DE1704757A1

DE1704757A1 - Walzenanordnung zum Strecken von Folienbahnen

Info

Publication number: DE1704757A1
Application number: DE19671704757
Authority: DE
Inventors: Schmidt Willi Johann; Walter Dr Seifried
Original assignee: Kalle GmbH and Co KG
Current assignee: Kalle GmbH and Co KG
Priority date: 1967-05-08
Filing date: 1967-05-08
Publication date: 1971-02-25
Also published as: FR1563429A; NL6806482A; BE714780A; DE1704757B2; GB1182730A; LU56031A1; US3499185A

Description

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT 1704757 Unsere Zeichen Tag ' Blatt

K 1743/Gbm :321 PP-Dr.Wa.-Jm 24. April 196?

Beschreibung zur Anmeldung von

KALLE AKTIENaESELLSCHAPT Wiesbaden-Biebrich

für ein Patent auf

Walzenanordnung zum Strecken von Folienbahnen

Die Erfindung betrifft die Anordnung einer Walzengruppe in Längsstreckwerken, Vorziehgruppen oder ähnlichen Einrichtungen zum Aufbau einer unter Umständen sehr grossen Materialbahnspannung.

Zum Längsstrecken und/oder Vorziehen von Materialbahnen, beisplelswelie Kunststoff-Folien, sind Walzengruppen bekannt, die aus zwei oder mehreren W*lz«n bestehen. Die geometrischen Anordnungen der Walzen lind verschieden. Ihr Wirkungsprinzip beruht

darauf, d*e· zwischen den Walzenepalten mittels > :· einer Fr§»4kr*ft eine Pressling herbeigeftßirt wird.

Wesentlichtte Fehlerquelle lit Durchbiegung der 1OÖS09/19B1

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Unsec· Zaidien Tag Blatt

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Walzen durch die Fremdkraft. Bei mehr als zwei Walzen ist auch deren Geschwindigkeitsdifferenz, bedingt durch den Einzelantrieb jeder Walze, ein ünsicherheitsfaktor. Bei grossen Bahnspannungen, wie sie beispielsweise beim Strecken von Kunststoff-Folien auftreten, gelingt es oft nicht, Anpressdruck und Bahnzug aufeinander abzustimmen. Dadurch kommt es zum Durchrutschen oder Schlupfen der Bahn im Walzenspalt. Es ist daher Im allgemeinen erforderlich, mittels der Folgeaggregate die Bahnen hoch vorzuspannen, um die unzureichende Mitnahme der Bahn durch die Walzen auszugleichen, Aufgabe der Erfindung ist es, eine Walzenanordnung zum Strecken von Kunststoff-Folien und dergleichen zu schaffen, in der die Walzen nioht durchbiegen, in der die Oberflächen der Gegenwalzen keine Geschwindigkeitsdifferenz gegenüber der Materialbahn aufweisen und in der die Bahnen nicht durchrutschen und nicht schlupfen oder zwischen zwei Walzen Stau-Schlaufen bilden.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch eine Walzenanordnung gelöst, die aus zwei in einem begrenzten Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneten, ortsfest geltgerttn und frei

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drehbaren Walzen, einer zu diesen beiden Walzen parallel angeordneten und - durch die Abstandsbegrenzung ermöglicht - auf diesen beiden liegenden, über eine Gelenkkupplung angetriebenen, in einer in der Symmetrieachse zwischen den beiden ersten ortsfesten Walzen angeordneten Steinführung . j

gelagerten Walze und einer auf oder in der Nähe der genannten Symmetrieachse auf und parallel zu der angetriebenen. Walze angeordneten, frei drehbar seitlich in den beweglichen Enden von Schwinghebeln gelagerten Walze besteht.

Im folgenden wird der Einsatz der Erfindung im Zusammenhang mit dem Strecken von Kunststoff-Pollen als Beispiel dargestellt. Die erfindungsgemässe

Anordnung kann aber auf vielen anderen Gebieten |

und in zahlreichen Kombinationen sowie spiegelbildlich zusammengeführten Zwillingsanordnungen eingesetzt werden. Bevorzugt beispielsweise dort, wo gross«.

Bahnspannungen zu bewältigen sind und/oder wo bei langen Walzen Durchbiegungsprobleme auftreten, bzw. dort, wo die Bahnmitnahme unsicher erscheint.

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In den Figuren 1-4 ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Walzenanordnung aus zwei ortsfesten, einer angetriebenen und einer schwenkbaren Walze,

Fig. 2 die Seitenansicht einer gleichen Anordnung wie in Fig. 1,

Fig. 3 die Seitenansicht einer Walzenanordnung aus zwei ortsfesten, einer angetriebenen und zwei schwenkbaren Walzen und

Fig. 4 die Seitenansicht zweier hintereinander geschalteter Walzenanordhungen gemäss Fig. 2.

In Fig. 2 ist der Kraftplan, wie er sich nach den Seilzugbedingungen im statischen Zustand darstellt, eingetragen.

In den Fig. 1 und 2 sind 1 und 2 die ortsfest gelagerten, parallel zueinander angeordnet, frei drehbaren Walzen, die in einem so bemessenen Abstand

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nebeneinander angeordnet sind, dass eine dritte, mittels geeigneter Gelenkkupplung 25 angetriebene und in einer in der Symmetrieachse a - b verlaufenden Steinführung 9 gelagerten Walze 3 von dem eigenen Mittelpunkt ausgehend zusammen mit den Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der beiden ortsfest gelagerten Walzen 1 und 2 ein Dreieck mit beispielsweise 120° Spreizwinkel bildet, dass sich ferner etwa auf oder in der Nähe der Symmetrieachse a - b der drei Walzen über der angetriebenen Walze 3 eine weitere Walze 4 befindet, deren Zapfen 5 frei drehbar jeweils an dem beweglichen Ende eines Schwinghebels 6 gelagert sind, wobei das gemeinsame ortsfeste Schwingzentrum 7 in einer solchen Verbindungslinie mit dem Mittelpunkt der letztgenannten Walze 4 liegt, dass diese beispielsweise etwa senkrecht zu der Kraftrichtungslinie der einlaufenden Materialbahn 8 (Zugseite) verläuft, und wobei weiterhin diese Kraftriehtungslinie in möglichet geringem Abstand an der Umfanglinie der auf der Zugeeite angeordneten, ortsfesten Walze 1 vorbeiführt.

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Die Abbildungen 3 und 4 stellen besondere Ausführungsformen dar. Der Anordnung gemäss Abbildung 3 liegt beispielsweise die Aufgabe zugrunde, zwei unterschiedliche oder wechselseitig auftretende Bähn-Spannlasten eindeutig voneinander zu trennen. Die Antriebswalze 11 bestimmt die Durchlaufgeschwindigkeit, die ortsfesten Walzen 16 und 17 dienen der Umlenkung zur Erreichung des jeweiligen günstigen Anlaufwinkels der Bahn, und die Walzen 14 und 15 nehmen wie üblich die Reaktionskrafte auf. Die pendelnd gelagerten Walzen 12 und 13 sind an sich gleichberechtigt, die Walze auf der Seite der grösseren Spannlast übernimmt den entsprechenden grösseren Anteil am Aufbau der Anpresskräfte.

Abb, 4 zeigt eine spiegelbildliche Ausführung der in den Abb. 1 und 2 dargestellten Walzenanordnung. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise zum Strecken von Kunststoff-Folien angewendet. Die Bahnen werden in diesem Fall zwischen den Walzengruppen und damit in dem Bereich zwischen den Umlenkwalzen 19 und 20 unter der Einwirkung mittels nicht eingezeichneter Aufheizeinrichtungen gestreckt,

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wobei naturgemäss die Antriebswalze 22 eine dem Streckverhältnis angemessene grossere Umfangsgeschwindigkeit als die angetriebene, jedoch abbremsend wirksame Walze 21 der ersten Walzengruppe aufweist. Die Lage der Schwenkzentren 7 der Walzen 23 und 24 ermöglichen, dass jeweils die erforderlichen Anpresskräfte zur Beaufschlagung der Walzenquetsehsteilen aus der aufgebauten Bahnspannung selbsthemmend abgeleitet werden können.

Wie aus Abb. 1 und 2 hervorgeht, wird die Materialbahn 8, die mit nicht gezeichneten, gebräuchlichen Führungsraitteln und Umlenkungen in dem gewünschten Winkel in das Walzensystem gelenkt wird, zunächst um die Walze 4 geschlungen und sodann um die

angetriebene Walze 3 gelegt, wonach an einer |

beliebigen Stelle desUmfanges der Walze 2 die ablaufende Materialbahn 10 ihren weiteren Verlauf nimmt. Es ist selbstverständlich und in den Abbildungen nicht enthalten, dass beim Einlegen der Materialbahn die Walzen 3 und 4 mit bekannten Mitteln z.B. Druckzylinder, abgehoben werden, um den Einlegevorgang zu erleichtern.

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Die Zugseite der Materialbahn zum Aufbau der Bahnspannung wurde sinngemäss in allen Abbildungen durch den Pfeil der Spannlast P kenntlich gemacht, und

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es ist wichtig zu beachten, dass die wirksame Zugrichtung stets getrennt von der Laufrichtung der Materialbahn 8, IO betrachtet werden muss. Es sei in diesem Zusammenhang auf Abb. 4 hingewiesen, wo in der kombinierten Wirkungsweise zweier Walzengruppen einmal Laufrichtung und Zugrichtung identisch sind, die dann in der rechten Walzengruppe entgegengerichtet erscheinen .

Wie erwähnt ist für den Antrieb und damit auch für die Durchlaufgeschwindigkeit die mittlere Walze 3 bestimmend und wird, je nach Bedarf, mit einem entsprechenden grossen Drehmoment beaufschlagt. Aber auch bereits im statischen Zustand wird die selbstspannende Funktion der Walzenanordnung dadurch hervorgerufen, dass die in der Materialbahn 8 vorhandene Spannlast P durch Einwirkung auf die Walze 4 eine

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Seitenkraft in senkrechter Richtung abgibt, wobei die zwischen den Walzen 3 und k verlaufende Materialbahn eine gleich grosse Pressung erfährt und wobei die Walze 3 in senkrechter Richtung ebenfalls

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belastet wird. Die Materialbahn umschlingt soweit die Walze 3, dass sie sich auch zwischen den geometrischen Berührungspunkten der Walzen 3/1 und 2/3 befindet. Besonders in Abb. 2 kann man erkennen, dass in der-später konstant bleibenden Aufbau-Geometrie ein Proportionalitätsfaktor festgelegt werden kann/ der mit der jeweils variablen Spannlast P multipliziert die Summe der Anpresskräfte bestimmt. Die Beziehung wird dargestellt durch

= P χ η Anpr. 1

worin P der Anpressdruck einer Quetschstelle bedeutet, P _die spannlast der Bahn und η der Proportionalitätsfaktor, der wie üblich mit Hilfe der Kräftezerlegung nach der Graphostatik und/oder der analytischen Rechnung in einem Kräfteplan ermittelt werden kann. Das Schema eines entsprechenden Kräfteplanes ist in Abb. 2 eingezeichnet.

Ein Zahlenbeispiel soll die Auffindung des Proportionalität sfaktors η verdeutlichen: Die Spannlast P ■ei mit 1 000 kp angenommen. Durch Zusammensetzen der beiden Seilzugkräfte der Materialbahn 8, 10 wird die auf

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den Drehpunkt der Walze 4 wirkende Mittelkraft P festgestellt und als Seitenkraft in das

Anpr. 1
zweite Parallelogramm - zur Kräftezerlegung im Drehpunkt der Walze 4 - eingefügt. (Im Beispiel wurde diese Kraft mit 1 700 kp ermittelt.) Das zweite Kräfteparallelogramm ergibt nun die wirksame senkrechte Mittelkraft P = ι 700 kp. Weiterhin

Anpr. 2 werden die Reaktionskrafte von den ortsfesten Walzen 1 und 2 aufgenommen. Zur Bestimmung der.beiden gleich grossen Seitenkräfte (= Reaktionskräfte) wird die senkrechte Kraft P i_n einem weiteren

Anpr .2 Parallelogramm - vom Mittelpunkt der Walze 3 ausgehend - zerlegt, wobei jede Seltenkraft 1 700 kp ergibt. Es ist ersichtlich, dass durch die im Beispiel gewählte geometrische Anordnung am Umfang der angetriebenen Walze 3 drei Quetschstellen mit jeweils einer Belastung von 1 700 kp entstehen, gemeinsam also eine Gesamtpressung von 5 100 kp darstellen. Bezogen auf die angenommene Spannlast ^p =1 000 kp wird beispielsweise der Proportionalitätsfaktor η errechnet:

^pAnpr. *· **- 5 100

■ 5,1

η * ι üuu

Pl

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Damit wird in jeder Arbeitsphase und bei jeder beliebigen, innerhalb der apparativen Möglichkeiten liegenden Spannlast P sichergestellt, dass die Anpresskräfte stets den 5,1-fachen Werfe der Bahnspannung betragen .

■ -. ' ■(-.·■- . .-Bei der Ausbildung der vorgeschlagenen Walzenanordnung kann dem gewünschten oder erforderlichen Proportionalitätsfaktor durch die Lage des Schwenkzentrums 7 der Walze 4 Rechnung getragen werden. Zur Erläuterung sei angenommen, dass die in Abb. 2 dargestellte Walzensituation sowie der Winkel der einlaufenden Folienbahn unverändert bleiben. Zur Erlangung eines grösseren Momentes (als Grundlage) soll sodann das Schwenkzentrum 7 in Richtung auf die Symmetrielinie a - b der Walzengruppe versetzt werden (bei dieser Winkelverschiebung - erkenntlich in dem betreffenden λ Kräfteparallelogramm - wird die senkrecht wirksame Mittelkraftvergrössert) oder analog bei gewünschter umgekehrter Änderung des Paktors weiter entfernt von der Symmetrielinie placiert werden. Selbstverständlich muss diese Verschiebung innerhalb konstruktionsüblicher Grenzen erfolgen, da der gesamte mögliche Bereich zwischen einem unendlich grossen

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Moment (Schwenkzentrum 7 auf der Symmetrielinie a - b) und einem Moment = 0 liegt. Die Vervielfachung der

Spannlast P k_ei. ihrer Umwandlung in Anpresskräfte 1

kann also in dem benötigten Masse mit reichlicher Sicherheit vorgewählt und Jedem Anwendungsgebiet zweckentsprechend angepasst werden.

Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht, die erforderlichen Kräfte zum Zusammenpressen der Wälzenspalte aus der Spannlast der Materialbahnspannung abzuleiten, wobei insbesondere durch die Wahl des Winkels der auf der Spannung?seite einlaufenden Materialbahn 8 sowie der Lage des Schwenkzentrums 7 ein Proportionslitätsfaktor bestimmbar ist, der eine von der verlangten Vorzugsleistung abhängige Vervielfachung der als Spannlast auftretenden Kräfte bei der Umwandlung in Anpresskräfte festlegt .

Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemässen Walzenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass von der Symmetrieachse a - b ausgehend zwei Walzen 12, 13 schwenkbar gelagert werden, wobei jeweils die auf der Seite der grösseren Spannlast befindlichen

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Walzen 12 bzw. 13 den entsprechend grösseren Anteil der abgeleiteten Anpresskräfte wirksam werden lässt.

Ein weiteres Kennzeichen der erfindungsgemässen Walzenanordnung ist die Möglichkeit der Angleichung

der drei nicht angetriebenen Walzen 1, 2,'und 4 an Λ

die Geschwindigkeitsdifferenz des Abbaues der elastischen Verformung. Ein Beispiel soll diesen Vorgang erläutern:

Beim Längsstrecken von Kunststoff-Folie steht die Materialbahn 8 (auf der Zugseite) sowohl im verformbaren Zustand beim Streckprozess als auch nach dein Erstarren unter einer Spannlast von gegebenenfalls mehreren tausend Kilopond, die sich naturgemäss bis in die Erstarrungsphase als elastische Verformung *

fortpflanzt und sich somit ebenfalls bis zur ersten Quetschstelle zwischen Walze 3 und.4 erstreckt. Unter der Annahme, dass die.Materialbahn 10 hinter bzw. vor der Walzenanordnung nur noch eine geringfügige Spannung - ausreichend zum Weitertransport - besitzt (Verwirklichung der vollständigen Trennung der Spannungszonen), muss praktisch auf der Strecke zwischen der ersten Quetscheteile der Walzen 3/4

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und der dritten, letzten Quetschstelle der Walken 2/3 auf dem von der Materialbahn 10 umschlungenen Teilumfang der Walze 3die gesamte Spannung zusammen mit der elastischen Verformung sukzessive abgebaut werden. Praktisch bedeutet dies, dass sich eine Verkürzung der Materialbahn vollzieht und zu einer differenzierten und an den Quetschstellen abgestuften Durchgangsgeschwindigkeit der Bahn führt, wobei die lose laufenden Walzen 1, 2, und 4 die jeweilige Geschwindigkeit übernehmen und somit auch die Quetschstellen untereinander gleichmässig belastet werden. Eine Schlaufenbildung (nicht mehr eng anliegende Bahn an der Walze 3 oder eine Relativbewegung zwischen Materialbahn und Quetschstelle (Durchrutschen wegen Geschwindigkeitsdifferenz) kann nicht auftreten.

Die Unabhängigkeit der Walzenpresskräfte von einer Fremdkraft ist ein weiteres wesentliches Kennzeichen der erfindungsgemässen Walzenanordnung. Beispielsweise werden bei der erfindungsgemässen Walzenanordnung insbesondere die Walzen 3 und 4 mittels der aus der Bahn entnommenen und entsprechend in der Bahnbreite gleichmässig verteilten Kraft fest aufeinandergezogen, wobei diese Kräfte auch wiederum In dem optimalen Bereich der gesamten Bahnbreite ihre »elbathtmmende

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Funktion erfüllen. Es wird ein spaltschliessender Effekt erreicht, und die mittleren Partien der Bahn. ebenso beaufschlagt wie die am Rande liegenden Zonen. Damit kann diese Walzenanordnung auch in den Fällen eingesetzt werden, die eine ungewöhnlich grosse Ballenlänge (ζ. B. 3 m) erforderlich machen, bei denen eine dünne, wenige■■ ._{u s}t_arke Materialbahn vorliegt und die keinen Schlupf zulassen.

Die Walzenoberflächen sind entsprechend der vorliegenden Aufgabe auszuführen . Es kann vorteilhaft sein, die Antriebswalze 3, 11 und 21 mit einer formstabilen Oberfläche (wegen der Geschwindigkeitskonstanz)» beispielsweise mit einem verchromten Stahlmantel zu versehen und die mitlaufenden Walzen 1, 2 und 4 mit einer elastischen Schicht, z.B. Gummi, zu umhüllen. Ohne Schwierigkeiten und ohne Beeinträchtigung der Funktionen sind jedoch auch andere Walzenoberflächen und Kombinationen möglich, die nach Gesichtspunkten wie Griffigkeit, Schonung der Materialbahn, evtl. Prägung der Materialbahn (mittels entsprechender Walzengravur), Hochglanzeffekt oder Mattierung oder ähnliches ausgewählt werden.

Zusammengefasst ergeben sich bei der Verwendung der erfindungsgemässen Walzenanordnung folgende Vorteile 109809/195 1

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a, Ausgehend von der Zugkraft (Bahnspannung) der Materialbahn selbstspannende und sich zwangsläufig anpassende Punktion mit einem in der Aufbau-Geometrie festzulegenden Proportionalitätsfaktor (n) (Beispiel: Anpresskräfte = Bahnspannung χ η) η = 10.

b. Völlige Unabhängigkeit von einer Fremdkraft; die Walzenanpresskräfte werden - in gleichmassiger Verteilung über die Ballenlänge aus der Bahnspannung als direkt wirkende Komponente gewonnen, wobei jede negative

(d. h. in der Mitte spaltöffnende) Durchbiegung der Walzenkörper vermieden wird und eine ausgeglichene Anpressung in der gesamten Bahnbreite erfolgt.

e. Durch Gruppierung von beispielsweise 3 lose laufenden Walzen um eine angetriebene Zentralwalze zwangslose Anpassung der jeweiligen Quetschstelle an die Geschwindigkeitsdifferenz des Abbaues der elastischen Verformung.

d. Ohne Einschränkung wirksames System auch dann, wenn die Bahnspannung (Vorspannung) in der der

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Zugseite abgewandten Richtung gleich Null ist (vollständige Trennung/ von Spannungszonen) oder .wenn ruckartige Spannungsspitzen auf der Zugseite entstehen.

Mit der erfindungsgemässen Walzenanordnung wurde eine erhebliche Lücke auf dem Sektor der Vorzieheinrichtungen geschlossen und mit übersichtlichen und technisch verfügbaren Massnähmeη eine sichere, zuverlässige Funktion auch für schwierige Anwendungsbereiche herbeigeführt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE .

1. Walzenanordnung zum Strecken von Kunststoff-Folien und dergleichen, gekennzeichnet durch zwei im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnete, ortsfest gelagerte und frei drehbare Walzen (1, 2; 14, 5), eine zu diesen beiden ortsfesten Walzen (1, 2; l4, 15) parallel angeordnete und auf diesen beiden liegende, über eine Gelenkkupplung (25) angetriebene, seitlich in einer in der Symmetrieachse a - b zwischen den beiden ortsfesten Walzen (1, 2; 14, 15) angeordneten Steinführung (9) geführten Walze (3, 11, 21, 22) und eine, auf oder in Nähe der Symmetrieachse a - b auf und parallel zu der angetriebenen Walze (3, 11, 21, 22) angeordnete, frei drehbar seitlich in den beweglichen Enden von Schwinghebeln (6) gelagerte Walze (4, 23, 24), wobei die Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der ortsfesten Walzen (1, 2; 14, 15)

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und der angetriebenen Walze (3, H, 21, 22) ein Dreieck bilden, die Verbindungslinie zwischen dem Schwingzentrum (7, 18) und dem Mittelpunkt der in Schwinghebeln (6) gelagerten Walze (4, 23, 24) etwa senkrecht zur Kraftrichtungs· linie der einlaufenden Materialbahn (8) steht und diese Kraftrichtungslinie in möglichst geringem Abstand an der Umfangslinie der an der Zugseite angeordneten ortsfesten Walze (1, 14) vorbeiführt.

2. Walzenanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass von der Symmetrieachse a - b ausgehend zwei Walzen (12, 13) schwenkbar

gelagert sind .

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