DE1939549A1

DE1939549A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung walzenfoermiger Schnittwerkzeuge od.dgl.

Info

Publication number: DE1939549A1
Application number: DE19691939549
Authority: DE
Inventors: Pfaff Jun Alan R
Original assignee: BERNAL Inc
Current assignee: BERNAL Inc
Priority date: 1968-08-14
Filing date: 1969-08-04
Publication date: 1970-02-19
Also published as: FR2015672A1; DE1939549C3; DE1939549B2; GB1278314A; US3550479A; JPS5220718B1

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK - dipl.-ing. H. HAlTCK - dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 11

TEL. 3β 74 28 UND 36 41 15

Bernal Incorporated. kiegh. negebapatknt Hamburg

1450 Souter Boulevard, München 15 mozartsth. 23

Troy, Michigan 48084/USA. ^IBL·"·⁰"·

___^^_—_________^__^________ TELEGH. IiEGEDAPATENT MÜNCHEN

Hamburg, 2. August 1969

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung
walzenförmiger Schnittwerkzeuge od. dgl.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung walzenförmiger Schnittwerkzeuge nach einer Präzisionszeichnung der herzustellenden Schnittkontur,
■beispielsweise einer Dichtung, die eine nichtgeometrische Form aufweist.

Die meisten Schnittwerkzeuge haben die "Form von Platten, wobei der Schnittvorgang durch Hin- und Herbewegen des
Schnittwerkzeugs durchgeführt wird. Der Abwälzschneidevorgang eines walzenförmigen Schnittwerkzeugs hat gegenüber der Stanzwirkung eines plattenförmigen Schnittwerkzeugs ganz offensichtliche Vorteile, wobei es jedoch bisher praktisch nicht möglich war, ein walzenförmiges
Schnittwerkzeug mit der erforderlichen Genauigkeit und
Härte herzustellen, insbesondere, wenn es sich um solche mit nicht geometrischen Schnittkonturen handelt.

ο Der Erfindung liegt die A-tifgabe zugrunde, ein Verfahren

^ω und eine Einrichtung zur Übertragung einer auf einer

ebenen Fläche gezeichneten Konfiguraten auf einen Zylin-

<p derraantel zu schaffen, bei der keinerlei mathematischen

-» Ausgleiche erforderlich sind. Diese Umwandlung soll zur

Herstellung einer walzenförmigen Elektrode verwendet werden, die ihrerseits zur Erzeugung eines walzenförmigen Schnittwerkzeugs, od. dgl. herangezogen wird, das eine Bearbeitung der Hantelfläche eines Zylinders erforderlich macht.

Diese Aufgabenstellung wird gemäß dem Verfahren der Erfindun-g dadurch gelöst, daß zunächst eine Heisterzeichnung der herzustellenden Konfiguration hergestellt und auf der Umfangsfläche eines Kopierzylinders angeordnet wird, worauf nach der auf dem Kopierzylinder angeordneten Meisterzeichnung eine Negativreproduktion der Konfiguration in die Oberfläche eines Elektrodenzylinders eingearbeitet und dann die Konfiguration auf einem zylindrischen Werkstück durch Drehung des Uegati"-velektrodenzylinders und des Werkstückzylinders mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit um parallele Achsen im Tank einer elektrischen Entladungsmaschine hergestellt wird.

Zweckmäßig wird das zylindrische Werkstück vor der Verformung gehärtet.

Um den Maßstab der Meisterzeichnung und die Durchmesser des Kopier- und liegativelektrodenzylinders aufeinander abzustimmen, besteht ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen VerSirens darin, daß die Meisterzeichnung von der Anordnung auf dem Kopierzylinder fotografisch reproduziert wird,

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Um den Maßstab nur in Umfangsrichtung des Kopierzylinders abzustimmen, wird die Reproduktion mit einer zylindrischen linse durchgeführt.

Das bevorzugte Verfahren gemäß der Erfindung ist darauf gerichtet, daß die Konfiguration die Schnittkante eines Schneidwerkzeugs ist, und daß die Negativreproduktion in Form einer mit der Schnittkante übereinstimmenden Nut in den Elektrodenzylinder eingearbeitet wird.

Zweckmäßig wird der Werkzeugzylinder mit einem Durchmesser hergestellt, der vor der Herstellung der Konfiguration rleich dem Durchmesser des Negativelektrodenzylinders minus der doppelten maximalen Tiefe der darauf herzustellenden negativen Reproduktion der Konfiguration ist.

Die Einrichtung zur Herstellung¹ eines walzenförmiger. Schnittwerkzeug^ zeichnet sich gemäiB der Erfindung dadurch aus, daß auf dem Maschinentisch einer Fräsmaschine, in deren Spindel ein Nutenfräser eingespannt ist, eine Kopierfräsvorrichtung angeordnet ist, die zur Aufnahme eines Kopier- und eines Negativzylinders geeignet ist und einen Antrieb zur gemeinsamen Drehung derselben, unabhängig vom Antrieb für die lineare Bewegung des Maschinentis dies in Längsrichtung zur Drehachse der Zylinder aufweist, wobei die lineare Tischbewegung und die rotierende II;--lind-erbewegung als graphische Koo.rinaten zu-

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einander in Beziehung stehen, unddaß eine Antriebssteuerung einschließlich einer Vorrichtung zum Abtasten eines auf dem Kopierzylinder angebrachten Vorbilde» vorgesehen ist, durch die eine nutenförmige Reproduktion des Vorbildes in die Mantelfläche des Negativzylinders einfräsbar ist, daß ferner eine elektrische Entladungsmaschine vorgesehen ist mit einem eine Vorrichtung zur drehbaren Anordnung eines bearbeiteten Negativzylinders aufweisenden Kopf und einem eine Vorrichtung zur drehbaren, achsparallel zum Negativzylinder ausgerichteten Anordnung eines Vorformtings für ein walzenförmiges Schnittwerkzeug aufweisenden Tank sowie einen fceide Zylinder mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit drehenden Antrieb zur Erzeugung eines erhabenen Schnittlinienverlaufs auf dem Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs, der der nutenförmigen Reproduktion auf dem Negativzylinder entspricht.

Die Bearbeitung mittels elektrischer Entladung (in TJSA unter der Bezeichnung "EDM electrical discharge machining" bekannt) gestattet die Verwendung von zylindrischen Vorformlingen aus gehärtetem Stahl, wobei eine genaue Wiedergabe der Meisterzeichnung erzeugt wird, deren Präzision nur durch die Genauigkeit der Abtast- und Steuervorrichtung sowie der Vorrichtungen, die bei den verschiedenen Verfahrensschritten zur Anwwndung kommen, beschränkt ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung der elektrischen Entladungsmaschine Führungselemen-

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te zwischen den am Kopf und im Tank angeordneten, den "bearbeiteten Negativzylinder und den Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs tragenden Vorrichtungen aufweist.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der die Drehung des Uegativzylinders und des Yorformlings für das walzenförmige Schnittwerkzeug bewirkende Antrieb der elektrischen Entladungsmaschine einen Motor sowie eine Triebverbindung zu jedem der Zylinder aufweist, die eine rechtwinklig zu den Achsen der Zylinder gerichtete Relativbewegung zwischen denselben zuläßt. Hierfür wird ein Motor mit veränderlicher Drehzahl bevorzugt.

Die Erfindung soll nunmehr im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen: Pig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Präsmaschine mit einer auf dem Maschinentisch angeordneten Kopierfrasvorrichtung zur Herstellung eines Fegativelektrodenzylinders nach einer auf einem Kopierzylinder angeordneten Meisterzeichnung;

Pig. 2 einen Längsschnitt durch eine elektrische Entladungsmaschine (EDM) mit einem Tank und einem Kopf sowie einer Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Werkstückes nach dem NegativelektrT-odenzylinder;

Pig. 3 einen Schnitt'nach linie 3-3 der Pig. 2;

Pig. 4 einen Querschnitt des Fegativelektroden- und des Werkstückzylinders, in der in Pig. 3 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab;

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Pig. 5 eine Meisterzeichnung;

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6 einen Kopierzylinder, auf dessen Mantelfläche die Meisterzeichnung nach Pig. 5 angeordnet ist; und

Pig. 7 die Verfahrensschritte zur Herstellung der Meisterzeichnung nach Pig. 5.

Die Zeichnungen zeigen die Verwendung des Erfindungsgegenstandes zur Herstellung eines walzenförmigen Schnittwerkzeugs. Pig. 5 zeigt den ersten bei dieser Herstellung erforderlichen Verfahrensschritt, nämlich die Schaffung einer Präzisionslinienzeichnung der gewünschten Kontur der Schnittkante, wobei die gezeigte Porm eine unregelmäßig verlaufende Kante 12 hat", wie sie für einige Arten von Dichtungen erforderlich ist.

Die Meisterzeichnung 10 wird dann um die Mantelfläche eines Kopier Zylinders 14, wie in Pig. 6 gezeigt, gelegt und daran befestigt.

Dieser Kopierzylinder 14 wird zusammen mit einem Negativelektrodenzylinder 20, der nachfolgend der Einfachheit halber als Uegativzylinder bezeichnet wird, in der Pig. gezeigten Kopierfräsvorrichtung 15 eingespannt, die auf dem Werktisch 16 einer Präsmaschine 18 angeordnet ist. Bei dieser Verfahrensstufe stellt der Uegativzylinder das zu bearbeitende Werkstück dar, der aus Graphit oder einem anderen geeigneten Elektrodenmaterial besteht und unter der Werkzeugspindel 22 der Präsmaschine angeordnet ist. Die Kopiervorrichtung 15 weist eine Grundplatte 24 auf, auf

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der Lager 25 für eine Welle 26 befestigt sind, auf der der Kopier- und de:f Negativzylinder 14 bzw. 20 aufgespannt sind, wobei die Welle 26 über ein Getriebe 28 mit einem Motor 30 zur Drehung derselben verbunden ist. Der Kopierzylinder 14 ist unter einer Abtastvorrichtung 32 angeordnet, die geeignet ist, die Linienkontur 12 der Meisterzeichnung 10 abzutasten.

3er Motor 30 bildet den einen Teil eines Antriebes zur Bewegung des Kopier- und Negativzylinders 14 bzw. 20 gegenüber der Abtastvorrichtung 32 bzw. der Spindel 22, während der andere Teil des Antriebs durch den üblichen Werktischantriebsmotor 34 gebildet wird, der den Werktisch 16 linear in Achsrichtung des Kopier- und Negativzylinders quer zur Werkzeugspindel 22 bewegt. Bei dieser Anordnung werden die Drehbewegung der Zylinder 14 und 20, die durch den Motor 30 erzeugt wird und die Linearbewegung des Werktisches 16, de durch den Mottr 34 erzeugt wird, als Ordinate und Abzisse koordiniert, wobei die Drehbewegung der "Y"-Achse und die Linearbewegung der "^x"-Achse entsprechen.

Als Abtastvorrichtung 32 wird vorzugsweise eine bekannte optische Einheit verwendet, die einen Teil einer Antriebssteuerung 36 zur Synchronisierung der Motoren 30 und 34 bildet, um die Linienköntur 12 abzutasten und danach eine nutenförmige Reproduktion durch Einfräsen derselben in die Kantelfläche des Negativzylinders 20 herzustellen, wie dies

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durch, die Nuten 12a im Querschnitt des Zylinders 20 in Pig. 4 gezeigt ist.

Pig. 2 zeigt eine übliche elektrische Entladungsmaschine 4o mit einem Kopf 42 und einem Tank 43. Eine Vorrichtung 44 zur Aufnahme eines fertigbearbeiteten Negativzylinders 20 und eines Vorformlings für das walzenförmige Schnittwerkzeug 45 in achsparalleler Anordnung zueinander weist ein in geeigneter Weise am Kopf 42 der Maschine "befestigtes Teil 46 auf, an dem Lager 48 für eine Welle 49 befestigt sind, auf der der Negativzylinder 20 zur gemeinsamen Drehung aufgespannt ist. Ein zweites Teil 50 ist im Tank 43 befestigt und trägt Lager 52 für eine Welle 53, auf der der Vorformling für das walzenförmige Schnittwerkzeug aufgespannt ist. Am Teil 50 sind Führungsstangen 54 befestigt, die gleitend an dem am Kopf befestigten Teil46 angreifen, um die Wellen 53 und 49 parallel ausgerichtet zu halten, wenn das Teil 46 durch den Kopf der Maschine während des elektrischen Entladungsvorganges bewegt wird.

Ein Antrieb 56 dreht die Wellen 49 und 53 und somit die darauf angeordneten Zylinder 20 bzw. 45 mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit und weist eine Lagerstütze 58 auf, auf der ein Motor 59 und eine Drehzahlsteuerungseinrichtung 60 angeordnet sind. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, ist auf·der Welle 63 des Motors 59 ein Kettenrad 62 befestigt, das ein auf einer Welle 65 befestigtes Ketten-

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rad 64 und in umgekehrter Drehrichtung ein auf einer Welle

67 befestigtes Kettenrad 66 mittels einer Präzisionskette

68 antreibt, die durch- ein geeignetes Kettenspannrad 70 unter Spannung gehalten wird. Die Welle 49, auf der der Negatrtfzylinder 20 festgespannt ist, wird von der Welle 65 über eine Zwischenwelle 72 und flexible Kupplungen 73 und 74 bekannter Art, die minimale Winkelabweichungen der Drehchse zulassen, angetrieben, während eine ähnliche Verbindungswelle 76 und flexible Kupplungen 77 und 78 den Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs auf der Welle 53 von der Antriebswelle 67 her antreiben.

Beim Betrieb der elektrischen Entladungsmaschine werden der Negativzylinder 20 und der Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs 45 in entgegengesetzten Richtungen mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit durch den Motor 59 gedreht, um eine erhabene Schnittkontur auf dem Vorformling des walzenförmigen Schnittswerkzeugs 45 einzuarbeiten, die der nutenförraigen Reproduktion auf dem Negativzylinder 20 entspricht, wie dies durch die auf dem Zylinder 45 in Pig. 4 gezeigten Schnittkanten 12b darstellen.

Der Negativzylinder 20 ist aus verhältnismäßig feinkörnigem Kohlenstoff hergestellt, wodurch feine Einzelheiten bei der elektrischen Entladungsbearbeitung erzielt werden, so daß die Ausbildung der Schnittkanten 12b genau und scharf ist.

Der Vorformlingszylinder 45 für das walzenförmige Schnitt-

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werkzeug ist vorzugsweise vor der elektrischen Entladungs·!- bearbeitung vollständig durehgehärtet und hat einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser des Negativzylinders 20 minus die doppelte Tiefe der darin eingefrästen Nut 12a ist. In der Praxis muß der Durchmesser des ITegativzylinders 20 entsprechend dem gewünschten Fertigdurchmesser des walzenförmigen Schnittwerkzeugs bestimmt werden. Wenn beispielsweise das walzenförmige Schnittwerkzeug 45 einen Durchmesser von Schnittkante zu Schnittkante von 100 mm und eine Schnitttiefe der Schnittkanten 12b von 1,5 mm haben soll, muß der Hegativzylinder 2o einen Durchmesser von 103 mm haben.

Bei der Herstellung des in Jig. 1 gezeigten üiegativzylinders sind der Kopier zylinder 14 und der Hegativzylinder 20 mit gleichen Durchmessern dargestellt. Dies kann jedoch nicht immer der Fall sein. In einigen Fällen wird es erwünscht sin, einen Kopierzylinder 14 mit größerem Durchmesser als dem des Hegativzylinders 20 zu verwenden, um für eine erhöhte Genauigkeit eine mechanische Storchschnabelwirkung zu erzielen. Es kann auch erwünscht sein, den Maßstab der Meisterzeichnung 10 zu verändern, um einen vorhandenen Kopierzylinder anstelle eines neu mit dem genauen erforderlichen Durchmesser herzustellenden zu verwenden. Pig. 7 zeigt schematisch die Schritte, die bei der in Fig. 5 gezeigten Meisterzeichnung 10 erforderlich sind.

Eine Originalmeisterzeichnung 10a wird vorzugsweise in ver-

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größertem Maßstab aufgezeichnet, um das Zeichnen zu erleichtern und Ungenauigkeiten, die hierbei auftreten können, zu vermindern. Wenn irgendeine Maßstabangleichung erforderlich ist, um die entsprechenden Durchmesser des Kopierzylinders 14 und des Ifegativzylinders 20 aufeinander abzustimmen, wird dies durch fotografische Verkleinerung der Originalmeisterzeichnung 10a in einer Richtung bewerkstelligt, wobei eine zylindrische Linse 80 verwendet wird, um die verkleinerte Zeichnung 10b zu erzeugen. Durch Vergleich der Fig. 5 und 7 ist ersichtlich, daß die Maßstabreduzierung der Zeichnung 10b in Umfangsrichtung des Kopierzylinders 14 erfolgt, wobei diese Richtung mit der "Y"-Achse übereinstimmt, wenn der Kopierzylinder auf der Kopierfräsvorrichtung in der in Fig. 1 gezeigten Weise eingespannt ist. Der letzte Schritt besteht in der Reduzierung der Zeichnung 10b in beiden Richtungen, wofür eine übliche fotografische Linse 82 verwendet wird, um die Meisterzeichnung 10 zu erzeugen, die auf dem Kopierzylinder 14 angebracht wird.

Während das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung mit Bezug a-uf die Feststellung eines walzenförmigen Schnittwerkzeugs dargestellt und beschrieben worden sind, kann die Erfindung offensichtlich auch Anwendung zur Herstellung anderer Konfigurationen auf einer Zylindermantelfläche Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.J Verfahren zur Formung einer Konfiguration auf einer zylindrischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet« daß zunächst eine Meisterzeichnung der herzustellenden Konfiguration hergestellt und auf der Umfangsfläche eines Kopierzylinders angeordnet wird, worauf nach der auf dem Kopierzylinder angeordneten Meisterzeichnung eine Negativreprod-.uktion der Konfiguration in die Oberfläche eines Elekt—rodenzylinders eingearbeitet und dann die Konfiguration auf einem zylindrischen Werkstück durch Drehung des Negativelektrodenzylinders und des Werkstückzylinders mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit um parallele Achsen im !Dank einer elektrischen Entladungsmaschine hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Werkstück vor der Verformung gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meisterzeichnung vor der Anordnung auf dem Kopierzylinder fotografisch reproduziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reproduktion mit einer zylindrischen linse durchgeführt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konfiguration die Schnittkante eines Schneidwerkzeugs ist, und daß die Negativreproduktion in Form einer mit der Schnittkante übereinstimmenden Nut in den Elektrodenzylinder eingearbeitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückzylinder mit einem Durchmesser högestellt wird, der vor der Herstellung der Konfiguration gleich dem Durchmesser des Negativelektrodenzylinders minus der doppelten maximalen liefe der darauf herzustellenden negativen Reproduktion der Konfiguration ist»
7. Einrichtung zur Herstellung eines walzenförmigen Schnittwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Maschinentisch (16) einer !Fräsmaschine (18), in deren Spindel (22)

ein Nutenfräser eingespannt ist, eine Kopierfräsvorrichtung (15) angeordnet ist, die zur Aufnahme eines Kopier- und eines Negativzylinders (14 bzw. 20) geeignet ist und ei-' η en Antrieb (30) zur gemeinsamen Drehung derselben, unabhängig vom Antrieb (34) für die lineare Bewegung des Maschinentisches (16) in Längsrichtung zur Drehachse der Zylinder aufweist, wobei die lineare Tischbewegung und die rotierende Zylinderbewegung als graphische Kooridinaten zueinander in Beziehung stehen, un.dd.aß eine Antriebssteuerung (36) einschließlich einer Vorrichtung (32) zum Abtasten eines auf dem Kopierzylinder (14) angebrachten Vorbildes (12) vorgesehen ist, durch die eine nutenförmige Reproduktion (12a) des Vorbildes in der Mantelflä-

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ehe des Negativzylinders (20 einfräsbar ist, daß ferner eine elektrische Entladungsmaschine (40) vorgesehen ist mit einem eine Vorrichtung (46) zur drehbaren Anordnung eines bearbeiteten Negativzylinders (20) aufweisenden Kopf (42) und einen eine Vorrichtung (50) zur drehbaren achsparallel zum Negativzylinder (20) ausgerichteten Anordnung eines Vorformlings für ein walzenförmiges Schnittwerkzeug (45) aufweisenden Tank (43) sowie einen beide Zylinder mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit drehenden Antrieb (56) zur Erzeugung eines erhabenen Schnittlinienverlaufs (12b) auf den Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs (45)," der der nutenförmigen Reproduktion (12a) auf dem Begativzylinder (20)entspricht.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (44) der elektrischen Entladungsmaschine !Pührungs elemente (54) zwischen den am Kopf und im Tank angeordneten, den bearbeiteten Negativzylinder (20) und den Vorformling des walzenförmigen Schnittwerkzeugs (45) tragenden Vorrichtungen (46 bzw. 50) aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drehung am Negativzylinders (20) und des Vorformlings für das walzenförmige Schnittwerkzeug (45) bewirkende Antrieb der elektrischen Entladungsmaschine (40) einen Motor (59) sowie eine Triebverbindung (63-78) zu jedem der Zylinder (20 bzw. 45) aufweist, die eine rechtwink-

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lig zu den Achsen der Zylinder gerichtete Relativbewegung zwischen denselben zuläßt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors (59) veränderlich ist.

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