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Maschine zum Verringern des Querschnitts von stangenförmigem Gut Die
Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Verringern des Querschnitts von stangenförmigem
Gut, wie Drähten, Profilstäben, Rohren, Wellen od.-dgl., aus schwer zerspanbarem
Werkstorf, wie Stahl od. dgl., mit mindestens einer in die Mantelfläche des stangenförmigen
Gutes Längsrillen, Längsriefen od, dgl. einbringenden Schneidvorrichtung und einer
Sehneiddüse, deren Schneiddurchmesser unwesentlich kleiner ist als der Abstand gegenüberliegender
Schneiden. der die Längsrillen od. dgl. erzeugenden Vorrichtung. -Um den Querschnitt
stangenförmigen Gutes zu verringern, ist es bekannt, dieses durch eine Zieh- oder
Schneiddüse
zu ziehen, abzudrehen oder gegen Verdrehen gesichert
durch einen umlaufenden Messerkopf hindurchzubewegen,,` d.h. zu schälen. Das Querschnittsverringern
durch Ziehen des Werkstücks durch eine Ziehdüse setzt im Regelfall voraus, daß die
sich durch das Walzen zwangsläufig ergebende entkohlte Schicht, Schlackeneinschlüsse
od. dgl., vorher entfernt werden, beispielsweise durch Schälen oder durch "Ziehschälen",
wie dies bei der Oberflächenbearbeitung leicht zerspanbare"Werkstoffe bekannt ist.
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Dem spanabhebenden Querschnittsverringern durch Drehen oder Schälen
sind, soweit schwer zerspanbare Werkstoffe zu bearbeiten sind, Grenzen gesetzt,
tretzdem in den letzten Jahren Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit
schon recht erheblich gesteigert worden sind.
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Will man z.B. die Leistung von Schälmaschinen erhöhen -die Antriebsleistungen
derselben liegen z.Zt. etwa zwischen loo und 3oo PS, bei Schälmaschinen für Spezialzwecke
bei looo bis 5000 PS -, beispielsweise verzehnfachen, so kann man dies dadurch,
daß man den Vorschub pro Umdrehung, die Schnittgeschwindigkeit bei gleichbleibendem
Vorschub bzw. Vorschub und Schnittgeschwindigkeit-steigert.
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Die Erhöhung des Vorschubes ist begrenzt durch den gewünschten
Grad
der Genauigkeit. Wenn es also zur Zeit zulässig ist, bzw. ausreicht, bei einem angenommenen
Stangendurchmesser von 1o mm mit einem Vorschub von 1o mm pro Umdrehung zu arbeiten,
läßt sich eine Stange von loo mm Durchmesser bei einem Vorschub von loo mm pro Umdrehung
nicht mehr genau genug bearbeiten.
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Die Schnittgeschwindigkeit ist begrenzt, a) wenn auch nicht entscheidend,
durch das Werkzeug, b) durch die Lagerung des umlaufenden Messerkopfes und e) durch
den Antrieb.
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Besonders unangenehm machen sich bei Steigerung der Schnittgeschwindigkeit
die dann auftretenden Lagergeschwindigkeiten bemerkbar, man kann den Messerkopf
nicht mehr lagern, es sei denn, man benutzt, wie schon zum Schälen von Draht vorgeschlagen,
diesen als Lagerelement und bewegt ihn in senkrechter Richtung und läßt den Messerkopf
von Druckluft tragen.
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Die Schwierigkeiten-vergrößern sich, wenn Vorschub und Schnittgeschwindigkeit
gesteigert werden. Praktisch heißt dies, daß erhebliche Schwierigkeiten auftreten,
wenn die
Leistung von Schälmaschinen erheblich erhöht werden soll,
die ja vorzugsweise der spanabhebenden Bearbeitung von bchwerzerspanbarem stangenförmigem
Material, wie Stahl od. dgl.,dienen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu finden, wie
die Leistung spanabhebender Maschinen, insbesondere Schälmaschinen, über das, was
bisher erreicht werden konnte, weiterhin gesteigert werden kann. Ausgegangen wird
von der Überlegung, daß sich die Leistung nur dann erheblich steigern läßt, wenn
das zu bearbeitende Material verhältnismäßig schnell durch.die Bearbeitungswerkzeuge
hindurch bewegt wird.
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Als besonders zweckmäßig erschien es, das zu bearbeitende Material,
wie beim "Ziehschälen" von kurzen Werkstücken, wie Preßbolzen aus leicht zerspanbaren
Werkstoffen, bekannt, durch das Werkzeug bzw. die Werkzeuge hindurchzustoßen, was
bei schwer zerspanbaren Werkstoffen voraussetzt, daß sowohl da- Werkstück als auch
das es vorschiebende Mittel so geführt werden, daß ein Ausknicken dieser Teile verhindert
wird. Irgendwelche Schwierigkeiten, ein Ausknicken dieser Teile zu verhindern, bestehen
nicht, wenn,wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, unmittelbar vor und unmittelbar
hinter einer oder mehreren Schneiddüsen im wesentlichen ortsfest
angeordnete,
auf das Werkstück dämpfend wirkende und dieses zentrierende atmende Führungen, wie
Spannhülsen od. dgl., und an einem hin-und herbewegbaren Schlitten festgelegte und
steuerbare, das zu bearbeitende Werkstück mindestens durch die Schneiddüse bzw.
-düsen hindurchstoßende und seine Eigenfrequenz in bezug auf Längsschwingung erhöhende
Spannmittel vorgesehen sind. Atmende Führungen und ihnen entsprechende Spannmittel
sind an sich bekannt. Selbstverständlich können auch Werkstück und Schlitten ortsfest
angeordnet sein, wenn die Schneiddüse bzw. -düsen diesen gegenüber bewegt werden.
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Hierbei ist natürlich auch zu beachten, daß der maximale Abstand der
am Werkstück anliegenden Teile benachbarter Führungs- bzw. Spannmittel voneinander
kleiner als die Knicklänge des Werkstückes, vorzugsweise gleich einem Bruchteil
der Knicklänge ist. Bisher war es niäzt möglich, dafür-zu sorgen, daß ein gegen
ein oder mehrere Werkzeuge gedrücktes, aus schwer zerspanbaxe m Werkstoff bestehendes
Werkstück auch wirklich im Sinne einer spanabhebenden Bearbeitung beeinflußt wird,
denn ein aus schwer zerspanbarem Werkstoff, wie Stahl, bestehendes Werkstück setzt
dem Hindurehbewegen durch ein feststehendes, also nicht umlaufendes Werkzeug, wie
Schneiddüse, erheblichen
Widerstand entgegen. Es machen sich Randspannungen
bemerkbar, die ein Entfernen auch nur einer Ringschicht kleinster Wandstärke verhindern,
d.h. bereits nach Zurücklegen eines verhältnismäßig geringen Weges, bleibt ein aus
schwer zerspanbarem Werkstoff bestehendes Werkstück, das relativ zu einer feststehend
angeordneten Schneiddüse bewegt wird, in dieser stecken. Es ist leichter, das Werkzeug'-dabei
zu zerstören, als das Werkstück durch die Schneiddüse hindurchzubewegen. Besteht
das Werkstück dagegen aus leicht zerspanbarem Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer,
und wird, wie dies beispielsweise bei Kupferdrähten oder Kupferstangen der Fall
ist, nur eine verhältnismäßig dünne Ringschicht, die Oxydschicht, entfernt, so treten
keine großen Schwierigkeiten auf. Man hat daher schon Kupferdrähte bzw. Kupferstangen,
um ihren Querschnitt in einem geringen Maß zu verringern, durch Schneiddüsen hindurchgezogen.
Es bildete sich eine Art Schale, die dann durch hinter der Schneiddüse angeordnete
Trennmesser in mehrere Späne aufgetrennt wurde. Vorrichtungen dieser bekannten Art
lassen sich zum "Ziehschlälen" schwer zerspanbarer Werkstoffe, wie Stahl od. dgl.,
deswegen nicht verwenden, weil sich bereits bei Beginn des Schälprözesses infolge
Aufstauchens des abgehobenen Materials eine Ringwulst ergibt, die den Schälvorgang
abstoppt.
Aus Vorstehendem ergibt sich nicht nur, daß es wenig sinnvoll
ist, schwer zerspanbare Werkstücke durch fest angeordnete Schneiddüsen hindurchzubewegen,
um sie im Sinne einer Querschnittsverringerung spanabhebend zu bearbeiten, sondern
noch weniger sinnvoll ist, derartige Schneiddüsen dann zu verwenden, wenn die Aufgabe
gestellt ist, auch noch die Zerspanungsleistung zu erhöhen. Wenn man nun das stangenförmige
Gut vor dem Hindurchbewegen durch eine ein- oder mehrteilige Schneiddüse, deren
kleinster Durchmesser dem gewünschten Enddurchmesser des Werkstückes entspricht,
in an sich bekannter Weise so bearbeitet, daß der zu entfernende Querschnitt an
mehreren Stellen so gering ist, daß der dann noch vom Werkstück durch die Schneiddüse
abzutrennende Teil der Schale an diesen Stellen reißt, dann kann man Schneiddüsen
auch dann benutzen, wenn die Werkstücke aus schwer zerspanbarem Werkstoff bestehen,
dh. dann hängt die ` Zerspanungsleistung praktisch nur noch von der Geschwindigkeit
ab, mit der das Werkstück durch die Schneiddüse hindurchgejagt wird. Selbstverständlich
muß dann auch die Antriebsleistung einer solchen Maschine über die Leistung entsprechender,
dem Spanabheben Maschinen, wie Schälmaschinen od. dgl., hinaus gesteigert werden.
Hierbei ist dann das Durchstoßen des Werkstücks
wesentlich zweckmäßiger
als das Durchziehen, weil dem Durchstoßen bei entsprechender Halterung des Werkstücks
praktisch kaum Grenzen gesetzt sind, während .beim Ziehen mit hohen Durchgangsgeschwindigkeiten
die Gefahr des Abreißens durch "Fließen" des Werkstücks besteht. Wenn man nun, wie
vorstehend angegeben, vorgeht, dann wirken, schwingungstechnisch gesehen, auf das
Werkstück nicht mehr, wie bei Schälmaschinen, in erster Linie Biege- und Drehschwingungen,
sondern, da die Haupterreger-, Kräfte in Längsrichtung des zu bearbeitenden Werkstücks
wirken, Längsschwingungen auf dieses ein. Daher werden, wie oben dargelegt, auf
das Werkstück dämpfend einwirkende Führungs- und Spannmittel vorgesehen, die die
Eigenfrequenz des Werkstücks in bezug auf Längsschwingungen erhöhen. Diese Führungs-
und Spannmittel wirken also, . schwingungstechnisch gesehen, als Einspannungen,
obwohl jede Führung eine Eigenfrequenz (Atmungsfrequenz) hat. Wesentlich ist nur,
daß die Atmungsfrequenz einer . atmenden Führung geringer ist als die Eigenfrequenz
des stangenförmigen Werkstücks in bezug auf Längsschwingungen. Diese Führungs- und
Spannmittel-qpllen das zu dämpfende Werkstück möglichst ringförmig umfassen. Ist
die Atmungsfrequenz einer atmenden Führung ver- .
hältnismäßig
hoch, dann sind ihre einzelnen Führungs-bzw. Spannmittel in an sich bekannter Weise
durch Dämpfungsmittel zu beeinflussen. Die an sich bekannten federbelasteten und
dadurch atmenden Spannhülsen haben die Eigenschaft, daß sie auf hohe Frequenzen
gar nicht ansprechen, d.h. sie wirken nicht nur drehschwingungsdämpfend, sondern
auch längsschwingungsdämpfend, weil sich dort, wo auf das Werkstück eingewirkt wird,
kein Schwingungsbauch-bilden kann. Atmende Führungen und atmende Spannmittel, gleichgültig
welcher Gestaltung, wirken also auf das zu bearbeitende bzw. bearbeitete Stangenmaterial
genau so wie ein auf eine Stange aufgeschobenes Rohr, das diese mit geringem Spiel
umfaßt. In der Stange erregte Längsschwingungen können sich dann nicht mehr ausbilden.
Hieraus folgt dann auch, daß atmende Führungen bzw. atmende Spannmittel, die das
Werkstück ringförmig umfassen, in schwingungstechnischem Sinne besser dämpfen '
als durch Federwirkung auf das Werkstück gepresste, es zentrierende Rollen.
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Die am Schlitten angeordneten Spannmittel sollten derart steuerbar
sein,.daß sie sich bei Bewegen des Schlittens von einer Stellung vor dem Werkzeug
bzw. den Werkzeugen in eine Stellung hinter diesem bzw. diesen in Abhängigkeit von
der Vorschubgeschwindigkeit nacheinander öffnen
und wieder schließen.
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Zweckmäßig ist es, dem Schlitten mindestens eine ihm gegenüber verschiebbare,
unter Wirkung mindestens einer Feder stehende Masse zuzuordnen. Diese Masse hat
in erster Linie die Aufgabe, Längsschwingungen des Schlittens zu dämpfen. - .' Festgestellt
wurde, daß es zweckmäßig ist, jeder Schneidkante der ein- oder mehrteiligen Schneiddüse
in an sich bekannter Weise eine Fläche mit einem Freiwinkel von Null Grad zuzuordnen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen schematisch veranschaulicht.
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Es zeigen:. Fig. 1 die Stirnansicht einer aus schwer zerspanbarem
Werkstoff bestehenden Stange, deren Durchmesser vom Wert D1 auf den Wert D2 verringert
werden soll, Fig. 2 _die Stirnansicht der Stange nach Fig. 1 -nach Erzeugen von
in Längsrichtung der Stange am Umfang verlaufenden Rillen, Rinnen od. dgl..
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Fig. 3 einen Schnitt durch eine aus Schnellstahl
gefertigte,
ringförmige Schneiddüse mit ihrer Halterung und dem zugeordneten Werkstück, _ Fig.
4 einen Schnitt durch eine aus Hartmetall _ gefertigte, ringförmige Schneiddüse
mit ' ihrer Halterung und dem zugeordneten Werk-; stück, Fig. 5 eine Seitenansicht
einer Schneiddüse, der unmittelbar vor und unmittelbar hinter ihr je eine an sich
bekannte atmende Führung in Form je einer Spannhülse zugeordnet sin4 Fig. 6 eine
Seitenansicht eines an sich bekannten Spannmittels, das mit dem zu bearbeitenden
Werkstück mitbewegt wird, Fig. 7 eine Seitenansicht einer Maschine mit einem. Spannmittel
tragenden Schlitten, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII - VIII der Fig. 7
in vergrößerter Darstellung. Wenn, wie angenommen, die Aufgabe besteht, eine Stange
aus schwer zerspanbarem Material vom Durchmesser D1 auf den Durchmesser D2 zu verringern,
so werden zunächst am Umfang der Stange 1 in Richtung der Erstreckung derselben
verlaufende Rillen, Rinnen od. dgl. 2 erzeugt, deren Tiefe so bemessen ist, daß
die Bodenfläche 3 jeder Rille, Rinne od. dgl. noch einen kleinen Abstand hat von
der
Umfangsfläche 4, deren Durchmesser gleich D2 ist. Wird nun die derart bearbeitete
Stange 1 'durch eine Schnellstahldüse 7 oder eine Hartmete7.ldüse 8 hindurchgestoßen,
so läßt sich die durch die Durchmesser D1,D2 festgelegte, mit Rillen versehene Schale
von der Stange 1 lösen, weil sich die Stege 5 infolge Reißens der Schale 'zwischen
den Stegen an den Stellen 6 nach außen. schieben. Die aus Schnellstahl gefertigte
Schneiddüse 7 weist einen, Keilwinkel kleiner als 9o° auf, der Spanwinkel ist positit
Hinter der geschlossenen Schneidkante 9 ist eine ringförmige Freifläche 1o vorgesehen,
deren Freiwinkel 00 beträgt. Die aus Hartmetell gefertigte Ringdüse 8 des Ausführungsbeispiels
weist einen Keilwinkel von etwa 90o auf, der Spanwinkel ist negativ und beträgt
beispielsweise 5 bis loo. Auch in diesem Fall ist hinter der Schneidkante 11 eine
Freifläche 12 verhältnismäßig geringer Höhe vorgesehen, deren Freiwinkel ebenfalls
00
beträgt.
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Jeder Sehneiddüse 7 bzw. 8, die in Fig. 5 mit der Ziffer 13 versehen
ist, sind atmende Führungen, beispielsweise an sich bekannte Spannhülsen od. dgl.,
14 bzw: 15 zuzuordnen. Die Spannhülsen 14, von denen nur eine einzige.in Fig. 5
gezeigt ist, sind vor der Schneiddüse
13 mit verhältnismäßig geringem
Abstand voneinander. angeordnet, die Spannhülsen 15 in entsprechender Weise hinter
der Schneiddüse 13. In diesem Fall ist also nicht nur die Schneiddüse, sondern sind
auch die atmenden Führungen im wesentlichen ortsfest angeordnet. Da*s zu bearbeitende
Werkstück 16 wird durch sie hindurchgestoßen. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
das jeweils zu bearbeitende Werkstück mit ihm fest zugeordneten Spannmitteln zu
versehen, die also vor dem Bearbeiten des Werkstückes an diesem festgelegt und nach
dem Bearbeiten von ihm wieder gelöst werden, ausgenommen das kurzzeitige Lösen jedes
dieser Spannmittel, während das Werkstück die Schneiddüse oder eine atmende Führung,
die Schneiddüse eine weitere atmende Führung oder eine Ziehdüse passiert. Zweckmäßigerweise
werden als Spannmittel solche verwendet, die in den Fig. 6 und 8 schematisch angedeutet
sind. Die Spannvorrichtung nach Fig.^6 besteht in bekannter Weise aus den Spannbacken
17 und 18. Die Spannbacke-17 ist mit einer symmetrischen, prismatischen Ausnehmung
19 versehen, deren Flächen 2o,21 unter einem Winkel von 9o° gegeneinander geneigt
sind, Die Fläche 21 erstreckt sich -b-tz zur Ste13 1e 22 und geht dann in eine Fläche
23 über, die eine der Führung der Spannbacke 17 dienende Fläche 24 schneidet.
Die
zweite Spannbacke 18 weist außer einer quer zur Bewegungsrichtung der Spannbacke
17, dargestellt durch den Pfeil 25, liegenden Fläche 26 eine schräg zur Bewegungsrichtung
der Spannbacke 17 liegenden Fläche 27 auf, die an einer parallel zur Fläche 27 liegenden
Fläche 28 eines fest angeordneten Teiles 29 anliegt. Der Teil 29 kann mit dem die
Fläche 24 enthaltenden Führungsteil für die Spannbacke 17 eine Einheit bilden, wie
dies das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 zeigt. Soll eine Stange od. dgl. 3o durch
die Spannbacken 17 und 18 festgelegt werden, so wird die Spannbacke 17 auf
die von der Seite her eingeschobene Stange 3o od: dgl. hin bewegt. Da die Spannbacke
18 infolge der Wahl der Winkel, unter denen die einzelnen Flächen geneigt sind,
bei Beeinflussung durch die Spannbake 17 nicht bewegt würde, steht sie unter Wirkung
einer Feder 31, die bei 32 an der Backe 18 und bei 33 an einem Festpunkt, beispielsweise
dem Teil 29, festgelegt ist. Die Spannbacke 18 wird also durch die Feder 31 in Richtung
des Pfeiles 34 bewegt und kehrt ihre Bewegungsrichtung um, wenn die Stange 3o an
der entsprechenden Fläche der Backe 18 zur Anlage kommt,*wobei dann die Flächen
27 und 28-bzw.
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23 und 35 aneinander entlang gleiten. UnabhängiK davon, welchen Durchmesser
die Stange od. dgl. 3o hat, wird sie
immer so eingespannt, daß
ihre Achse in Richtung der Achse verläuft, die durch die Achse der Schneiddüse 36
der zugeordneten Maschine (Fig. 7 und 8) festgelegt ist. Die Maschine nach dem Ausführungsbeispiel
trägt auf dem Maschinengestell 37 einen Schlitten 38, der im Sinne des Pfeiles 39
hin- und herbewegbar ist. Die Hin- und Herbewegung erfolgt unter Verwendung eines
eine 'Zahnstange 4o antreibenden Ritzels 41, das von einem zweckmäßigerweise drehrichtungsumkehrbaren,
nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Am Maschinengestell 37 ist mindestens
die Schneiddüse 36, zweckmäßigerweise auswechselbar, festgelegt. Im Fall des Ausführungsbeispieles
ist angenommen, daß außer der Schneiddüse 36 auch noch eine atmende Führung 42 vor
der Schneiddüse und eine Ziehdüse 43 hinter dieser am Maschinengestell 37 festgelegt
sind. Die atmende Führung 42 kann aus einer der Spannhülse 14 nach Fig. 5 ensprechen=
den bestehen.
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Dem Schlitten 38 sind mehrere Spannmittel 44 zugeordnet, die dem Spannmittel
nach Fig. 6 entsprechen. Sie@legen das, zu bearbeitende Werkstück 3o am Schlitten
38 fest. Dieser ist, um in ihm auftretende Längsschwingungen-zudämpfen, mit einer
Masse 45 versehen, die über Stangen 46 in Bohrungen 47 des Schlittens 38 geführt
ist. Schlitten 38
und Masse 45 stehen über eine Feder 48 miteinander
in Verbindung. ". Wird der Schlitten 38 und damit das Werkstück 3o in Richtung des
Pfeiles 49 bewegt, wobei zwischen dem Schlitten und dem Werkstück eine Stange 38t
vorgesehen sein kann, so wird kurz bevor das erste Spannmittel 44 mit der atmenden
Führung 42 in Berührung kommen würde, ein Öffnen desselben bewirkt, und zwar soweit,
daß zwischen den Spannbacken 5o und 51 ein freier Raum verbleibt, der etwas größer
ist als der Raum, der von den Teilen 36, 42 und 43 und deren Halterungen eingenommen
wird. Je nach der Größe des Abstandes zwischen zwei benachbarten Spannmitteln 44
kann dann auch noch das nächste Spannmittel bewegt werden müssen, bevor sich das
zuerst geöffnete Spannmittel im Fall-des Ausführungsbeispieles hinter der Ziehdüse
43 wieder schließt, d.h. die dann schon teilweise bearbeitete Stange wieder erfaßt.
Das Hin- und Herbewegen aar Spannbacke 15 wird im Fall des Ausführungsbeispieles
hydraulisch gesteuert, wie dies durch den Kolben 52 und die Leitungen 53, 54 angedeutet
ist. Der Rückführung der Spannbacke 51 dient eine Feder 55, die der Feder 31 des
Ausführungsbeispieles nach Fig. 6 entspricht. In entsprechender Weise werden sämtliche
Spannmittel 44 im Sinne Üffnen bzw. im Sinne Schließen betätigt.
Wenngleich
die Erfindung anhand einer zu bearbeitenden Stange kreisförmigen Querschnittes erläutert
worden ist, beschränkt sie sich hierauf nicht, sie kann 'auch der Bearbeitung von
Vierkant, Sechskant- usw. -stäben und anderer Profile dienen. So können beispielsweise
dem Querschnittsprofil von Zahnrädern entsprechende Profilstangen, nachdem sie aus
dem Walzwerk kommen, gemäß der Erfindung bearbeitet werden. Sie sind dann lediglich
quer zu ihrer Erstreckungsrichtung in Teilstücke, die der Zahnradbreite entsprechen,
aufzuteilen.