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Walzscheibenbefestigung für Draht-, Streckreduzierwalzwerke und dergleichen
rlalzwerksmas chinen Die Erfindung betrifft das Gebiet einer Walzscheibenbefestigung
in Drahtwalzgerüsten, Streckreduzierwalzwerken und dergleichen Walzwerksmaschinen,
wobei die Walzschelbe mit ihrer Mittenbohrung auf die Welle aufgeschoben und durch
besondere Mittel verbunden wird, zwecks übertragung eines hohen Drehmomentes und
Zentrierkräften für einen möglichst genauen zentrischen Lauf der Walzscheibe. Bei
solchen Befestigungen legt der Fachmann Wert auf eine gute Wechselmöglichkeit, um
verschlissene Walzen schnell ersetzen zu können.
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Zum Stand der Technik gehören außer Formschlußverbindungen, wie beispielsweise
Keilverbindungen, auch Schrumpfverbindungen. Letztere erfordern eine ausreichend
dicke Nabe, um die vorausberechnete Spannung im Nabenwerkstoff nicht zu überschreiten.
Die Habe wird beim Schrumpfsitz hauptsächlich durch die Sprengkraft beansprucht.
Für Walzwerkswalzen sind hierzu Ringe gebräuchlich, die zwischen Walzenkörper und
Antriebswelle eingefügt werden. Diese Ringe eignen sich wegen der engen Platz- und
Raumverhältnisse nicht für alle Bauarten von Walzscheiben. Die Schrumpfverbindungen
bedürfen
einer sehr sorgfältigen Anpassung an alle Betriebserfordernisse.
Die einzuhaltenden Toleranzen erfordern für die hohle Welle und die Nabenbohrung
Schleiftoleranzen, wobei die Ist-Maße streng auf die Betriebserfordernisse und die
Montage gerichtet sein müssen. Zur Montage erwärmt man die Nabe oder unterkühlt
die Welle, Es bedarf Jedoch der Berücksichtigung, daß während des Betriebes ebenfalls
durch die Arbeitswärme mit einer höheren Temperatur als Normtemperatur zu rechnen
ist. Montage-Temperatur und Betriebstemperatur sind ferner auf eine zulässige Vorspannung
abzustimmen, weil sich die Gesamtspannung zusätzlich um die durch den Walzvorgang
hervorgerufene Spannung erhöht.
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Besonders schwierig lassen sich solche Schrumpfverbindungen in den
Walzenköpfen von Streckreduzierwalzwerken anwenden. Wegen der Eigenheit jeweils
um 120° versetzter Walzenachsen oder Paaren von Walzen, die synchron angetrieben
werden mdssen und deshalb mittels Verzweigungstrieben das notwendige Drehmoment
aus einem gemeinsamen Antrieb ableiten, ist im Interesse des schnellen Aus- bzw.
Einbaues eine Vielzahl getrennter Einheiten für aufeinanderfolgendle Walzenstationen
der Walzstraße erforderlich. Die Gestaltung des einzelnen Walzenkopfes wirkt sich
ntsprechend der Anzahl der Köpfe auf die Ansagentoste-rl aus, außerdem entstehen
Kosten durch schwierige Handhabungsweise während des Betriebs Die Ausbildung der
Walzenscheiben selbst steht im Vorder grund für die weiteren überlegungen. Die Walzenslcheiben
müssen aus werschleißïeßtem Werkstoff bestehen, um möglichst große Standseiten zu
erreichen, weil nach Unbrauchbarwerden des Profils de Walze ausgetauscht werden
muß, d.h. entweder eine Nacharbeit erforderlich wird oder der Walzenkörper für eine
Weiterverwendung überhaupt nicht mehr infrage kommt.
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In Jedem Fall bildet also in ausgeschnittenes kaliber die Ursache
für die Unterbrochung des Walzvorganges. Der Ausbau der Walzscheibe ist bei Schrumpfverbindungen
erheblich erschwert. Es bestehen Zweifel darilber, ob und in welchen Fällen ein
solcher Schrumpfsitz mehrmals wieder hergestellt werden darf, Jedenfalls eignen
sich für derartige Schrumpfsitze nur bestimmte Werkstoff-Kombinationen zwischen
Walzscheibe, Schrumpfring und Antriebswelle, Für den häufigen Ein- und Ausbau einer
Walzscheibe bzw. Walze erweist sich deshalb der Schrumpfsitz als nachteilig.
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Bereits bei Keilverbindungen zwischen Walze und Antriebswelle mußte
wegen der auftretenden Kerbwirkunrr die Walzenachse bzw. die Walze kräftiger dimensioniert
erden, eint durch die hohen Stückzahlen der erforderlichen Walzen,stellen deren
Herstellungskosten sowie deren Materialkosten den Kauptanteil der Kosten überhaupt
dar.
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Die Entwicklung von Drahtwalzstaffeln tendiert von den bisherigen
Horizontal- und Vertikalwalzgerüsten mit doppelt gelagerten Walzen, die als Kaliberwalzen
ausgefübrt sind, zu fliegend gelagerten Walzen. Daraus ergibt sich der Vorteil der
besseren Raumausnutzung, so daß I:leinere Horizontal-und Vertikal-Baueinheiten dicht
hintereinander gesetzt werden können. Eine geeignete Walzenbefestigung restattet
deshalb, die Drahtstaffel zu einem sogenannten Drahtbloc@ zu vereinigen. Andererseits
handelt ran sich Jedoch bei gedrängten Bauweisen die Schwierigkeit einer hohen Reanspruchung
der Walzscheiblen ein, die unter hchen Geschwindigkeiten arbeiten müssen und an
die große Anforderungen bezüglich Rundlauf-Genauigkeit zu stellen sind. Fs ist bekannt,
mit Hartretallscheiben von nur einigen Kilogramm Gewicht zu arbeiten, mit denen
auch rösere Standzeiten zu erreichen sind, jedoch müssen auch solche Scheiben nachgeschliffen
werden und deshalb leicht auswechselbar sein. Trotzdem, daß bei fliegend gelagcrten
Walzscheiben die Auswcchsclbarkeit begünstigt wird, nimmt die Montagearbeit eine
beträchtliche Zeit in Anspruch, um bei eincr Dr@@@ Ver- und @erti@staffel @@@@
Scheibenpaare
auszubauen und durch neue bzw. nachgeschliffene Scheiben zu ersetzen.
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Aus einer Veröffentlichung ist es bekannt, solche Walzscheiben fliegend
zu lagern und nur mit einem Kaliber zu versehen.
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Der zwar teuere aber hochwertige Walzenwerkstoff besteht aus Wolfram-Karbid
und vermag dem Verschleiß bei der Fertigung von einigen 1000 t Draht standzuhalten,
ehe ein Austausch erforderlich wird.
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Walzscheibenkörper, die aus Hartmaterial bestehen, sind sehr spröde
und deshalb nur bis zu einer bestimmten Druck- bzw.
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Zugspannung brauchbar. Insbesondere die Übertragung der Antriebskraft
auf den Walzenkörper vom Wellenzapfen aus bedingt beispielsweise Verzahnungen, an
deren Übergang zum Scheibenkörper unzulässig hohe Spannungen im Werkstoff entstehen
können. Es wurde auch die Möglichkeit der Verwendung anderer Werkstoffe für den
Walzenkörper in Betracht gezogen, z.B. Werkzeugstähle geringerer Härte, Jedoch größerer
Zähigkeit als diejenige von Hartmetall. Für beide Arten von Walzscheibenkörpern
stellt sich Jedoch die Forderung, auch nach mehrmaligem Aus- und Einbau die erwünschte
zentrische Lage wieder gewinnen zu können.
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Die Mängel des Standes der Technik lassen sich dahingehend zusammenfassen,
daß Schrumpfverbindungen nicht beliebig wicderholbar sind und die Schrumpfspannung
mit zunehmender Wärmeaufnahme der Antriebselemente abnimmt. Bei den übrigen Spannverbindungen,
beispielsweise Keilverbindungen, läßt die Wirtschaftlichkeit der Gestaltungsform
zu wünschen übrig, wobei für beide Bauweisen bei hochwertigen, Jedoch spröden Workstoffen
keine Möglichkeit einer Feinbemessung der Spannung im Walzscheibenkörper bestcht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung stellt sich deshalb dahingehend,
die angeführten Mängel zu beseitigen, d.h.
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zur Übertragung von größtmöglichen Drehmomenten zwischen Welle und
Walzscheibe bei fein dosierbarer Spannkraft außerdem eine leichte Ausbaumöglichkeit
zu schaffen, um sowohl gewählten Werkstoffen, prlnzipiell bedingten Bauweisen der
Walzmaschinen sowie den auftretenden Betriebsbedingungen gerecht zu werden.
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Um die genannten Schwierigkeiten in ihrer Gesamtheit aus dem Weg zu
räumen, bedient sich die Lösung hierzu der Anwendung von Differentialgewinde-Büchsen
als Befestigung zwecks hoher Drehmomentübertragung und leichter Lösbarkeit von Walzscheiben,
die auf die Wellen von Draht-, Streckreduzierwalzwerken und dergleichen Walzwerksmaschinen
aufsteckbar sind. Der Vorzug der Differentialgewinde-Buchsen liegt in einer großen
Übersetzung zwischen Schraubweg und auftretender Spannkraft.
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Hierdurch wird ein leichtes Auswechseln von Walzscheiben mittels einer
einzigen, zentrisch angeordneten Verschraubung erreicht.
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Eine besonders günstige Ausführungsform des Grundgedankens der Erfindung
besteht darin, daß eine Gewindepaarung zwischen Innengewinde einer SchraubbUchse
und Außengewinde des Wellen-Gewindezapfens sowie eine Gewindepaarung zwischen Außengewinde
der SchraubbUchse und Innengewinde einer Spannbüchse gebildet ist, wobei letztere
als Spannmittel für die gegen einen Wellenansatz liegende Walzscheibe dient. Eine
solche Befestigung besitzt den grundsätzlichen Vorteil, die Walzscheiben im eingebauten
Zustand lose Justieren und anschliessend spannen zu können. Die Justierung erfolgt
mit dem Ziel, die Walzspalte konstant zu halten, damit soll einerseits erreicht
werden, daß es später beim Walzen zu keinen Markierungen im Bereich der Walzspalte
kommt, zum anderen während der Bearbeitung der Walzen nicht Bereiche unterschiedlicher
Walzmaterialhärte angeschnitten werden. Die Erfindung unterstützt
demnach
entscheidend die Bestrebung, dem Idealzustand einer völlig symmetrisch bearbeiteten
Walzscheibe nähe zu kommen.
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Eine Verbesserung der Erfindung besteht nunmehr darin, daß die Walzscheibe
spielfrei auf einer dehnfähigen Buchse geführt ist, deren Radialspannkraft in Abhängigkeit
der von einem Differentialgewinde-Büchsenpaar aufbringbaren Wellen-Axialkraft steht.
Unter Voraussetzung dieser zusätzlichen Maßnahme entstehen eine Reihe von Möglichkeiten,
das zentrische Spannen, sowohl für das Walzenbearbeiten als auch für den späteren
Betrieb zu unterstützen und gleichzeitig für ein beträchtlich großes Reibungsmoment
zu sorgen zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes.
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Nach einer besonders günstigen Ausgestaltungsform gemäß den vorstehenden
Lehren ist die dehnfähige Buchse sowie der zugehörige Wellenabsatz mit Innen- bzw.
Außengewinde versehen, dessen Brustflanke flach und dessen Rückenflanke steil verläuft,
wobel die Gewindegängigkeitsrichtung gegebenenfalls unterschiedlich zu derjenigen
des Differentialgewindes der Schraub- bzw. Spannbüchse gewählt ist Der damit verfolgte
Zweck betrifft ein Spannen und I Lören des Differentialgewindes ohne axiale Verschiebung
der Spannmittel, was einen Vorteil für das Spannen an derselben Stelle unterschiedlicher
Walzscheiben bedeutet.
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Gemäß einem weiteren Beispiel zur praktischen Anwendung des Grundgedankens
der Erfindung ist vorgesehen, daß für eine von beiden Seiten offen konisch ausgeführte
Walzenscheibenbohrung ein ebenso konischer Wellenstumpf und eine konische Buchse
mittels Differential-Innengewinden und unterschiedlicher Gängigkeitsrichtung und
mittels eines mit diesen Gewinden versehenen Zugankers gegeneinander anstellbar
sind. Eine solche axiale Bewegung von Wellenstumpf und konischer Büchse verursacht
eine teils radiale und zu cinem kleineren Anteil axiale
Klemmung
der Walzscheibe und somit einen besonders günstigen Spannungsverlauf in der Nabe
der Walzscheibe.
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Für fliegend gelagerte Walzscheibenwellen besteht gemäß der Erfindung
eine andere Form der Anwendung des Differentialgewindes. Hierzu wird die Anweisung
gegeben, über den Umfang der Walzacheibenbohrung verteilt keilförmige Spannstücke
anliegen zu.lassen, die axial in Nuten eines Wellenteils gleiten, der mittels der
Differentialgewinde-Büchsenpaarung und eines an den Keilstücken anliegenden Zugankers
gegen einen Zugankerabsatz verspannbar sind. Diese Lösung gestattet, Spannen und
Lösen der Walzscheibenbefestigung von einer anderen Seite des Walzscheibenlagers
durchzuführen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt und im folgenden näher erläutert: Fig. l stellt einen Achsenschnitt
durch Walzscheibenpabe mit Befestigungsmitteln dar.
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Fig. 2 zeigt in derselben Schnittlage eine Einzelheit aus Fig. 1
stark vergrößert.
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Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit konischen Spannmitteln.
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Fig. 4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Spannen auf
der Rückseite des Walzscheiben lagers dar.
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Fig. 5 zeigt einen radialen Querschnitt entsprechend der Schnittangabe
A - A aus Fig. 4.
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Die Erfindung, die in ihrer Art als Walzscheibenbefestigung sogar
als "Kupplung" angewendet werden kann, besitzt verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten.
Als "Kupplung" wirkt eine solche Befestigung, wenn die Walzscheibe leer mitlaufen
soll.
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Gemäß Fig. 1 besitzt die Walzscheibenwelle l einen Absatz 2 und einen
solchen 3,'sowie den Gewindezapfen 4. Ein nicht vollständig gezeigter Schulterteil
5, der auch aus dem Walzenlager bestehen kann', dient zur axialen Festlegung der
Walzscheibe 6 auf der Welle 1. Im Bereich des Wellenabsatzes 3 weist die Walzscheibe
6 im gezeichneten Beispiel eine Verbreiterung auf, die als Nabe 7 dient. Innerhalb
der Bohrung 8 der Nabe 7 ist spielfrei eingepaßt die dehnfähige Buchse 9, wobei
sowohl der Wellenabsatz 3 als auch die Innenbohrung 10 der Dehnbuchse 9 mit Innengewinde
bzw. Außengewinde 11 versehen sind. Der Gewindezapfen 4 der Welle 1 trägt ein Außengewinde
13, dessen zugehöriges Innengewinde in einer Schraubbüchse 14 eingearbeitet ist,
die beispielsweise durch den Vierkant 15 bewegt werden kann. Das Gewinde 13 besitzt
eine bestimmte Steigung, die Jedoch in Jedem, Fall größer ist 16 der Schraubbüchse
14, welches mit dem zugehörigen Innengewinde der Spannbuchse 17 zusammenarbeitet.
Beispielsweise könnte bei einer kleinen Walzacheibenbefestigung das Gewinde 14 eine
Steigung von 5,5 mm aufweisen, wohingegen das Gewinde 16 eine Steigung von 5,0 mm
besitzt.Es kommt eine Bewegung zustande, als ob ein Gewinde mit 0,5 mm Steigung
vorhanden wäre. Je kleiner die Steigungsdifferenz, desto größer ist die in der Spannbuchse
17 erzeugte Axialkraft. Die Wirkungsweise dieser Gewindeparungen 13 bzw. 16 äußert
sich beim Befestigen der Walzscheibe 6 folgendermaßen: Schraubt man mit Hilfe des
Vierkants 15 bzw. eines nicht gezeigten Schraubenschlüssels die Schraubbuchse 14
auf dem Gewindezapfen 4 in, so bewegt sich die Spannbuchse 17 in Richtung auf die
Nabe 7 bis zur Aniage gegen die Stirnfläche 9a. Die Stirnfläche 9a der Spannbuchse
9 ist zum Aufschrauben mit Nuten 9b versehen. Die damit erzeugte Axialkraft steht
be Anlage der Spannbuchse 17 in einem großen Verhältnis zum Schraubweg. Ein weiteres
Einschrauben am Vierkant 1jk5 bowirkt die Längung der Wellenabsätze 2 und 3 bzw.
die Dehnung des Gewindezapfens 4. Dadurch kommt die in Fig. 2 größer dargestellte
Ausführungsform des sägenförmigen Gewindes 1Q zur Geltung. Das Gewinde 10 auf dem
Wellen'-absatz
3 besitzt als kennzeichnende Merkmale eine flache
Brustflanke 18 sowie eine steile Rückenflanke 19, wobei zusätzlich die Gewindegängigkeitsrichtung,
wie bereits erwähnt, entgegengesetzt zu derjenigen der Gewinde 13 und 16 gewählt
wird. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 liegen die günstigen Winkelbereiche
für die Flanke 18 zwischen 15 und 20°, und der eigentliche Flankenwinkel 20 des
Gewindes beträgt 900. Der Winkel der Flanke 18 (15°-20°) ist so zu wählen, daß Selbsthemmung
nicht eintreten kann.
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Gegenüber genormten Sägengewinden ist ein Flankenwinkel 20 von 90°
vorteilhafter. Bei einem genormten Sägengewinde wird nämlich die steile Flanke 19
beansprucht, dagegen übernimmt im vorliegenden Fall die flache Flanke 18 die Kraftübertragung.
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Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sieht für die Walzscheibe
6 innerhalb der Nabe 7 eine Differential-Gewindepaarung vor. Die Nabenbohrung 8
weist Jedoch zwei konische Abschnitte 21 und 22 auf, die Jeweils nach den Stirnseiten
23 hin offen sind, so daß von der einen Seite eine konisch zugespitzt verlaufende
Welle 24 und von der anderen Seite her eine solche konisch zugespitzt verlaufende
Büchse 25 eingeführt werden können. Beide Teile 24 und 25 lassen sich über ihre
zentrischen Gewindebohrungen 26 axial gegeneinander anstellen, wobei wiederum bei
Betätigung des Vierkantes 15 die Wirkung der Differential-Gewindepaarung 13 und
16 zur Geltung kommt. Daraus entsteht bei geringem Anzugsmoment eine verhältnismäßig
hohe Axialkraft und entsprechend der Konizität der Welle 24 und der Büchse 25 eine
sehr hohe Spreizkraft senkrecht zur Wellenachse. Zur Verhinderung eines Mitdrehens
beim Betätigen des Vierkantes 15 der konischen Büchse 25 sind an deren Umfang verteilt
Bohrungen 28 für einen nicht weiter dargestellten Zapfenschlüssel vorgesehen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Welle 1 von der rechten
Seite - wie gezeichnet - auf beliebiger Länge bei 29 hohl, so daß der Vierkant 15
mit der SchraubbUchse 14 - wie in der Fig. 1 - einen Teil bildet, Jedoch verhältnismäßig
- gemäß Fig. 4 - von größerer Länge ist. Anstelle des Gewindezapfens 4 sieht man
einen Zuganker 30 vor, der das Gewinde 13 als Außengewinde aufweist und - wie in
pig. 1
- das zugehörige Innengewinde an der Schraubbüchse 14 tragt,
wobei unverändert gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die andere Gewindepaarung
16 ihr hierzu gehörendes Innengewinde in der hohlen Weile 1 besitzt. Der Zuganker
30 weist nunmehr einen Wellenabsatz 31 aufs und die hohle Welle 1 besitzt schräg
zur Achse 27 verlaufende Nuten 32, in denen dementspreshend geforante Keilstücke
33 am Umfang der Welle 1 verteilt angeordnet sind. Der hohlen Welle 1 ist außerdem
ein Absatz 34 zugeordnet, so daß die axiale Lage der Walzscheibe 6 durch diese Anlagefläche
gesichert wird.
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In Fig. 5 läßt sich erkennen, daß beispielsweise sechs solcher Keilstücke
33 über den Umfang der hohlen Welle 1 liegen. Im ungespannten Zustand ist die Walzscheibe'
6 durch einen engen Schiebesitz auf Welle 1 zentriert. Im gespanmten Zustand wird
die Zentrierung von den sechs Keilstücken 33 übernommen. Bemerkenswerterweise ist
deshalb der äußere Durchmesser 35 der hohlen Welle 1 innerhalb der Bohrung 8 der
Walzscheibe 6 nur unwesentlich kleiner gehalten, so daß nur die Keilstücke 33 an
der Wand der Bohrung 8 anliegen, somit in gespanntem Zustand die Welle 1 zur Nabe
7 zentrieren und die mit der keilwirkung verbundenen Radialkräfte erzeugen.
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Die gesamte Axialkraft wird genau - gomäß Fig 1 1 durch Verstellen
des Vierkantes 15 verkleinert oder vergrößert, d.h. die Walzscheibe 6 wird dadurch
gespannt oder gelöst.
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Zur übertragung eindeutig bestinmter Axialkräfte sind die Keilstücke
33 in ihrer Länge so gehalten, daß durch ihr Vorstehen 36 mehr oder weniger genau
der Spannzustand der Walzscheibenhefestigung ahgelesen werden kann In Betracht gezogene
Dncksc'-riften: