DE1704404A1 - Maschine zum Zerschneiden von selbst sehr duennen Kunststoffilmen - Google Patents

Description

PATENTANWALT ERICHZIPSE

D IP L. . P H Y S I K E R

767 BADEN-BADEN LESSINQSTRASSE 12

Joseph WATTRE, in AÜB3RVIILIERS (Seine-Saint-Denis, PRAiüICREIGH) Maschine zum Zerschneiden von selbst sehr dünnen Kunststoi^filmen Priorität: Frankreich, vom 17· Oktober 1966

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Zerschneiden von selbst sehr dünnen Kunststofffilmen.

Bekanntlich ist das Zerschneiden eines Kunststoff ilms umso schwieriger, je dünner er ist, da seine Steifigkeit mit seiner Dicke abnimmt. Die dünnen Filme sind jedoch bes. interessant für die Herstellung von Kondensatoren mit einem aufgespulten metallisierten plastischen Dielektrikum, welche einen sehr kleinen Platzbedarf haben.

Bis vor einigen Jahren betrug die Dicke der für diese Anwendungen benutzten Filme wenigstens 6 Mikron· Die

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zum Zerschneiden derartiger Filme verwendeten Maschinen besassen zueinander parallele Messer, welche sich mit ihren Schneiden auf dem zu zerschneidenden Film abstützten. Die Schnittstreifen wickelten sich auf zwei Serien von Dornen auf, welche von zwei sich mit gleichen Geschwindigkeiten drehenden Walzen getragen wurden, und zwar die Streifen gerader Ordnung auf die Dorne einer ersten Serie und die Streifen ungerader Ordnung auf die der anderen· Bei einer derartigen Ausbildung treten bereits verschiedene Schwierigkeiten auf:

a) Die Aufspulung der Schnittstreifen kann

nur richtig erfolgen, wenn jeder Aufnahmedorn einerseits bei einer plötzlichen Zunahme der Sp_annUng des Streifens sich abkuppeln und andererseits schlüpfen kann, um eine anormale Zunahme des Wickeldurchmessers des Streifens ausgleichen zu können. Ferner muss das Auskuppelmoment des Dorns grosser als das Antriebsmoment des Films sein, welches seinerseits von der Länge und der Dicke desselben abhängt. Das Reibungsmoment des Dorns muss also einen Veränderungsbereich zwischen einem kleinsten Wert mit dem Schlupf null und einem grössten Auskuppelwert aufweisen. Die Schneidmaschine muss daher mit Einrichtungen zur Regelung der Reibungen versehen sein, welche genau und von einem Dorn zum anderen in der gleichen Weise arbeiten.

b) Da der Änderungsbereich eines jeden Dorns verhältnismässig schmal ist,muaa die mechanische Spannung des gerade zerschnittenen Film konstant gehalten werden, um das für den Antrieb des Streifens erforderliche Moment aufrechtzuerhalten.

c) Da jeder Schnittstreifen auf einen getrennten Dorn aufgespult wird, ist die Übereinanderlagerung der

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aufeinanderfolgenden Wickelschichten niemals vollkommen. Jede hergestellte Spule besitzt gezackte Flanken, was z.B* bei der Herstellung von Kondensatoren einen nicht vernachlässigbaren Werkstoffverlust und eine Verminderung des Haftens des durch das Schoop-Verfahren aufgebrachten Metalls zur Folge hat.

d) I¹Ur 3ede Dicke des zu zerschneidenden Films ist praktisch eine Mindestbreite der Schnittstreifen vorhanden, da die auf diese ausgeübte mechanische Spannung eine Funktion der Breite ist, und da die Einstellung der Lage des Änderungsbereichs des Reibungsmoments nicht sehr genau erfolgen kann. Unabhängig von den obigen Ausführungen ist es sehr schwierig, sehr schmale Streifen ohne Führung derselben während ihrer Aufwicklung aufzuspulen.

e) Das Ingangbringen eines jeden Schneidvorgangs erfordert eine verhältnismässig lange Zeit, da ausser der Einstellung der Reibung eines jeden Dorns vor der Inbetriebsetzung der Aufnahmewalzen von Hand zu Beginn des SchnittStreifens einige Windungen auf seinen besonderen Dorn aufgewickelt werden müssen.

Die Erfindung bezweckt hauptsächlich die Ver-

wirklichung einer Maschine zum Zerschneiden von Kunststoffilmen, welche die obigen Schwierigkeiten nicht aufweist, welche bei sehr dünnen Filmen, z.B. heutzutage laufend hergestellten Mylarfilmen von 3,8 Mikron und Polykarbonatfilmen von 2 Mikron unüberwindlich werden.

Hierfür enthält eine erfindungsgemässe Maschine zum Zerschneiden von selbst sehr dünnen Kunststoffilmen mit einer kleinsten Dicke von grössenordnungsmässig 2 Mikron eine mit einer regelbaren elektromagnetischen Bremskupplung versehene Ausgabewalze zur Ausgabe des zu zerschneidenden Films,

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einen Satz von Zwischenwalzen für den faltenlosen Ablauf, die Führung und die Aufnahme der mechanischen Spannungsstösse des zu zerschneidenden Films, eine einzige Aufnahmewalze, welche dadurch gebildet ist, dass auf eine durch einen Motor mit regelbarer Drehzahl angetriebene Achse lösbar eine Anordnung von nebeneinanderliegenden Dornen aufgeschoben ist, deren jeder einen Schnittstreifen aufnimmt, eine über der Aufnahmewalze angeordnete Schneidvorrichtung, welche unter der Einwirkung ihres Eigengewichts sich ständig mit einer lose drehbaren Walze auf dem bereits aufgespulten Filmvorrat abstützt und dem Ansteigen desselben folgt, wobei aus dieser Walze gTeichmässig Schneidklingen, z.B. Rasierklingen, vorstehen, welche in Bezug auf die Schneidvorrichtung in einer solchen Lage festgehalten sind, dass aus dieser Walze in jeder Trennebene zwischen zwei benachbarten Dornen nur ein waagerechter schneidender Abschnitt konstanter gleichmässiger Hohe vorsteht, und eine Anordnung von zwei Walzen, welche die Aufnahmewalze einfassen und dem Ansteigen des auf diese aufgespulten Filmvorraiß folgen, wobei die eine dieser Walzen die Andrückung des an diesem Vorrat ankommenden Films vor dem Zerschneiden durch die Klingen und die andere die Andrückung der Schnittstreifen an ihre Dorne bewirkt.

Diese Ausbildung bietet u.a. folgende Vorteile:

a) Die durch die auf den Film ausgeübte mechanische Spannung gehaltenen und je durch die benachbarten Schnittstreifen geführten Schnittstreifen können weder seitlich gleiten noch sich in Falten legen.

b) Infolge der konstanten Eindringtiefe der

Schneidklingen in den bereits aufgespulten Vorrat und des wachsenden Durchmessers desselben entfernt sich der "Schneidpunkt¹¹

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einer jeden Klinge allmählich von seiner Ausgangsstellung. Diese Besonderheit ermöglicht einerseits eine grosse Schnittlänge gleichmässiger Güte ohne Stillsetzung der Maschine und andererseits die zweekmässige vollständige Ausnutzung der Schneidklingen durch Umdrehen derselben bei einem zweiten Arbeitsgang.

c) Infolge des leichten Ein- und Ausbaus erfolgt jeder Schneidvorgang in einer bisher unerreichten kurzen Zeit.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 und 2 sind schematische Ansichten in

einer zu der Grundplatte der Maschine parallelen Ebene, welche " die allgemeine Ausbildung einer erfindungsgemässen Maschine zu Beginn des Arbeitsgangs (Ausgabewalze voll und Aufnahmewalze praktisch leer) bzw. am Ende des Arbeitsgangs (Ausgabewalze fast leer und Aufnahmewalze voll) zeigen.

Fig. 3 zeigt in einer schaubildlichen Ansicht unter Wegbrechung von Teilen die Schneidvorrichtung und ihre Zubehörteile.

Fig. 4 ist eine auseinandergezogene schaubildliclte Ansicht der gleichen Schneidvorrichtung, wobei gewisse Teile der Übersichtlichkeit halber fortgelassen sind.

Fig. 5 ist eine schaubildliche Teilansieht,

welche unter Wegbrechung von Teilen die Stellung einer Schneidklinge zwischen zwei Zwischenstücken zeigt.

Fig. 6 ist eine geschnittene Teilansicht der

gleichen Maschine in einer die geometrischen Achsen der Aufnahmewalze und der Walze der Schneidvorrichtung enthaltenden Ebene.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh-

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rungsform läuft ein Kunststoffilm geringer Dicke 3 von einer Ausgabewalze 1 zu einer Aufnahmewalze 2, welche durch eine Anordnung von Dornen 2I₁ bis 21^ gebildet wird, welche lösbar auf eine Achse 22 (siehe Pig. 6) aufgesteckt sind. Zu Beginn des Arbeitsgangs befindet sich der Film 3 vollständig auf der Walze 1, auf welcher er eine grosse Breite hat (Fig. 1). Während'des Arbeitsgangs gelangt er stetig von der Walze 1 auf die Walze 2, wo er nicht nur aufgewickelt sondern auch sofort nach seiner Berührung mit dieser Walze 2 kontinuierlich in bestimmter Weise durch eine "Schneidvorrichtung" genannte Baugruppe zerschnitten wird, welche über dieser Walze liegt, sich an dieser abstützt und weiter unten beschrieben ist. Am Ende des Arbeitsgangs ist also der PiIm -3 vollständig auf die Dorne 21 der Walze 2 in Form von benachbarten Streifen geringer Breite aufgespult, und zwar ein Streifen je Dorn.

Die Achsen der Walzen 1 und 2 sowie von

verschiedenen den richtigen Verlauf des Films 3 zwischen den Walzen 1 und 2 gewährleistenden Zwischengliedern sind senkrecht φ an einer nicht dargestellten lotrechten Grundplatte befestigt, deren Ebene zu der der Fig. 1 und 2 parallel ist. Diese Zwischenglieder sind folgende:

- eine lose drehbare Walze 31, deren Drehachse an einem Ende eines Schwenkarms 32 befestigt ist, welcher mit seinem anderen Ende um eine an der Grundplatte der Maschine befestigte Achse 32a drehbar ist. Unter der Wirkung ihres Gewichte legt sich die Walze 31 auf den in jedem Augenblick auf der Walze 1 verbleibenden Filmvorrat 3. Sie dient dazu, jede Faltenbildung des Films 3 in der Querrichtung bei seinem Verlassen der Walze 1 zu verhindern.

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- Eine lose drehbare Walze 33» deren feststehende Drehachse die Achse 32a des Arms 32 ist. Die Walze 33 bildet ein einfaches Führungsrelais für den Film 3.

- Zwei lose drehbaren Walzen 34 und 35» deren Drehachsen an den beiden Enden eines symmetrischen Hebels 36 befestigt sind, welcher in seiner Mitte um eine ebenfalls an der Grundplatte befestigte Achse 36a drehbar ist. Diese Anordnung kann bedarfsgemäss unter den entgegengesetzten Wirkungen der mechanischen Spannung des Films 3 und der Rückholfedern 34a und 35a schwenken, von denen bei dem dargestellten Beispiel die eine auf Zug und die andere auf Druck arbeitet. Diese Anordnung nimmt die Stösse und zufälligen übermässigen Spannungen des Films 3 auf und dient ebenfalls zur Verhinderung der Faltenbildung in der Querrichtung des Films.

Der Antäeb des Films 3 erfolgt mittels der

Aufnahmewalze 2, welche von einem Gleichstrommotor mit regelbarer Drehzahl angetrieben wird, welcher mittles einer elektromagnetischen Kupplung nach Belieben mit der Walze 2 gekuppelt oder von dieser abgekuppelt werden kann (der Motor und die Kupplung sind nicht dargestellt).

An einem Ende der Achse der Ausgabewalze 1 ist eine nicht; dargestellte elektromagnetische Bremskupplung angebracht, mittels welcher die auf den umlaufenden Film 3 ausgeübte Spannung nach Belieben eingestellt werden kann.

Die im ganzen mit 4 bezeichnete Schneidvorrichtung (siehe auch Fig. 3 bis 6) besitzt einen winkelförmigen Halter 41. Der waagerechte Schenkel 41a desselben hat ein schwalbenschwanzförmiges Profil und kann in eine entsprechende Ausnehmung einer waagerechten Platte 42 eingeschoben werden.

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Diese Platte 42 kann parallel zu sich selbst eine lotrechte Translationsbewegung ausführen, welche durch zwei Stäbe 42a und 42b geführt wird, welche ohne Spiel in zwei entsprechenden Lagern gleiten, welche an dem waagerechten Schenkel eines z.B. durch Schrauben an der Grundplatte der Maschine befestigten Winkels 43 angebracht sind.

Der lotrechte Schenkel 41b des Halters 41

trägt ein Paar von identischen parallelen zylindrischen kalibrierten Stäben 41y und 41z, welche in der gleichen waagerechten Ebene angeordnet sind, sowie eine zu diesen Stäben parallele Achse 41c, welche unter den Stäben in ihrer Mittelebene liegt, und deren freies Ende mit Gewinde versehen ist.

Der wesentliche Teil der Schneidvorrichtung wird durch eine Anordnung von in einer Reihe liegenden sehr dünnen Schneidklingen 44^ bis 44/ -\ gebildet, welche einfache Rasierklingen sein können, deren gegenseitige vorbestimmte Abstände durch Zwischenstücke 45-j bis 45 festgelegt sind, welche die allgemeine Form von kleinen mit den Klingen abwechselnden parallelepipedischen Blocks haben. Die Dicke dieser Zwischenstücke 45h bis 45 ist gleich der der Dorne 21,. bis 21 , über welchen sie angeordnet sind.

Wie insbes. aus Pig. 4 und 5 hervorgeht, besitzt jede Klinge 44 einen zu ihr symmetrischen U-förmigen Einschnitt mit halbkreisförmigem Boden und geradlinigen Rändern, welche tangential zu diesem Halbkreis liegen und senkrecht an einer Schneide der Klinge münden. Die Zwischenstücke 45 besitzen eine zylindrische Ausnehmung, deren Randmantellinien einem Zentriwinkel von etwa 60° entsprechen. Jedes Zwischenstück enthält ferner zwei kalibrierte Bohrungen 45y und 45z, welche zu

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der Achse der zylindrischen Ausnehmung parallel sind, deren Durchmesser dem der Stäbe 41y und 41z entspricht, und welche mit diesen so zusammenwirken, dass sie die Zwischenstücke ohne mögliche Drehung derselben halten, wobei jedoch die Lage derselben durch eine Translationsverschiebung einstellbar ist..

Die Klingen und die Zwischenstücke sind ferner

auf eine lose drehbare Walze 46 aufgeschoben, welche infolge des Durchmessers der Ausnehmungen der Zwischenstücke in diesen frei drehbar ist und infolge der Form der Einschnitte der Zwischenstücke an dem unteren Abschnitt derselben um eine geringe Strecke gleichmässig vorspringt. Die Walze 46 besitzt sehr schmale Nuten 46a- bis 46a/ -\ zur Aufnahme der Böden der Einschnitte der Schneidklingen, wodurch die gegenseitigen Abstände derselben bestimmt werden. Diese Nuten gestatten, die Klingen so einzuset-

die
zen, dass/über die Walze vorstehende Höhe derselben äusserst gering ist. Die Walze 46 besitzt eine gleichachsige Bohrung, deren Durchmesser dem der Achse 41c entspricht, mit welcher sie zusammenwirkt, wodurch die Walze gehalten wird. Schliesslich besitzt die Walze an ihrem Vorderende eine gleichachsige Ausnehmung 46b zur Aufnahme eines Kugellagers 46c, welches in seiner Lage durch eine Lochscheibe 46d und eine auf das Gewindeende der Achse aufgeschraubte Blockierungsmutter 46e gehalten wird.

Eine (Dranslationsbewegung des Stapels aus

Klingen 44 und Zwischenstücken 45 wird durch die Lochscheibe 47d und die ebenfalls auf das Gewindeende der Achse aufgeschraubte Blockierungsmutter 47e verhindert.

An dem Hinterende der Platte 42 ist ein Teil 51 befestigt, welcher eine waagerechte Achse trgt, um welche Arme 52 und 55 (Pig. A, 2 und 3) schwenkbar sind, welche an

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ihren freien Enden lose drehbare Walzen 54 und 55 tragen.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass

die Schneidvorrichtung so ausgebildet ist, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:

- Die Schneidvorrichtung ruht beständig durch ihr Eigengewicht mit ihrer Walze 46 auf dem bereits auf die Walze 2 aufgewickelten Vorrat und folgt dem Ansteigen des Films, und zwar so, dass die Berührung auf einer gemeinsamen Mantellinie erfolgt, welche in der durch die geometrischen Achsen der beiden Walzen 46 und 2 bestimmten lotrechten Ebene liegt;

- durch ihr Eigengewicht legen sich gegen den

bereits auf die Walze 2 aufgespulten Vorrat eine erste Walze 54, zur Andrückung des Films 3 an den bereits vor dem Zerschneiden aufgewickelten Vorrat und eine zweite Walze 55 zum Andrücken der aus dem PiIm 3 durch das Zerschneiden gewonnenen Streifen gegen die Elementarvorräte der verschiedenen Dorne, wobei diese Walzen der Zunahme des Filmdurchmessers folgen}

- die Klingen werden in ganz bestimmten Stellungen gehalten, derart, dass sie nicht aus einer zu der Achse der Walze 2 senkrechten bestimmten Ebene abweichen können, jedoch auch so, dass ihre Schneiden in waagerechter Stellung gehalten werden und insbes. auf eine konstante Tiefe (siehe Fig.6) in den Kunststoffilm während der ganzen Zunahme des Durchmessers desselben eindringen.

Die waagerechte Stellung der Klingen und ihr

konstantes Vorspringen an der Walze 46 sind dadurch gewährleistet, dass die oberen Ränder einer jeden Klinge an den Stäben 41J₁ 41z anschlagen.

Da der Durchmesser des bereits aufgewiclaiten

Vorrats ständig zunimmt, entfernt sich der"Schneidpunkt" stetig

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von der Berührungsmantellinie. Hierdurch arbeitet ständig ein neuer !eil der halben Länge der Schneide einer jeden Klinge, und die gleichen Klingen können sogar durch einfaches Umdrehen wieder benutzt werden, so dass bei dem nächsten Schneidvorgang die andere halbe Länge ihrer Schneide arbeitet.

Es ist zu bemerken, dass die Aufnahmedorne (siehe Fig. 6) an dem Umfang ihrer Stirnflächen eine geringe

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Absehrρgung aufweisen, um die Einstellung der Lage der Schneidvorrichtung zu Beginn des Schneidvorgangs zu erleichtern, wobei die vorspringenden Abschnitte der Schneiden der Klingen in die äk Winkelhalbierungsebenen der durch die benachbarten Abschrägungen der Dorne gebildeten Dieder fallen müssen, damit keine Gefahr besteht, dass eine Klingenschneide eine Dornfläche berührt und ihre Schärfe abstumpft.

Ein Schneidvorgang umfasst normalerweise folgende Arbeitsgänge:

- Anbringung der Klingen und der Z_wischenstükke an der Walze der Schneidvorrichtung;

- Einsetzen der vollständigen Schneidvorrich-

tung in die Platte 42 und Einstellung der Lage der Dorne in ~ Bezug auf die Schneidvorrichtung mittels eines nicht dargesieLlten zurückziehbaren Anschlags, derart, dass die Schneiden der Klingen in die Winkelhalbierungsebenen der durch die benachbarten AbschrKgungen der Dorne gebildeten Dieder fallen;

- Anheben der Schneidvorrichtung zur Freilegung der Dorne;

- Aufbringung einiger Windungen des zu zerschneidenden Films auf die Aufnahmewalze und Einstellung der mechanischen Spannung des Films mittels der Bremskupplung der

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Ausgabewalze}

- Anlassen der Aufnahmewalze mit geringer Drehzahl und Absenkung der Schneidvorrichtung, bis die Walze derselben leicht auf den aufgewickelten Filmbeginn drückt und diesen zu zerschneiden beginnt;

- Beschleunigung der Schnittgeschwindigkeit bis zur.normalen Geschwindigkeit;

- am Ende des Arbeitsgangs Abstellung des

Antriebs,. Anheben der Schneidvorrichtung, Entfernung der je einen Schnittstreifen tragenden Dorne.

Beispiel Bine erfindungsgemässe Schneidmaschine, welche vollkommen einwandfrei arbeitete, hatte folgende Kenngrössen:

- zulässige Filme« alle Kunststoffilme mit einer Dicke von wenigstens 2 Mikron und einer grössten Breite von 16 cm

- Schneidgeschwindigkeit je nach der Art undjder Dicke des zu zerschneidenden Films 1 bis 2 m/s

-. Eindringtiefe der Schneidklingen 8/100 mm

- Breite einer Nut der Walze der Schneidvorrichtung 5/10 mm

- Tiefe einer Nut der Walze der Schneidvorrichtung 3,5 mm

- Aussendurchmesser eines leeren Dorns 55 mm ■- Aussendurchmesser eines vollen Dorns 150 mm

- Abschrägung der Dorne 1/10 mm unter

- kleinste Breite eines Schnittstreifens 1 mm

- Verschiebung des Schneidpunkts unter Ausgang von

einem Dorn von 55 mm Durchmesser 3 mm für eine

Zunahme des Halbmessers von 100 mm.

Die erhaltenen Spulen hatten vollkommen ebene Flanken. Die optische Untersuchung der Schnittlinien zeigte keine Hisse oder Sögezahnbildung.

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Die für die Versorgung und die Inbetrieb-

e rTorderlic he Z elt

Setzung der Maschine bei angesetzter Schneidvorrichtung/betrug grossenordnungsmassig 2 Minuten.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Maschine zum Zerschneiden von selbst sehr

   dünnen Kunststoffilmen mit einer kleinsten Dicke von grössenordnungsmässig 2 Mikron, gekennzeichnet durch eine mit einer regelbaren elektromagnetischen Bremskupplung versehene Ausgabewalze (1) zur Ausgabe des zu zerschneidenden Films (3), einen Satz von Zwischenwalzen (31, 33, 34, 35) für den faltenlosen Ablauf, die Führung und die Aufnahme der mechanischen Spannungsstösse des zu zerschneidenden Pilms, eine einzige Aufnahmewalze (2), welche dadurch "gebildet ist, dass auf eine durch einen Motor mit regelbarer Drehzahl angetriebene Achse lösbar eine Anordnung von nebeneinanderliegenden Dornen (21) aufgeschoben ist, deren jeder einen Schnittstreifen aufnimmt, eine über der Aufnahmewalze (2) angeordnete Schneidvorrichtung (4), welche unter der Einwirkung ihres Bigengewichts sbh ständig mit einer lose drehbaren Walze (46) auf dem bereits aufgespulten Filmvorrat abstützt und dem Ansteigen desselben folgt, wobei aus dieser Walze gleichmässig Schneidklingen (44), z.B. Rasierklingen, vorstehen, welche in Bezug auf die Schneidvorrichtung in einer solchen Lage festgehalten sind, dass aus dieser Walze (46) in jeder Trennebene zwischen zwei benachbarten Dornen nur ein waagerechter schneidender Abschnitt konstanter gleichmässiger Höhe vorsteht, und eine Anordnung von zwei Walzen (54, 55), welche die Aufnahmewalze (2) einfassen und dem Ansteigen des auf diese aufgespulten Pilmvorrats folgen, wobei die eine (54) dieser Walzen die Andrückung des an diesem Vorrat ankommenden

   Pilms vor dem Zerschneiden durch die Klingen und die andere (55) die Andrückung der Schnittstreifen an ihre Dorne bewirkt.

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