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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Nadelwalze für eine Vorrichtung zum Perforieren von Folien mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen von von einer Zylindermantelfläche einer Walze abragenden Nadeln.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Perforieren von Folien mit einer derartigen Nadelwalze bzw. eine Verwendung einer derartigen Nadelwalze an einer solchen Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Perforieren von Folien, insbesondere dünnen Kunststofffolien bekannt. Eine einlaufende Folie läuft über eine Bürstenwalze. Eine Nadelwalze besitzt Nadeln, die von einer Zylindermantelfläche der Nadelwalze abragen. Die Nadeln haben eine konische Form. Sie haben insbesondere die Form eines Kegels, so dass der axiale Abstand von Nadelwalze zu Bürstenwalze den Durchmesser der Öffnungen bestimmt. Die Folien sind insbesondere aus thermoplastischem Material. Um ein Reißen der Folie beim Eindringen der Nadeln zu vermeiden, werden die Nadeln auf eine Temperatur beheizt, bei der die Folie anschmelzen kann. Hierdurch ergeben sich kerbfreie Öffnungsränder. Die Nadeln der bekannten Nadelwalze sind Hülsen zugeordnet, die auf einen Kern der Nadelwalze aufgeschoben werden können. Ein Kern einer Nadelwalze kann mit verschiedenen Hülsen bestückt werden, wobei sich die Hülsen durch die Dichte der Nadeln und/ oder der Durchmesser oder Länge der Nadeln unterscheiden können.
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Um eine bekannte Nadelwalze aufzuheizen sind externe Heizelemente wie Infrarotstrahler oder dergleichen vorgesehen. Zum Wechseln der Hülsen muss die Nadelwalze mittels eines Kranes oder dergleichen aus dem Gestell gehoben werden, da die Hülsen über einen von zwei Achszapfen geschoben werden müssen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung zum Perforieren von Folien und eine dabei verwendete Nadelwalze gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den nebengeordneten Ansprüchen angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche dar, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung eine Induktionsspule aufweist. Die Induktionsspule ist derart angeordnet, dass sie in der Walze und/oder den Nadeln Wirbelströme erzeugt. Hierzu ist vorgesehen, dass die Walze und/oder die Nadeln aus einem Werkstoff bestehen, in dem die darin induzierten Wirbelströme Wärme erzeugen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Kern der Walze und/oder die auf den Kern der Walze aufgeschobenen Hülsen und/oder die Nadeln aus Metall bestehen, das hierzu geeignete elektrische Eigenschaften aufweist. Die Induktionsspule kann von einer Induktionsschleife ausgebildet sein, die außerhalb der Walze angeordnet ist. Bevorzugt ist die Induktionsspule aber innerhalb des Walzenkernes angeordnet. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Walzenkern eine Höhlung aufweist, in der sich die Induktionsspule befindet. Die Induktionsspule kann sich über die gesamte axiale Länge des Bereiches der Walze erstrecken, der die Nadeln aufweist bzw. auf dem sich die mit Nadeln bestückten Hülsen befinden. Indem die Walze von innen beheizt wird, stellt sich ein Wärmefluss durch den Mantel der Walze zu den Nadeln ein. Der Wärmefluss erfolgt von dem Fuß der Nadeln zur Spitze der Nadeln. Gegenüber einer Beheizung der Nadeln von außen ergibt sich der Vorteil, dass die Gefahr, dass sich die Nadelspitzen überhitzen, vermindert ist. Der Wärmefluss erfolgt vom querschnittsgroßen Ende der Nadeln zur Spitze hin. Die Induktionsspule kann eine U-Form, eine Wendelgangform oder dergleichen aufweisen. Besitzt die Induktionsspule eine U-Form, so erstrecken sich bevorzugt zwei parallel zueinander verlaufende U-Schenkel parallel zur Walzenachse durch das Innere des Walzenkerns. Bei einer Wendelgangform verläuft die Achse der Wendel parallel zur Walzenachse. Die Induktionsspule kann eine U-Form oder eine Wendelgangform oder dergleichen aufweisen. Der Walzenkern kann eine einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Höhlung aufweisen, in die die Induktionsspule in axialer Richtung eingeschoben ist. Die Höhlung besitzt hierzu eine stirnseitige Öffnung. Es ist ferner von Vorteil, wenn sich der Walzenkern gegenüber der Induktionsspule drehen kann. Die Induktionsspule ist hierzu im Walzenkern drehbar gelagert. Innerhalb des Walzenkernes sind vorzugsweise zwei Drehlager angeordnet, mit denen die Induktionsspule innerhalb der Höhlung fixiert ist. Hierzu können elektrisch isolierende Fixierelemente vorgesehen sein, die mittels eines Drehlagers am Walzenkern befestigt sind. Die Fixierelemente können aus einem keramischen Material gefertigt sein. Die innerhalb der Höhlung angeordneten Lager können die beiden axialen Enden der Induktionsspule lagern, wobei die beiden Enden der Induktionsspule jeweils mit einem isolierenden Fixierelement am Lager befestigt sind. Die beiden Zuleitungen der Induktionsspule können durch dieselbe Stirnseite aus dem Walzenkern herausgeführt sein. Die Induktionsspule kann ein Kupferrohr sein, durch das ein Kühlmittel strömt. Es kann ein mit dem Gestell bzw. Gehäuse fest verbundenes Halteelement vorgesehen sein, mit dem die Zuleitungen der Induktionsspule ortsfest fixiert sind, so dass sich die Induktionsspule bei einer Drehung der Walze nicht mit dreht. Es können zwei Lagerböcke vorgesehen sein, um zwei Achszapfen der Walze zu lagern. Hierzu sind zwei oder mehr Lager vorgesehen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, der mit dem ersten Aspekt der Erfindung kombinierbar ist, wird vorgeschlagen, dass bei einer Nadelwalze, die mit zwei Achszapfen jeweils mittels eines Lagers jeweils an einem Lagerbock gelagert ist, einer der beiden Achszapfen von der Walze trennbar ist. Hierzu ist bevorzugt eine Kupplung vorgesehen. Die Kupplung liefert eine in Axialrichtung trennbare Verbindung zwischen Walze und Achszapfen. Es handelt sich bevorzugt um eine selbstzentrierende Verbindung. Es kann sich auch um eine drehmitnehmende Verbindung zwischen Walze und Achszapfen handeln. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Verbindung einen Zentrierdorn, der in eine Zentrieröffnung eingreift. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt die Verbindung eine Hirth-Verzahnung. Der den Achszapfen lagernde Lagerbock kann in Achsrichtung verschoben werden. Hierzu kann ein Stellantrieb, beispielsweise ein Pneumatikzylinder vorgesehen sein. Mittels des Stellantriebes kann somit der Achszapfen in Axialrichtung räumlich von der Walze getrennt werden. In diesem Betriebszustand wird die Walze nur von einem, nämlich dem anderen Achszapfen gehalten. Das andere Ende der Walze ragt frei in den Raum, so dass die die Nadeln aufweisenden Hülsen über das freie Ende der Nadelwalze entfernt bzw. aufgesetzt werden können. Die Strecke zwischen den beiden voneinander getrennten Teilen der Verbindung/Kupplung ist größer als die axiale Länge einer Nadelhülse, insbesondere größer als die axiale Länge einer längsten Nadelhülse. Der zweite Aspekt der Erfindung liefert somit eine Vereinfachung hinsichtlich des Wechselns von mit Nadeln bestückten Hülsen.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch in der Art eines Schnitts den Einlauf einer zu perforierenden Folie 4 in eine erfindungsgemäße Walzenanordnung bestehend aus einer Nadelwalze 1 und einer Bürstenwalze 2,
- 2 in der Art eines Längsschnitts durch die Nadelwalze 1 die Anordnung einer Induktionsspule 13 in einer Höhlung 12 eines Kerns 11 der Nadelwalze 1 und die lösbare Verbindung 33 zwischen einem freien Ende 29 der Nadelwalze 1 und einem Achszapfen 25,
- 3 in der Art eines Schnitts gemäß der Linie III-III in 2 ein inneres Lager 20, mit dem die Induktionsspule 13 drehbar im Kern 11 gelagert ist,
- 4 in einer perspektivischen Darstellung die Verbindung 33 zwischen freiem Ende 29 und Achszapfen 25 in einem Zustand, in dem der Achszapfen 25 fest mit der Nadelwalze 1 verbunden ist,
- 5 eine Darstellung gemäß 4, wobei der Achszapfen 25 von der Nadelwalze 1 derart weit um einen Abstand a beabstandet ist, dass Nadelhülsen 30 durch den Abstand entnommen werden können,
- 6 eine perspektivische Darstellung einer Nadelwalze, wobei die Induktionsspule 13 zur Verdeutlichung aus der Höhlung 12 herausragend dargestellt ist, und
- 7 perspektivisch eine Induktionsspule 13
- 8 in einer perspektivischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 9 den Schnitt gemäß der Linie IX-IX in 8,
- 10 vergrößert den Ausschnitt X in 9 und
- 11 vergrößert den Ausschnitt XI in 9.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein Gehäuse bzw. Gestell 3, an dem eine Nadelwalze 1 drehbar gelagert ist. Die Nadelwalze 1 kann mit einem nicht dargestellten Drehantrieb drehangetrieben werden. Der Drehantrieb kann an einem von zwei Achszapfen 24, 25 angreifen. Von der Zylindermantelfläche der Nadelwalze 1 abragende Nadeln 5 greifen in die Bürsten einer Bürstenwalze 2 ein. Die Achsen von Bürstenwalze 2 und Nadelwalze 1 verlaufen parallel zueinander. Der Achsabstand zwischen Bürstenwalz 2 und Nadelwalze 1 kann verändert werden. Die Nadeln 5 haben eine konische Form, so dass der Achsabstand die Eindringtiefe der Nadeln in eine Folie 4 definiert, die über die Bürsten der Bürstenwalze 2 transportiert wird. Über die Eindringtiefe kann die Weite der in der Folie 4 eingeprägten Öffnungen eingestellt werden. Die Folie wird über eine erste Umlenkwalze 6 in den Spalt zwischen Nadelwalze 1 und Bürstenwalze 2 geführt und über eine zweite Umlenkwalze 7 abgeführt.
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Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Nadelwalze 1 besitzt einen zylinderförmigen Kern 11, der eine zylinderförmige Höhlung 12 aufweist. Der Querschnitt der Höhlung 12 kann aber auch unrund und insbesondere mehrkantig gestaltet sein. Der Kern 11 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Rundrohres. Ein erstes Ende des Kernes 11 bildet einen ersten Achszapfen 24 aus, der mittels eines Drehlagers 22 an einem am Gestell 3 festen Lagerbock 5 befestigt ist. Die diesem Achszapfen 24 zugeordnete Stirnseite des Kernes 11 besitzt eine Öffnung, durch die eine Induktionsspule 13 in die Höhlung 12 eingeschoben werden kann.
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Die Induktionsspule 13 besitzt zwei Zuleitungen 14, 15, die durch die Öffnung dieser Stirnseite nach außen geführt sind. Die Zuleitungen 14, 15 sind in Axialrichtung nach außen geführt. Die Induktionsspule 13 besitzt eine erste Zuleitung, die sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch eine Wendelganganordnung 16 der Induktionsspule 13 erstreckt. Der wendelgangförmige Abschnitt der Induktionsspule 13 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte mit Nadeln 5 besetzte Länge der Induktionsspule 13. Die Induktionsspule 13 wird von einem Kupferrohr gebildet. Durch das Rohr kann ein Kühlmittel hindurchströmen.
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Es sind elektrisch isolierende Fixierelemente 19, 21 vorgesehen. Diese befinden sich innerhalb der Höhlung 12 und fixieren die Induktionsspule 13 darin. Die Fixierelemente 19, 21 stecken in Drehlagern 18, 19, so dass sich der Walzenkern 11 gegenüber der Induktionsspule 13 drehen kann. Eine erste Fixieranordnung 19 kann im Bereich der Öffnung der Höhlung 12 vorgesehen sein. Eine zweite Fixieranordnung 20, 21 kann am Ende der Induktionsspule 13 vorgesehen sein, so dass die beiden Enden der Induktionsspule 13 jeweils drehbar und elektrisch isoliert mit dem Walzenkern 11 verbunden sind.
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Es ist ein Halteelement 26 vorgesehen, mit dem die Zuleitungen 15, 14 außerhalb der Höhlung 12 drehfest am Gestell 3 bzw. am Lagerbock 9 befestigt sind. Wird die Walze 1 von dem nicht dargestellten Antrieb drehangetrieben, so dreht sich die Induktionsspule 13 nicht mit.
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Auf der Zylindermantelfläche des Kernes 11 sind mehrere Nadelhülsen 30 aufgeschoben. Sie werden in axialer Richtung von einem Anschlagring 27 und einem Spannring 28 fixiert. Die 3 zeigt zudem einen Stift 31, der in radialer Richtung in eine Nut 32 der Mantelfläche des Kerns eingreift. Die Nadelhülsen 30 tragen an ihrer Außenseite die kegelförmigen Nadeln 5, die in Radialrichtung abragen. Durch Lösen des Spannringes 28 können die Nadelhülsen in axialer Richtung vom Kern 11 der Walze 1 abgezogen werden und gegen andere Nadelhülsen 30 ausgetauscht werden, die anders gestaltete Nadeln oder Nadeln mit einer anderen Nadeldichte aufweisen. Um dies ohne eine Demontage der Nadelwalze 1 zu ermöglichen ist eine als Kupplung 33 ausgebildeten Verbindung zwischen einem freien Ende 29 und einem Achszapfen 25 vorgesehen. Die Verbindung zwischen dem Kern der Nadelwalze 1 und dem Achszapfen 25 ist beim Ausführungsbeispiel in axialer Richtung trennbar. Es handelt sich bevorzugt um eine drehfeste und selbstzentrierende Kupplung 33, die zwei ineinandergreifende Kupplungselemente 34, 36 aufweist.
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Eines der beiden Kupplungselemente 34 kann eine Zentrieröffnung 37 aufweisen. Das andere der beiden Kupplungselemente 35 kann einen kegelförmigen Zentrierdorn 36 aufweisen, der in die Zentrieröffnung 37 eingreift.
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Die beiden Kupplungselemente 34, 35 können jeweils eine Verzahnung aufweisen. Die beiden Verzahnungen sind bevorzugt eine Stirnverzahnung und greifen ineinander. Bevorzugt handelt es sich um eine Hirth-Verzahnung.
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Der Achszapfen 25 ist mittels eines Drehlagers 23 an einem Lagerbock 10 befestigt. Der Lagerbock 10 kann sich in axialer Richtung bezogen auf die Achse der Nadelwalze 1 gegenüber dem Lagerbock 9 verlagern. Hierzu ist ein Stellantrieb 38 vorgesehen, der am Achszapfen 25 angreifen kann. Die 4 und 5 zeigen die Kupplung 33 im gekuppelten bzw. entkuppelten Zustand.
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Die 8 bis 11 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Form der in der Höhlung 12 angeordneten Induktionsspule 13 unterscheidet. Die Induktionsspule 13 ist U-förmig gestaltet. Die durch eine Höhlung des Achszapfens 24 in die Höhlung 12 des Kernes 11 hineintretenden Zuleitungen 14, 15 setzen sich parallel verlaufend als parallel zueinander verlaufende Schenkel 13' der Induktionsspule 13 fort. Die beiden parallel zueinander verlaufenden Schenkel 13' erstrecken sich durch die gesamte mit Nadelhülsen 30 belegte Walze. Die beiden Schenkel 13' sind mit einem Bogenabschnitt 17 miteinander verbunden, welcher mit einem Fixierelement 11, welches von einem keramischen Material gebildet ist, innerhalb des Lagers 20 befestigt ist, so dass sich die Walze und insbesondere der Walzenkern 11 um die Induktionsspule 13 drehen kann.
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Die 11 zeigt ein dem Fixierelement 21 gegenüberliegendes Fixierelement 19, ebenfalls aus einem keramischen Material, mit dem die beiden Schenkel 13' der Induktionsspule 13 innerhalb des Lagers 18 gefesselt sind. Die Zuleitungen 14, 15 durchragen frei den Achszapfen 24.
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Die Achszapfen 24, 25 sind jeweils mittels zwei Lagern in einem Lagerbock 9, 10 gelagert, wobei der Lagerbock 10 axial an einem Gestell gegenüber dem Lagerbock 9 verlagert werden kann, um den Achszapfen 25 vom freien Ende 29 des Walzenkernes 11 in der oben beschriebenen Weise zu trennen.
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Auf dem aus dem Lagerbock 9 herausragenden Ende des Achszapfens 24 sitzt eine Verzahnung, auf die ein Zahnriemen auflegbar ist, der von einem nicht dargestellten Elektromotor drehangetrieben werden kann, um die Nadelwalze 1 in eine Rotation zu versetzen.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
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Eine Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizeinrichtung eine Induktionsspule 13 aufweist, die derart angeordnet ist, dass von ihr erzeugte elektromagnetische Wechselfelder in der Walze 1 und/oder den Nadeln 5 Wirbelströme erzeugen.
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Eine Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Induktionsspule 13 innerhalb eines Walzenkerns 11 angeordnet ist.
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Eine Walze 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Induktionsspule 13 derart innerhalb eines Walzenkerns 11 angeordnet ist, dass von ihr erzeugte elektromagnetische Wechselfelder in der Walze 1 und/oder den Nadeln 5 Wirbelströme erzeugen.
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Eine Walze 1 oder Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Walzenkern 11 eine Höhlung 12 aufweist, in der die insbesondere U- oder wendelgangförmig ausgebildete Induktionsspule 13 angeordnet ist.
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Eine Walze 1 oder Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Walzenkern 11 gegenüber der Induktionsspule 13 drehbar ist.
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Eine Walze 1 oder Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine erste und eine zweite Zuleitung 14, 15 der Induktionsspule 13 aus derselben Stirnseite des Walzenkerns 11 herausgeführt sind.
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Eine Walze 1 oder Walzenanordnung, die gekennzeichnet ist durch zumindest ein in der Höhlung 12 des Walzenkerns 11 angeordnetes Drehlager 18, 20 zur elektrisch isolierten Lagerung der Induktionsspule 13 in der Höhlung.
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Eine Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass einer 25 der beiden Achszapfen 24, 25 trennbar mit der Walze 1 verbunden ist.
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Eine Walzenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der trennbar mit der Walze 1 verbundene Achszapfen 25 über eine in Axialrichtung trennbare, insbesondere selbstzentrierende und/oder drehmitnehmende Verbindung mit der Walze verbunden ist, welche insbesondere eine Hirth-Verzahnung ist und/ oder einen Zentrierdorn 36 aufweist.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nadelwalze
- 2
- Bürstenwalze
- 3
- Gehäuse
- 4
- Folie
- 5
- Nadeln
- 6
- Umlenkrolle
- 7
- Umlenkrolle
- 8
- Bürste
- 9
- Lagerbock
- 10
- Lagerbock
- 11
- Walzenkern
- 12
- Höhlung
- 13
- Induktionsspule
- 13'
- Schenkel
- 14
- Zuleitung
- 15
- Zuleitung
- 16
- Wendelgang
- 17
- Endabschnitt
- 18
- Lager
- 19
- Fixierelement
- 20
- Lager
- 21
- Fixierelement
- 22
- Lager
- 23
- Lager
- 24
- Achszapfen
- 25
- Achszapfen
- 26
- Halteelement
- 27
- Anschlagring
- 28
- Spannring
- 29
- freies Ende
- 30
- Nadelhülse
- 31
- Stift
- 32
- Nut
- 33
- Kupplung
- 34
- Kupplungselement
- 35
- Kupplungselement
- 36
- Zentrierdorn
- 37
- Zentrieröffnung
- 38
- Stellantrieb
- 39
- Verzahnung
- a
- Abstand
