DE1774310A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen von Laengenaenderungen in Materialbahnen - Google Patents

Description

WIEUA0EH4IIIMCH 1 7 7 A 3 1 0 K 1827/Obm 377¹ PP-Dr.S-iin 20. Mai 1968

Besobreibung
but Anmeldung der

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrieh

für ein Patent auf

Verfahren und Vorrichtung sum Auegleichen von Längenänderungen in Materialbahnen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sum Ausgleichen von Längenänderungen, insbesondere kurzphasigen Längenänderungen, in Materialbahnen, welche mit Zugspannung übertragen werden und dabei dem Einfluß von longitudinalen Schwingungen unterliegen, sowie eine hierzu geeignete Vorrichtung.

Ee ist bekannt, die Längenänderungen in einer Materialbahn durch Herumführen um eine pendelnde Waise auszugleichen, wobei die Walze gegebenenfalls mit einem Gewichtsausgleich versehen werden kann und durch Bewegung um einen Drehpunkt den Längenänderungen folgt, woduroh die Bahn unter gleicher Spannung gehalten wird.

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Dieses Qrundprinsip ist besonders verbreitet und wird in vielen Varianten angewendet. Dabei ist wesentlich, daß die pendelnde Waise den in der Materialbahn vorhandenen Längenänderungen bsw. Schwingungen folgen kann. Die pendelnden Walzen können waagerecht angeordnet sein oder senkrecht hängend oder in einer dazwischen * liegenden Art befestigt sein. Zur richtigen Punktion der Anordnungen muß das Verhältnis der Frequenz dieser Schwingungen (Längenänderungen) tu der Nasse der mitsubewegenden Pendelwalze beaohtet werden. Damit ist eine Qrenze gegeben, von der ab die pendelnde Walze den Schwingungen der Bahn nicht mehr zu folgen vermag. Es können Phasenverschiebungen entstehen, die das beabsichtigte Ausgleichen verhindern.

Eine andere Anordnung dieser Art läßt die ausbleichende Walze nicht pendelnd arbeiten sondern in zum Teil senkrecht angeordneten Führungen, wiederum mit Oegengewichten versehen oder an Zugfedern aufgehängt, sich auf und ab bewegen, wobei die Bahn diese Walze teilweise umsohlingt. Hierbei treten ebenfalls die vorgehend beschriebenen Nachteile, wie etwa eine Phasenverschiebung, auf.

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Ee ist auoh bekannt geworden, eine mit Schwingungen belastete Bahn über eine Waise su leiten, die eine deformierbare Beschichtung hat. Der Ausgleich der Längenänderungen erfolgt dadurch, daß bei Auftreten einer Spannungsspitse die Oberfläche susammengedrückt wird und bei Erreichen eines Spannungstales die Oberfläche wieder heraustritt. Hierbei können schon wesentlich kürzere Frequenzen auftreten, denen jedoch in den meisten Fällen nur sehr geringfügige Längenänderungen von wenigen Millimetern entsprechen. Man arbeitet dabei im Bereich einer größeren Bahnspannung, die nötig ist, um die Oberfläche in dem gewünschten Ausmaß sur Deformation su bringen. Diese Methode ist deshalb besondere sum Ausgleichen von Längenänderungen in dünnen empfindlichen Materialbahnen nicht anwendbar.

Auoh im Hinblick auf weitgehend trägheitslosen Ausgleioh von longitudinalen Bahnschwingungen und/oder Längenänderungen sind Einrichtungen bekannt geworden. Bei sehr geringen Bahnbreiten und gleichseitig entspreohend steifer Bahn ist es möglich, diese in einen Unterdrucksohaoht hineinsusaugen und die sogenannte Vorratssohlaufe mit bekannten Mitteln in einem gewünschten Bereich su halten. Man kann sich der Lichtsehranke bedienen, die die obere und untere Stellung

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dor Sehlaufe begrenst. BoI «ndoroa bekannten Einrichtungen «in* Unterdruokeehalter eingebaut, die eine erforderliehe Sehleufe vorrttig halten. Dor Anwendung*- boroioh diotor flysteee lot jedoeh eng begrenet. Elnor-•olte kennon nur NAteritlbohnotreifOfi bohandolt wtrden, und oiidoronolto bedarf wui einer geiohloisenen Apparatur.

Bo war Aufgabe «or Erfindung, oln «eitettgehend trtgheltoloooo Verfahren eua Autgleiehen von Llngenlnderungen, inebeeondere kunphaeigon Lingenänderangen, und/ oder longitudlnalen Bahniahwlngungen tu entvlekein für unter groaer oder geringer tugepannung otehende Material· bahnen, wobei der Orad «or BepfindUehkeit «or Materialbahnen unborOokeiontigt bleiben kann, aowle eine ont-•preehende Vorriehtung.

Diese Aufgabe wird «uroh ein Verfahren geXdtt, bei welehe« die Materialbahn über oino naah Maagabe der LAngeninderungen in oioh alndootono lOÜvoiio frei •ehwlngende Auflage gefOhrt und im nioht ■iteohwingonden Boroioh unteretatst eird.

Das Vorfahren seichnet oleh Insbesondere dadurch aus, da* die aus der Materialbahnepannung resultierenden

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Qesamtkräfte von der Unterstützung der Auflage aufgenommen «erden, wobei die schwingenden Abschnitte der Auflage eine so geringe Massenträgheit besitzen, daß sie auoh der mit Frequenzen bis su etwa 50 Sohwingungen/sec belasteten Materialbahn phasengleich folgen.

Die in sieh frei schwingend« Auflage ist feststehend oder in Bahnriohtung beweglich angebracht, wobei die bewegliohe Ausführung bevorsugt ist. Insbesondere bewegt sich die Auflage in Materialbahngesohwindigkeit mit. Die Unterstützung bewegt sieh synchron mit der Bewegung der Auflage.

Auflage und Unterstützung können im Verlaufe einer Materialbahnführung, bei der Längenänderungen aussuglelohen sind, an beliebiger Stelle angebracht sein, beispielsweise im Xontakt mit einer Wickelrolle, die eine Auf- oder Abwicklung bewirkt.

Als Materialbahnen kommen Flächengebild· aus Cellulose oder Kunststoffen aller Art in Betracht, welche auoh oberfläohenvorbehandelt oder beschichtet sein können. Für Papier oder Textilbahnen, Metallfolien und andere wiokelfähige Pläohengebilde beliebiger Zusammensetzung oder Beschichtung kommt dieses erfindungsgemäße

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Verfahren ebenfalle lur Anwendung. Der Anwendungsbereich umfaßt demnaoh Materialbahnen aller Art, bei denen Längenänderungen auszugleichen sind. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Pläehengebilden aus Cellulose oder Kunststoffen aller Art angewendet.

* Die unter einer Zugspannung stehende Materialbahn wird mit der in eioh frei schwingenden Auflagefläche in Berührung gebracht und so geführt, daß sieh bei Auftreten einer Materialbahnspannungsänderung eine Deformation der frei schwingenden Auflagefläche nach Maßgabe der Längenänderung in der Materialbahn einstellt. Die Wirkungsweise beruht im wesentlichen darauf, daß die mittlere QrOBe der Bahnspannung und die Größe der Rückstellkraft der mitschwingenden Auflagefläche in einem solchen Verhältnis stehen, da£ aus dem Mittelwert der Bahnspannung für die frei schwingende Auflage eine mittlere Stellung der möglichen Deformation resultiert. Unter dieser Voraussetzung kann eine Spannungespitze in der Materialbahn eine weiter· Deformation der frei schwingenden Auflagefläche bewirken, was eine Verkürzung der geführten Strecke zur Folge hat, während bei Nachlassen der Bahnapannung die Auflage eioh nach außen in Richtung ihrer ursprünglichen Form verändert, was eine Verlängerung der geführten Strecke bewirkt.

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BADORtGlNAL K 182T/Obm 37T¹ FP-Dr.3-ia 20.5.68 Wegen der weitgehenden Annäherung an trägheiteloee Verhältnisse können auch Schwingungen ausgeglichen

werden, die »it groter Frequens - bie tu etwa 50 Schwingungen pro Sekunde - in der Bahn enthalten aind. Da· erfindungsgeioäfie Verfahren eignet eich dann besondere gut, wenn die Schwingungen im Bereich von ä etwa 5 bis 30 pro Sekunde liegen. Die Schwingungen werden mit einem Stroboskop in der Nähe der Auflage beobachtet, wobei man dio Schwingungszahl leicht an der Einstellskala ablesen kann.

Neben dem Längenausgleich bietet das erflndungsgenäße Verfahren die Möglichkeit, auch Schrägsüge in der Bahn und DurohhangversOge mittels verschieden starker Deformationen der mitschwingenden Auflage aussuglei-

ohen. '

Die Breite der auasuglelohenden Materialbahn 1st bei dem erflndungsgemäften Verfahren nicht kritisch. Die Breite der Auflage wird mindestens der Materialbahnbreite entsprechen. Der auszuführende Ausgleich einer Längenänderung ist weitgehend abhängig von der Größe der Deformationsarbeit der in sich schwingenden Auflage und von der Länge des auf der Auflage geführten

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Abeehnitts der Materialbahn. Dementsprechend wird bei größeren Längenänderungen bzw. Spannungsänderungen der Materialbahn eine größere frei schwingende Auflage gewählt und bei kleineren Längenänderungen eine kleinere benötigt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine but Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sich auf mindestens einer im Querschnitt kreisförmigen, bevorzugt drehbar angeordneten Unterstützung 1 eine im Durohmesser größere, die Bewegung der Unterstützung bestimmende hohlzylinderförmige Auflage 2 aus einem biegeelastisehen Material befindet, über die eine Materialbahn 6 in einen Uasehlingungswinkel geführt wird.

Als Unterstützung dienen dabei Walzen, Rollen oder itabförmigee Material. Als biegeelastisohes Material verwendet man für die hohlzylinderförmige Auflage 2 ein Material, das unter Druok deformierbar ist, wie etwa ein federndes Stahlblech oder eine stärkere Kunststoffolie. So kann die Auflage 2 aus einer oder mehreren Sehiohten einer dicken Kunststoffolie bestehen, die man normal rechtwinklig oder in Spiralform

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gewiekelt hat, oder auch aus eines geschlossenen rohrähnliehen Zylinder gebildet sein. Es kann auch eine Kombination au· Kunststoffolie und dünnen Streifen aus Pederbandstahl verwendet werden. Der Orad der Elastisltät der Auflage 2 kann bis dicht an die drense einer starren Auflage 2 gehen und steht in Abhängig-* keit τοπ der mittleren in der Materialbahn 6 vorhandenen Spannung.

Ein weiteres Kennzeichen der Vorrichtung ist, daß in dem Zwischenraum ewisohen der im Querschnitt kreisförmigen Unterstützung 1 und der hohlaylinderförmigen Auflage 2 eine oder mehrere weitere, im Durchmesser abgestufte hohlaylinderförmige Auflagen 3, 3* aus dem gleichen oder verschiedenem Material wie Auflage 2 angeordnet sind.

Die UnteratUteung der hohlsylinderfurmigen Auflage kann auch so gestaltet sein, daß sie auf Walzen t, 5 außerhalb der hohlsylinderförmigen Auflage 2 vorgenommen wird. Hierbei ist es notwendig, die Materiaxbahn auf der der Untersttttsung gegenüber liegenden Seite der Auflage au führen, wobei «weoks Verhinderung des Verlassene der Position, sub Beispiel bei Bahnabriasen, die Auflage 2 dmroh einen Steg 7 gehalten wird.

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Die Auflagen 2, 3, 3' können fest oder in Bahnriehtung beweglieh angeordnet sein« wobei die bewegliche Ausführung bevorsugt ist. Insbesondere wird man die Bewegung der Auflagen,mit der Materialbahngeschwindigkeit in Übereinstimmung bringen. Die Unteratütiung 1 wird fest oder beweglich, in Übereinstimmung mit der jewei- w ligen Auflage, gestaltet.

Ee hat sioh weiterhin als sweokmaßig erwiesen, der Auflage 2 eine den Eigenschaften der Materialbahn angepaßte Oberfläche su geben. So wird man bei beweglicher Anordnung der Auflage eine geringe Rauhigkeit bevorsugen, um die Haftreibung zu erhöhen. Andererseits wird man bei fest angeordneter Auflage die Oberfläche so gestalten, daß ein mögliehst niedriger Reibungseffekt eintritt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung kann im einseinen so beschrieben werden, daß beispielsweise eine su Kreieform gewickelte oder aus einem Rohr bestehende Auflage 2 aus biegeelastisohem Material auf eine Unterstütsung 1 gesohoben wird, die insgesamt die Durchbiegung der Auflage 2 verhindert, aber selbst der Drehbewegung der Auflage 2 folgen kann. Die Geschwindigkeit beider Oberflüchen kann durch die

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Geschwindigkeit der Ober sie laufenden Materialbahn 6 bestimmt werden. Die Grüfte der Rückstellkraft der Auflage 2 läßt sich durch die Anzahl der gewickelten Lagen oder durch die Auswahl der Materialstärke beeinflussen.

Die Materialbahn 6 wird in einem Uraschlincungswinkel um die Auflage 2 herumgelegt, so daß sie unter Einwirkung der Materialbahnspannung nach innen gedrückt wird und dabei eine längere, etwa ovale Form annimmt. Ausgehend von der Rückstellkraft ist die Auflage 2 bestrebt, wieder ihre ursprüngliche Form einzunehmen, und (ibt deshalb ihrerseits eine Kraft auf die Bahn aus, die in etwa der Größe der in tier Bahn vorhandenen Spannung entsprechen sollte. In der genannten bevortugten Ausführungsform ist die sich weiterbewegende Materialbahn über die auftretende Haftreibung mit der Oberfläche der elastischen Auflage verbunden und stellt damit sicher, daß Umfangsgeschwindigkeit der Auflage 2 und Geschwindigkeit der Materialbahn 6 gleich sind.

In den Abbildungen I bis VII sind verschiedene Aueführungsformen der Vorrichtung dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden:
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Figur I neigt «ine unbelastete hohlssylinderförraige Auflage in Form einer Hülse 2, die von einer Unterst üt sung, hier Waise 1, getragen wird. Die Auflage besitzt noch die kreisrunde Form. In Abbildung II ist zu sehen, wie die Bahnspannung die elastische Auflage 2a oval verformt hat. Es ist außerdem erkennbar, daß alle sich berührenden Teile ihre Drehrichtung von der Materialbahn übernehmen. Es ist jedoch auch möglich, die Walze 1 und die Hülse 2a mit einem zusätzlichen Antrieb eu versehen oder fest anzuordnen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Materialbahn in einem Umsehlingungswinkel von etwa 18O° um die Auflage herumgelegt. Es sind aber auch größere oder kleinere Uraschlingungswinkel möglich. Figur III zeigt ein Beispiel einer mehrschichtigen Anordnung verschieden großer Auflagen 2, 3, 3'« In Figur IV wird die Auflage 2 auf zwei Unterstatzungewalzen 4 und 5 aufgelegt. Der innerhalb der Kreisform der Auflage 2 befindliche Steg 7 dient nur dem Zweck, die Auflage 2 am Verlassen ihrer Position su hindern. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet, bei kleineren Umechlingungswinkeln eine größtmögliche Wirkung der elastischen Deformation zu erreichen. Figur V deutet an, wie das Verfahren und die Vorrichtung in Verbindung mit einer Wickelstelle angewendet

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werden können (in dieser Figur ist noch keine Materialbahn eingezeichnet). Zu diesem Zweok kommen insbesondere Aufwiokelrollen IO in Frage, die von einem genauen Rundlauf abweiohen und die beispielsweise mit großer Geschwindigkeit laufen (Figur VI). Die Mantelfläche der unrunden Wickelrolle wird von der sie berührenden mitlaufenden Hülse 11 abgetastet und leitet gleichzeitig bei möglicher Deformation die Materialbahn 12 mit einem definierten Auflagedruok auf die Wickelrolle 10. Die zuletzt beschriebene Ausführungsart ist besonders geeignet* auch bei großen Laufgeschwindigkeiten eine permanente KontaktÜbergabe der Materialbahn 12 au erzielen. Figur VI stellt ferner heraus, daß gegenüber der Berührungsfläche der Auflage 11 und der su wickelnden Rolle 10 eine weitere Walte 13 angeordnet ist, die ein au weites Ausschwingen verhindern kann.

Figur VII verdeutlicht das Grundprinzip der Erfindung und seigt die infolge der Deformationen der Auflage 2 entstehenden Verlängerungen und Verkürzungen der Materialbahnstrecken. Zur Erläuterung sei zunächst der Fall angenommen, daß die Materialbahn 6 nicht unter Spannung steht und dit federnde Auflage 2 noch die kreisrunde Form besitzt. Dabei ergibt sich eine bestimmt« Streckenlänge iwitohen den Punkten A auf

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der Waise 8 und B auf dem Scheitelpunkt der Unterstützung 1, die die längstmögliche Streok· !wischen den Punkten A und B deutlich macht. Im Oegensats hiersu seigt die gestrichelte Linie 6* swisehen den Punkten A und B die kürtest· Strecke, die bei vollständiger Deformation der federnden Auflage 2 erreicht werden kann. Zwischen diesen beiden Bxtrenpn wird sich die Deformationsarbeit der Auflage 2 bewegen können. Hiersu ist eine mittlere Einstellung durch die punktierte Linie 6" angedeutet. Diese Position sollte sich nach Möglichkeit einstellen, wenn eine mittlere Bahnspannung vorausgesetst wird.

Die mit der Erfindung ersielten Vorteil« werden nachfolgend erläutert:

Wie bereits erwähnt, ist die Materialbahnbreite lediglioh von den Breiten der Unterstützung 1 und Auflage abhängig. Als besonders günstiger Arbeltsbereich haben eich Breiten von 0,01 bis etwa 5 m erwiesen. Eine Breitenbegrensung liegt allgemein dort nicht vor, wo die Unterstützung 1 auoh noch in grölen Breiten in einer angemessenen Biegesteifigkeit ausgeführt werden kann, ohne duroh das Eigengewicht die Mitschwingende Auflage 2 su beeinflussen. Dementsprechend kann die Auflage 2 auch bei groAen Bahnbreiten einem geringen

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oder größeren Bahniug angepaßt werden, ohne daß die Gefahr einer Durchbiegung besteht. Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, daß die mitschwingenden Massen der Auflage 2 bzw. der Auflagen 2, 3, 3¹ besonders gering gehalten werden können, so daß man von einem weitestgehend trägheitslosen System sprechen kann. In entscheidendem Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch äußerst kurzphasige Bahnschwingungen ausgeglichen werden. So ist es ohne Schwierigkeiten möglich, Frequenzen von 1-50 Schwingungen pro Sekunde auszugleichen, wobei vorausgesetzt wird, daß das hierzu geeignete '.terial zur Herstellung der Auflage ausgewählt wurde.

Ferner ist hervorzuheben, daß nicht nur über die ganze Bahnbreite verteilte Schwingungen longitudinaler Art ausgeglichen sondern auch partielle Unterschiede in der Bahn durch verschieden große Deformation beseitigt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die damit verbundene Vorrichtung auch an Auf- oder Abwickelstellen angewendet werden können. Hierbei wird mit sehr sioherer Punktion das Problem gelöst, einen in vielen Fällen gewünschten stetigen Kontakt zwischen einer

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Anlegung und der unter Umständen sehr unrunden Wickelrolle herzustellen. Ee ist hierbei zu beachten, daß in vielen bekannten Fällen die Wickelrollen nieht genau rund laufen sondern einer Unwucht oder Uhrundheit ausgesetzt sind. Bei den sum Stand der Teohnik genannten Einrichtungen würde in diesem Falle sum Beispiel eine aufgelegte Pendelwalze nur die höchsten Punkte der Rolle berühren und infolge der Massenträgheit nieht in der Lage sein« die Rolle am gesamten Umfang abzutasten. Im Gegensatz hierzu gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren einen stetigen Kontakt mit einem konstanten definierten Druck auch bei großen Laufgeschwindigkeit en und damit einen wesentlich besseren Wicklungsaufbau. Es sei hinzugefügt, daß selbst empfindliche Materialbahnen mit äußerst geringer Bahnspannung geführt werden können, wobei auch plötzlich auftretende Spannungsspitzen die Materialbahn nieht zerstören.

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Claims (1)

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   1* Verfahren ium Ausgleichen von ULngeninderungen,

   insbesondere kursphssigen Längenlnderungen, und/oder · " longitudinslen Bahnsohwingungen bei der Fortbewegung einer laufenden, unter Zugspannung stehenden Materialbann, dadurch gekennzeichnet, dal die Materialbahn

   Qber eine nseh Maßgabe der LAngenänderungen in sieh

   mindeatene teilweise frei sehwingende Auflage geführt und im nicht mitschwingenden Bereich untersttttst

   2. Verfahren nach Anspruah 1, dsdureh gekennseiohnet, AsA die aus der Makerialbahnapannung resultierenden Geesatkrlfte von der Unterst at sum o^r Auflsge sufgenossen werden, wobei die schwingenden Absehnitte der Auflage eine so geringe Nassentrttgheit besitsen, da* sie der mit Schwingungen belasteten Materialbahn phasengleieh folgen.

   3. Verfahren naoh Ansprachen 1 und 2, daduroh gekenn-•elohnet, das die Auflsge sioh in Materialbahngeschwindigkeit in Bahnrichtung mitbewegt.

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   K 1827/Obii 377* *"" FP-Dr.S-i» Jtfc'S·69...:. *8

   *. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, da4urch_; gek«nn~ «•lohnet, daß die Auflage la Sohwingungsbereieh mit einer Wickelrolle in Kontakt gebracht wird.

   5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennleiohnet, daß die Auflage im gegenüber der lontaktstelle mit der wickelrolle liegenden Bereich eine weitere mitbewegliche Abstüteung erhält.

   6. Vorrichtung sur Durchführung des Verfahrene nach Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennselehnet, dad eich auf mindestens einer im Querschnitt kreisförmigen, eevorsugt drehbar angeordneten Unterstützung i ·1η· i» Durehmesser gröÄere, die Bewegung der Untentüteung bestimmende hohlxylinderfurmige Auflage 2 aus ein·» biegeela·tischen Material befindet, über die tine Materialbahn β in einem Uasohllngungewlnkel geführt wird.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daA in dem Zwischenraum zwischen der Ünterstütsung 1 und der Auflage 2 eine oder mehrere weitere, im Durchmesser abgestufte hohleylinderfönaige Auflegen 3, V au· dem gleichen oder verschiedene» Material wie Auflag· 2 angeordnet sind.

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   8. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 und 7> dadurch gekennzeichnet» daß die Auflage 2 auf mitbeweglichen Waisen 4, 5 gehaltert wird und die Materialbahn 6 auf der den Walzen 4 und 5 gegenüber liegenden Seite geführt wird und als Sicherung ein Steg 7 angebracht ist.

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