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Die Erfindung betrifft eine Drehrahmenkonstruktion für Bahnlaufsteuervorrichtungen, mit einem Tragrahmen und einem dazu parallelen Drehrahmen, der eine Einlaufrolle und eine Auslaufrolle für die zu steuernde Bahn trägt und durch ein Lager schwenkbar an dem Tragrahmen gehalten ist.
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Bei der Bearbeitung von laufenden Materialbahnen, beispielsweise in Rotationsdruckmaschinen, ist es generell erforderlich, den Bahnlauf zu steuern oder zu regeln, damit ein Auswandern der Bahn in der Richtung quer zur Laufrichtung verhindert wird. Zu diesem Zweck wird die Bahn so durch die Drehrahmenkonstruktion gefädelt, dass sie an der Einlaufrolle und an der Auslaufrolle jeweils um 90° umgelenkt wird. Wenn die Laufrichtung von der gewünschten Richtung abweicht, so wird der Drehrahmen, der die Einlaufrolle und die Auslaufrolle trägt, relativ zu dem Tragrahmen so verschwenkt, dass die Einlauf- und Auslaufrollen eine andere Orientierung einnehmen und die Bahn wieder in die gewünschte Richtung zurücklenken.
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Bei einer herkömmlichen Drehrahmenkonstruktion sind die Einlaufrolle und die Auslaufrolle mit parallelen Achsen in einer zu dem Drehrahmen parallelen Ebene angeordnet, die jedoch gegenüber der Ebene des Drehrahmens so weit versetzt ist, dass die Rollen frei drehbar sind. Der Drehrahmen und der Tragrahmen sind annähernd kongruent ausgebildet und sind ebenfalls in zueinander versetzten Ebenen angeordnet, so dass sie relativ zueinander verschwenkt werden können. Insgesamt hat die Drehrahmenkonstruktion somit einen dreilagigen Aufbau.
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Der Drehpunkt, um den der Drehrahmen relativ zum Tragrahmen verschwenkt wird, sollte im Idealfall in der Mitte der einlaufenden Bahn liegen, so dass die Schwenkachse rechtwinklig zur Ebene des Drehrahmens und tangential zum äußeren Scheitel der Einlaufrolle verläuft. So lässt sich erreichen, dass bei Verschwenken des Drehrahmens die einlaufende Bahn praktisch ortsfest bleibt, während sich die auslaufende Bahn in der gewünschten Richtung verlagert.
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Ein Lager mit virtuellem Drehpunkt hat den Vorteil, dass die ideale Position für die Schwenkachse realisiert werden kann, ohne dass sich an dieser Stelle irgendwelche mechanischen Achsen- oder Lagerelemente befinden, die mit der einlaufenden Bahn kollidieren würden. Die Lagerkonstruktion muss dabei so stabil sein, dass sie der durch den Bahnzug verursachten Kraft Stand hält, die die Tendenz hat, den Drehrahmen vom Tragrahmen abzuziehen.
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Bei vertikalem Einbau der Rahmenkonstruktion in eine Maschine muss das Lager jedoch auch die Gewichtskraft des Drehrahmens und der Einlauf- und Auslaufrollen aufnehmen, die in diesem Fall rechtwinklig zur Wirkrichtung des Bahnzuges wirkt. Das Lager müsste deshalb in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen starr sein und dennoch ein leichtgängige Drehung des Drehrahmens ermöglichen. Dies ist bei herkömmlichen Lagern mit virtuellem Drehpunkt nur schwer zu verwirklichen.
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Aus diesem Grund wird bei Drehrahmenkonstruktionen für vertikalen Einbau zumeist mit einem Festlager gearbeitet, um das der Drehrahmen relativ zum Tragrahmen schwenkbar ist und dass den Drehrahmen in jeder Richtung in der Rahmenebene sicher in Position hält. Da dieses Festlager jedoch der einlaufenden Bahn im Wege wäre, muss es etwas versetzt zur idealen Position der Schwenkachse angeordnet sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehrahmenkonstruktion zu schaffen, die sich vielseitiger einsetzen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest die innerhalb des Grundrisses des zwischen der Einlaufrolle und der Auslaufrolle verlaufenden Abschnittes der Bahn liegenden Teile des Drehrahmens und des Tragrahmens in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene vollständig innerhalb eines Höhenbereiches liegen, der entweder durch die Scheitel der Einlaufrolle oder durch die Scheitel der Auslaufrolle oder, wenn beide Rollen auf gleicher Höhe liegen und den gleichen Durchmesser haben, durch die Scheitel beider Rollen begrenzt wird.
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Erfindungsgemäß sind somit der Drehrahmen und der Tragrahmen - oder zumindest diejenigen Teile dieser Rahmen, die in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene gesehen mit dem Grundriss der Bahn überlappen - vollständig in dem Raum untergebracht, der durch die Scheitel der Einlauf- und Auslaufrollen definiert wird. Bei horizontalem Einbau der Rahmen bedeutet dies, dass zumindest eine der Einlauf- und Auslaufrollen die beiden Rahmen sowohl nach oben als auch nach unten überragt.
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Diese Konstruktion ermöglicht es, ein und dieselbe Einbaukonfiguration für unterschiedliche Fädelungen der laufenden Bahn zu verwenden. Beispielsweise lässt sich bei identischem Einbau der Drehrahmenkonstruktion in die Maschine wahlweise eine U-Fädelung erreichen, bei der die einlaufende Bahn von oben einläuft und die auslaufende Bahn wieder nach oben ausläuft, oder auch eine umgekehrte U-Fädelung, bei der die einlaufende Bahn von untern einläuft und die auslaufende Bahn nach unten ausläuft. In beiden Fällen stößt weder der Tragrahmen noch der Drehrahmen an der laufenden Bahn an.
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Selbst eine sogenannte Z-Fädelung, bei der die einlaufende Bahn von oben einläuft und die auslaufende Bahn nach unten ausläuft oder umgekehrt, lässt sich mit einer geringfügigen Modifikation verwirklichen. Diese Modifikation besteht darin, dass für die Lagerung einer der beiden Rollen zusätzliche Lagerkonsolen angebracht werden, mit denen die Position der Drehachse dieser Rolle in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene versetzt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beispielsweise bei horizontalem Einbau die Bauhöhe der gesamten Rahmenkonstruktion deutlich verringert ist, wodurch man zusätzliche konstruktive Freiheit beim Einbau der Drehrahmenkonstruktion in eine Maschine gewinnt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform hat das Lager einen virtuellen Drehpunkt, und die beiden Rahmen sind in der Höhe oder, allgemeiner, in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene gleichsam ineinander geschachtelt, wodurch sich der Abstand zwischen diesen beiden Rahmen in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene beträchtlich, im Prinzip bis auf null, verringern lässt. Das hat den Vorteil, dass bei vertikalem Einbau die Gewichtskraft des Drehrahmens über einen wesentlich kürzeren Hebelarm auf das Lager wirkt und somit die Stabilitätsanforderungen auch mit einem Lager mit virtuellem Drehpunkt erfüllt werden können. Da der Drehrahmen den Tragrahmen mit Abstand umgibt, ist es dennoch möglich, den Drehrahmen relativ zu dem Tragrahmen zu verschwenken, ohne dass es zu einer Kollision zwischen den beiden Rahmen kommt.
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In einer spezielleren Ausführungsform ist der Tragrahmen in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene vollständig in dem vom Drehrahmen eingenommenen Höhenbereich aufgenommen, so dass die beiden Rahmen praktisch in einer gemeinsamen Ebene liegen. Vorzugsweise liegen auch die Achsen der Einlaufrolle und der Auslaufrolle in dieser gemeinsamen Ebene der beiden Rahmen, so dass die gesamte Rahmenkonstruktion praktisch einlagig und im wesentlichen symmetrisch zu ihrer Mittelebene ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass die Hebelarme zwischen den Einlauf- und Auslaufrollen einerseits und dem Lager andererseits sowie auch die Hebelarme zwischen diesen Rollen und dem Schwenkantrieb für den Drehrahmen extrem verkürzt oder nahezu vollständig eliminiert werden können.
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In einer Ausführungsform ist an dem Tragrahmen, vorzugsweise an dem Rahmenschenkel, der auf der Seite der Einlaufrolle liegt und parallel zu dieser verläuft, eine Kamera angebracht, die auf die auslaufende Bahn gerichtet ist und es so ermöglicht, im Zuge einer Bahnlaufregelung die laterale Position der auslaufenden Bahn zu kontrollieren.
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Das zwischen dem Tragrahmen und dem Drehrahmen gebildete Lager mit virtuellem Drehpunkt weist vorzugsweise ein parallel zur Rahmenebene orientiertes Rahmenteil aus Blech auf, das eine beispielsweise durch Laserbearbeitung hergestellte kreisbogenförmig verlaufende Kante hat, die auf den virtuellen Drehpunkt zentriert ist und eine Stützfläche oder Lehre für ein Führungsblech bildet, das die Form eines Zylindermantelsegments hat und an der kreisbogenförmig verlaufenden Kante anliegt und dadurch seinerseits präzise auf den virtuellen Drehpunkt zentriert wird. Dieses Führungsblech kann entweder am Tragrahmen oder am Drehrahmen angeordnet sein. Der jeweilige andere Rahmen weist dann eine oder vorzugsweise mehrere Tastrollen auf, die an dem Führungsblech abrollen und so die relative Verschwenkung der beiden Rahmen um den virtuellen Drehpunkt steuern. Das Rahmenteil, das die kreisbogenförmig verlaufende Kante aufweist, kann zugleich eine Laufbahn für weitere Rollen bilden, die die relative Position von Tragrahmen und Drehrahmen in der Richtung senkrecht zur Rahmenebene festlegen. Auf diese Weise lässt sich eine leichtgängige und zugleich stabile Schwenklagerung erreichen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rahmenkonstruktion;
- 2 die Rahmenkonstruktion nach 1 in einer Ansicht von oben;
- 3 die Rahmenkonstruktion nach 1 zusammen mit einer laufenden Materialbahn in U-Fädelung;
- 4 ein Beispiel für eine Einbausituation mit umgekehrter U-Fädelung;
- 5 ein Ausführungsbeispiel mit Z-Fädelung;
- 6 die Rahmenkonstruktion nach 1 bei vertikalem Einbau mit C-Fädelung;
- 7 eine Schnittdarstellung wesentlicher Teile eines Lagers mit virtuellem Drehpunkt; und
- 8 eine Darstellung eines Lagers gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.
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In 1 ist in einer Seitenansicht eine Rahmenkonstruktion 10 gezeigt, die einen Tragrahmen 12 und einen Drehrahmen 14 aufweist, der den Tragrahmen 12 umgibt. An entgegengesetzten Enden des Drehrahmens 14 sind eine Einlaufrolle 16 und eine Auslaufrolle 18 für eine hier nicht gezeigte Materialbahn gelagert. Die Drehachsen der Einlaufrolle 16 und der Auslaufrolle 18 verlaufen parallel zueinander und liegen in einer Mittelebene des Drehrahmens 14. Die oberen und unteren Scheitel der Einlaufrolle 16 und der Auslaufrolle 18 definieren einen Höhenbereich H, innerhalb dessen sowohl der Tragrahmen 12 als auch der Drehrahmen 14 untergebracht sind.
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Mit Hilfe eines Lagers 20 mit virtuellem Drehpunkt ist der Drehrahmen 14 so an dem Tragrahmen 12 gehalten, dass er um eine Schwenkachse A schwenkbar ist, die senkrecht zur Rahmenebene und tangential zum äußeren Scheitel der Einlaufrolle 16 verläuft.
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2 zeigt den Tragrahmen 12 und den Drehrahmen 14 und lässt erkennen, dass beide Rahmen eine rechteckige Grundrissform haben und die Schenkel des Tragrahmens 12 in Abstand zu den Schenkeln des Drehrahmens 14 verlaufen. Die Einlauf- und Auslaufrollen sind hier nur strichpunktiert angedeutet.
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Das Lager 20 definiert einen virtuellen Drehpunkt A‘, der der Position der Achse A in 1 entspricht, und weist zwei symmetrisch zueinander angeordnete Lagerbaugruppen 22 auf der Seite der Auslaufrolle 18 sowie zwei ebenfalls symmetrisch zueinander angeordnete Hilfslagerbaugruppen 24 auf der Seite der Einlaufrolle 16 auf.
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Jede der Lagerbaugruppen 22 weist auf Seiten des Drehrahmens 14 ein Lagerblech 26 auf, das parallel zur Rahmenebene orientiert ist und sich zwischen den an einer Ecke winklig miteinander verbundenen Schenkeln des Drehrahmens 14 erstreckt. Dieses Lagerblech 26 bildet eine kreisbogenförmige Stützkontur für ein vertikal orientiertes Führungsblech 28, das die Form eines Zylindermantelsegments hat und auf einem Kreisbogen 30 liegt, der auf dem virtuellen Drehpunkt A‘ zentriert ist.
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Auf Seiten des Tragrahmens 12 weist jede Lagerbaugruppe 22 eine Konsole 32 auf, die einen Satz vom Tastrollen 34 sowie einen Satz von Tragrollen 36 trägt. Die Tastrollen 34 rollen auf entgegengesetzten Seiten des Führungsbleches 28 an diesem Führungsblech ab. Die Tastrollen 34 beider Lagerbaugruppen 22 gemeinsam bewirken somit eine Zwangsführung des Drehrahmens 14 relativ zu dem Tragrahmen 12, die in der durch die Rahmen definierten Ebene nur einen Freiheitsgrad der Bewegung zulässt, nämlich eine Drehung um den virtuellen Drehpunkt A‘. Die Tragrollen 36 rollen an der Oberseite und der Unterseite jedes Lagerbleches 26 ab und legen so die vertikale Position des Drehrahmens 14 relativ zum Tragrahmen 12 fest.
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Die Hilfslagerbaugruppen 24 weisen jeweils auf Seiten des Drehrahmens 14 ein Lagerblech 38 und auf Seiten des Tragrahmens 12 eine Konsole 40 mit Tragrollen 42 auf. Die Tragrollen 42 rollen auf der Oberseite und der Unterseite des Lagerbleches 38 ab und sind so orientiert, dass sie sich auf dem Lagerblech 28 tangential zu einer Kreislinie 44 bewegen, die auf den virtuellen Drehpunkt A‘ zentriert ist. Auf diese Weise werden die rechtwinklig zur Rahmenebene auf den Drehrahmen 14 wirkenden Kräfte an allen vier Ecken gleichmäßig durch die Tragrollen 36 und 42 aufgenommen.
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In 2 ist weiterhin ein Antrieb 46 gezeigt, der an dem parallel zur Auslaufrolle 18 verlaufenden Schenkel des Tragrahmens 12 gehalten ist und an einer nach innen vorspringenden Nase 48 des Drehrahmens angreift. Der Antrieb 46 führt eine lineare Bewegung in der Richtung parallel zur Achse der Auslaufrolle 18 aus, und ist gelenkig mit der Nase 48 verbunden, so dass er den Drehrahmen 14 zu einer Drehung um den virtuellen Drehpunkt A‘ antreibt. Die hier gezeigte Anordnung stellt sicher, dass der Antrieb 46 kompakt innerhalb des Drehrahmens 14 untergebracht ist, jedoch über einen größtmöglichen Hebelarm am Drehrahmen 14 angreift.
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3 zeigt die Drehrahmenkonstruktion 10 in einer horizontalen Einbausituation zusammen mit einer Materialbahn 50, die in einer sogenannten U-Fädelung von oben auf die Einlaufrolle 16 läuft, an dieser um 90° umgelenkt wird um dann an der Unterseite des Drehrahmens 14 zur Auslaufrolle 18 verläuft, wo sie erneut um 90° umgelenkt wird und dann die Drehrahmenkonstruktion nach oben verlässt.
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Da der Tragrahmen 12 und die Komponenten des Lagers 20 nicht weiter nach oben ragen als die höchsten Punkte des Drehrahmens 14 und die oberen und unteren Scheitel der Einlauf- und Auslaufrollen, ließe sich mit derselben Einbaustellung der Rahmenkonstruktion 10 auch eine umgekehrte U-Fädelung realisieren, bei der die Materialbahn 50 von unten einläuft und nach unten wieder ausläuft und zwischen den Einlauf- und Auslaufrollen 16, 18 längs der Oberseite des Drehrahmens 14 verläuft.
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Eine andere Möglichkeit, eine umgekehrte U-Fädelung zu realisieren, besteht darin, dass die Rahmenkonstruktion 10 in umgekehrter Stellung eingebaut wird, wie in 4 gezeigt ist. Da die Rahmenkonstruktion 10 im wesentlichen symmetrisch zu ihrer Mittelebene (die durch die Drehachsen der Einlauf- und Auslaufrollen geht) ausgebildet ist, erfordert der Einbau der Rahmenkonstruktion in den entgegengesetzten Stellungen, wie sie in 3 und 4 gezeigt sind, keine besondere Anpassungen des Umfelds in der Maschine.
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In dem in 3 und 4 gezeigten Beispiel ist an dem Schenkel des Tragrahmens 12, der Seite der Einlaufrolle 16 und parallel zu dieser verläuft, eine Kamera 52 befestigt, deren Blickfeld 54 leicht schräg nach oben auf den Abschnitt der Materialbahn 50 gerichtet ist, der die Auslaufrolle 18 verlässt und dessen laterale Position somit durch eine Verschwenkung des Drehrahmens 14 kontrolliert werden kann. Die Kamera 52 kann z. B. die Kanten der Materialbahn 50 erfassen und so die für eine Bahnlaufregelung benötigten Daten liefern.
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5 zeigt eine Rahmenkonstruktion 10' gemäß einer leicht abgewandelten Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform nach 1 bis 4 nur dadurch unterscheidet, dass die Einlaufrolle 16 nicht unmittelbar am Drehrahmen 14 gelagert ist, sondern zwischen zwei Lagerkonsolen 56, die an den Drehrahmen 14 angebaut sind und es erlauben, die Drehachse der Einlaufrolle 16 um einen Rollendurchmesser nach oben zu verlagern, so dass eine sogenannte Z-Fädelung ermöglicht wird, bei der die Materialbahn 50 Z-förmig durch die Rahmenkonstruktion 10' verläuft. In dieser Ausführungsform wird der Höhenbereich H, der den Tragrahmen 12 und den Drehrahmen 14 vollständig enthält, nur durch die oberen und unteren Scheitel der Auslaufrolle 18 definiert.
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6 zeigt die Rahmenkonstruktion 10 und die Materialbahn 50 bei vertikalem Einbau mit C-Fädelung. Die Tragrollen 36 und 42 brauchen hier nur die Kräfte aufzunehmen, die durch die Zugspannung der Materialbahn 50 verursacht werden, während die Gewichtskraft der Einlauf- und Auslaufrollen 16, 18 und des Drehrahmens 14 durch die Tastrollen 34 aufgenommen wird, an denen der Drehrahmen gleichsam „aufgehängt“ ist. Da diese Tastrollen sehr nahe an der Mittelebene der gesamten Rahmenkonstruktion liegen, brauchen von den Tastrollen praktisch keine Drehmomente aufgenommen zu werden. Außerdem stützen sich die Tastrollen 34 über das kurze Führungsblech 28 auf dem Lagerblech 26 ab, das hier vertikal orientiert ist und somit in Kraftrichtung eine sehr hohe Verformungssteifigkeit hat.
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7 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine der Lagerbaugruppen 22 bei horizontalem Einbau. Das Lagerblech 26, das eine Laufbahn für die Tragrollen 36 bildet, ist hier im Schnitt dargestellt. Man erkennt jedoch auch einen Teil des kreisbogenförmig verlaufenden Randes 26a dieses Bleches. In Abstand zu dem Rand 26a weist das Lagerblech 26 einen kreisbogenförmig verlaufenden Schlitz 58 auf, dessen innerer Rand eine Anlagefläche und Schablone für das Führungsblech 28 bildet. Dieser innere Rand des Schlitzes 58 ist durch Laserbearbeitung mit hoher Präzision hergestellt und exakt auf den virtuellen Drehpunkt A‘ zentriert, so dass auch das durch das Führungsblech 28 gebildete Zylindermantelsegment exakt auf den virtuellen Drehpunkt zentriert ist, wenn sich das Führungsblech 28 satt an den Rand des Schlitzes 58 anschmiegt. Im gezeigten Beispiel ist das Führungsblech 28 an der Unterseite des Lagerbleches 26 mit dem Lagerblech verschweißt So werden die Abweichungen des Führungsbleches 28 von der perfekten Zylinderform, etwa aufgrund von thermischem Verzug, minimiert.
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Zur Befestigung des Führungsbleches 28 kann auch jede andere Befestigungstechnik eingesetzt werden, die ein sauberes Anschmiegen des Führungsbleches an den Rand des Schlitzes 58 ermöglicht, beispielsweise eine Klemmbefestigung.
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8 zeigt eine Variante, bei der an der Unterseite des Führungsbleches 28 ein Befestigungsblech 60 angebracht ist, das ebenfalls einen auf den virtuellen Drehpunkt zentrierten Schlitz 62 aufweist. In diesem Fall ist es jedoch der äußere Rand des Schlitzes 62, der präzise auf den Drehpunkt zentriert ist, so dass das Führungsblech 28 klemmend zwischen den Rändern der Schlitze 58 und 62 gehalten und dann beispielsweise mit dem Befestigungsblech 60 verschweißt werden kann. Da in diesem Fall keine Schweißung an dem Teil des Führungsbleches 28 erfolgt, der am Rand des Schlitzes 58 anliegt, wird ein Verzug des Führungsbleches 28 weitgehend vermieden.
