die ortsfest damit verbundene Umlenkrolle mitbewegt, so dass ein einfaches Abrollen der selbsttragenden Werkstückauflageketten ermöglicht ist.
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Bevorzugt weist die Strahlfangvorrichtung für zumindest ein Paar von Werkstückauflageketten einen ersten und einen zweiten Kettenaufroller auf. Diese werden bevorzugt ebenfalls mit der Strahlfangvorrichtung mitgeführt und bilden eine Bewegungseinheit. Dadurch kann in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung der Strahlfangvorrichtung ein Auf- oder Abrollen der Kettenglieder ermöglicht werden.
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Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform der Werkstückauflage sind mehrere Werkstückauflageketten parallel nebeneinander angeordnet und bilden jeweils eine erste und eine zweite Auflagefläche, wobei die parallel nebeneinander angeordneten Werkstückauflageketten der ersten und zweiten Auflagefläche aneinander angrenzen und eine Grenzlinie bilden, entlang der durch die Strahlfangvorrichtung die Auflageflächen auseinandergedrückt werden, wenn sich die Strahlfangvorrichtung senkrecht zu den Werkstückauflageketten entlang der Grenzlinie bewegt. Dadurch können insbesondere bei einer punktförmigen Strahlfangvorrichtung nach und nach die jeweils an die Strahlfangvorrichtung angrenzenden Werkstückauflageketten in der Länge verändert werden, um eine Veränderung in der Position der Strahlfangvorrichtung zu ermöglichen und gleichzeitig immer eine geschlossene Werkstückauflage zu bilden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass nur in einer Richtung der Werkstückauflage in der Länge veränderbare Werkstückauflageketten vorgesehen werden, wobei eine Mehrzahl von solchen Werkstückauflageketten nebeneinander angeordnet ist.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch eine Bearbeitungsmaschine gelöst, welche eine erfindungsgemäße Werkstückauflage umfasst. Hierdurch werden die zuvor für die Werkstückauflage genannten Vorteile der Erfindung für die Bearbeitungsmaschine nutzbar.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Laserbearbeitungsmaschine;
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2 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Werkstückauflage;
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3 eine schematische Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine mit der ersten Ausführungsform der Werkstückauflage;
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4 eine schematische Detaildarstellung in der Seitenansicht der Werkstückauflagekette im Bereich einer Umlenkrolle;
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5 eine schematische Ausschnittvergrößerung der Detaildarstellung gemäß 4;
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6 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Werkstückauflage und
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7a und b schematische Seitenansichten der Werkstückauflage in 6.
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1 zeigt den Aufbau einer Laserschneidmaschine als Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsmaschine 1. Weitere Ausführungsbeispiele sind zum Beispiel eine Laserschweißmaschine oder eine kombinierte Stanz-/Laserschneidmaschine. Die Laserbearbeitungsmaschine 1 weist einen CO2-Laser oder Festkörperlaser als Laserstrahlerzeuger 2, einen Laserbearbeitungskopf 3 und eine Werkstückauflage 4 auf, die in der Figur nur schematisch dargestellt ist. Auf der Werkstückauflage 4 ist ein Werkstück 6 angeordnet. Durch den Laser 2 wird ein Laserstrahl 5 erzeugt. Der Laserstrahl 5 wird mit Hilfe von (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln von dem CO2-Laser oder mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Lichtleitkabels von dem Festkörperlaser zu dem Laserbearbeitungskopf 3 geführt. Der Laserstrahl 5 wird mittels einer im Laserbearbeitungskopf 3 angeordneten Fokussieroptik auf das Werkstück 6 gerichtet. Die Laserbearbeitungsmaschine 1 wird darüber hinaus mit Schneidgasen 7, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, versorgt. Es können alternativ oder zusätzlich auch Druckluft oder anwendungsspezifische Gase vorgesehen sein. Die Verwendung der einzelnen Gase ist von dem Material des zu bearbeitenden Werkstücks 6 und von Qualitätsanforderungen an die Schnittkanten abhängig. Weiterhin ist eine Absaugeinrichtung 8 vorhanden, die mit einer Absaugkammer 9, die sich unter der Werkstückauflage 4 befindet, verbunden ist.
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Beim Schneiden des Werkstücks 6 unter Verwendung von Sauerstoff als Schneidgas wird das Material des Werkstücks 6 geschmolzen und größtenteils oxidiert. Bei der Verwendung von Inertgasen, wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon, wird das Material lediglich geschmolzen. Die entstandenen Schmelzpartikel werden dann, gegebenenfalls zusammen mit den Eisenoxiden, ausgeblasen und zusammen mit dem Schneidgas über die Absaugkammer 9 durch die Absaugeinrichtung 8 abgesaugt.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Werkstückauflage 4 mit einem Palettenrahmen 10, der die Werkstückauflage 4 umgibt. In der Werkstückauflage 4 ist eine Strahlfangvorrichtung 16 verfahrbar angeordnet, welche die Werkstückauflage 4 zumindest in eine erste Auflagefläche 14 und zweite Auflagefläche 15 unterteilt. Bei einer linienförmigen Strahlfangvorrichtung 16 grenzen die Auflageflächen 14, 15 unmittelbar an die Strahlfangvorrichtung 16 an, so dass zwei Werkstückauflageketten 12 zur Bildung der Auflageflächen 14, 15 genügen, sofern deren Kettenglieder sich über die Breite der Werkstückauflage 4 erstrecken.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Strahlfangvorrichtung als sogenannter Punktcatcher, also als punktförmige Strahlfangvorrichtung 16, ausgebildet. Dadurch entsteht aufgrund der Größe der Kettenglieder 40, welche sich über die Breite der Werkstückauflage 4 erstrecken, ein Spalt zwischen der ersten und zweiten Auflagefläche 14, 15, zu dessen Überbrückung weitere Auflageflächen 17, 18 durch ein weiteres Paar von Werkstückauflageketten 12 vorgesehen ist. Die Strahlfangvorrichtung 16 wird bevorzugt synchron zu einer Verfahrbewegung des Bearbeitungskopfes 3 angesteuert, so dass ein auf der Unterseite des Werkstücks 6 austretender Schneidstrahl in die Strahlfangvorrichtung 16 eintreten kann.
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Die Werkstückauflage 4 umfasst für die Auflageflächen 14, 15, 17 und 18 jeweils zwei gleiche Werkstückauflageketten 12.
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Die 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Werkstückauflage 4 gemäß 2 im schematischen Schnitt und umfasst einen Palettenrahmen 10, zwei Werkstückauflageketten 12, eine Strahlfangvorrichtung 16 und jeweils eine der Strahlfangvorrichtung 16 zugeordnete Umlenkung 22 für die Werkstückauflagekette 12 sowie zwei Kettenaufroller 24 für die Werkstückauflageketten 12. Die beiden Werkstückauflageketten 12 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils am äußeren Rand der Werkstückauflage 4 durch den Palettenrahmen 10 eingespannt. Aufgrund einer einseitigen Biegesteifigkeit der Werkstückauflagekette 4, welche nachfolgend in den 4 und 5 näher beschrieben wird, kann durch die einseitige Einspannung eine selbsttragende flächige Werkstückauflage geschaffen werden. Unter einseitiger Biegesteifigkeit wird hier verstanden, dass die Werkstückauflagekette 12 in ihrer von dem Werkstück 6 weg weisenden Richtung 26 abknicken kann, sich jedoch gegen ein Abknicken in ihrer auf das Werkstück 6 zu weisenden Richtung 28 selbsttätig sperrt. Die Werkstückauflagekette 12 ist eine liegende Schleppkette, die aufgrund ihrer einseitigen Biegesteifigkeit nur nach unten aufgerollt werden kann. Dadurch kann das Werkstück 6 auf die Werkstückauflagekette 12 gelegt werden, ohne dass sich die Werkstückauflagekette 12 durchbiegt.
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Im vorliegenden Beispiel bilden die Umlenkungen 22 beziehungsweise die Umlenkrollen 22 und die zusätzlich daran angeordneten Kettenaufroller 24 mit der Strahlfangvorrichtung 16 eine Bewegungseinheit und können gemeinsam verfahren werden. Dadurch können im Umlenkbereich zwischen der Werkstückauflagekette 12 und der Strahlfangvorrichtung 16 immer gleichbleibende Verhältnisse, insbesondere bezüglich des dabei entstehenden Spaltes, erzielt werden.
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Beispielsweise kann ergänzend eine Absaugung 62 vorgesehen sein, welche die in einer Strahlfangvorrichtung 16 erzeugte Gase, Stäube und weiteren Reststoffe absaugt.
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Die selbsttragende Werkstückauflagekette 12 ermöglicht eine Einsparung von mechanischen Teilen im Bearbeitungsraum, eine Verringerung eines Steuerungsaufwandes und eine Verringerung von Anforderungen an eine Positioniergenauigkeit einer Bewegungseinheit für die Strahlfangvorrichtung 16. Insbesondere ist keine aufwändige Steuerung für viele Aktoren erforderlich.
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Die 4 und 5 zeigen eine schematische Seitenansicht der Werkstückauflagekette 12 im Bereich der Umlenkrolle 22. Die Werkstückauflagekette 12 besteht aus mehreren in Reihe zueinander angeordneten Kettengliedern 40. Diese Kettenglieder 40 können aus Kunststoff bestehen oder mit Kunststoff beschichtet sein, um Kratzer und Spuren an der Unterseite des Werkstücks 6 zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann es von Vorteil sein, wenn die Kettenglieder 40 mit (in den Figuren nicht dargestellten) Kugelauflagen bestückt sind. Des Weiteren können solche Kettenglieder aus einem metallischen Material ausgebildet sein und gegebenenfalls eine Kunststoffbeschichtung oder eine sonstige Schutzbeschichtung umfassen.
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Das Kettenglied 40 umfasst eine Auflagefläche 20 sowie eine erste und eine zweite Verbindungsseite 41, 42. Die erste Verbindungsseite 41 ist mit einer zweiten Verbindungsseite 42 eines weiteren Kettenglieds 40 gleicher Gestalt zusammenfügbar. Die erste Verbindungsseite 41 des Kettenglieds 40 umfasst eine erste Sperrkomponente 43. Die erste Sperrkomponente 43 gewährleistet, dass nach einer Zusammenfügung des Kettenglieds 40 mit dem weiteren Kettenglied 40 ein Winkel β zwischen der Werkstückauflagefläche 20 des Kettenglieds 40 und der Werkstückauflagefläche 20 des benachbarten Kettenglieds 180° nicht unterschreitet.
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Das Kettenglied 40 umfasst auf der ersten Verbindungsseite 41 eine erste Komponente 51 eines Drehlagers 50. Das Kettenglied 40 umfasst auf der zweiten Verbindungsseite 42 eine zweite Komponente 52 eines Drehlagers 50. Die Drehachse 53 des Drehlagers 50 ist in einer Hälfte 46 des Kettenglieds 40 angeordnet, die von dessen Werkstückauflagefläche 20 abgewandt ist.
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Die erste Komponente 51 des Drehlagers 50 ist mit der zweiten Komponente 52 des Drehlagers 50 des weiteren Kettengliedes 40 zusammenfügbar und bildet nach der Zusammenfügung gemeinsam mit der zweiten Komponente 52 das Drehlager 50. Das Kettenglied 40 weist auf der von der Auflagefläche 20 abgewandten Seite 47 eine konvexe Ausformung 48 auf, die durch die erste und/oder die zweite Komponente 51, 52 des Drehlagers 50 gebildet wird.
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Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass Paare von benachbarten Kettengliedern 40 der Werkstückauflagekette 12 mittels eines Verbindungsteils 54 oder mittels eines Verbindungsglieds 54 verbunden sind.
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In 6 ist eine alternative Ausführungsform zur Werkstückauflage 4 gemäß 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Auflageflächen 14, 15 jeweils durch mehrere parallel nebeneinander angeordnete Einzelketten oder einzelnen Werkstückauflageketten 12 ausgebildet. Diese Einzelketten erstrecken sich in der 6 bis zu einem mittleren Bereich der Werkstückauflage 4, in welchem die Strahlfangvorrichtung 16 positioniert ist. Dabei grenzen im Bereich der Strahlfangvorrichtung 16 die Werkstückauflageketten 12 an die Strahlfangvorrichtung 26 an, wie dies in 7a dargestellt ist. In dem Bereich, in dem sich die Strahlfangvorrichtung 16 nicht in Y-Richtung erstreckt, grenzen die jeweiligen Werkstückauflageketten 12, welche die Auflageflächen 14, 15 bilden, jeweils selbst aneinander an, wie dies in 7b dargestellt ist. Zwischen den aneinander angrenzenden Auflageketten 12 befindet sich dann lediglich eine schmale Leiste (in 7b nicht gezeigt), die mit der Strahlfangvorrichtung 16 verbunden ist. Sofern die Strahlfangvorrichtung 16 sich in Y-Richtung bewegt, werden die Werkstückauflageketten 12 in Analogie zu einem Reißverschluss durch die Strahlfangvorrichtung 16 aufgetrennt und auf der gegenüberliegenden Seite geschlossen. Hierfür weist die Strahlfangvorrichtung 16 einen Schlitten mit in Y-Richtung spitz zulaufenden Enden auf, durch welchen diese Art Reißverschlussbewegung der Einzelketten eingeleitet und durchgeführt wird. Bei der Bewegung der Strahlfangvorrichtung in X-Richtung wird das Aufrollen der einzelnen Werkstückauflageketten 12 auf die Kettenaufroller 24 durch die Strahlfangvorrichtung 16 beziehungsweise durch die damit verbundene Leiste initiiert, so dass alle Auflageketten 12 einer Auflagefläche 14 beziehungsweise 15 gemeinsam in ihrer Länge verändert werden.
