DE2500748A1 - Vorrichtung zum positionieren eines werkzeuges, werkstueckes und/oder messgeraetes - Google Patents

Vorrichtung zum positionieren eines werkzeuges, werkstueckes und/oder messgeraetes

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DE2500748A1 DE19752500748 DE2500748A DE2500748A1 DE 2500748 A1 DE2500748 A1 DE 2500748A1 DE 19752500748 DE19752500748 DE 19752500748 DE 2500748 A DE2500748 A DE 2500748A DE 2500748 A1 DE2500748 A1 DE 2500748A1
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Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. ALEX STENGER
D-4000 DÜSSELDORF 1 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE
Malkastenstraße2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING
Unser Zeichen: I5 583 Datum: 9« Januar 1975
Wikotool-Systemtechnik Maschinenbau GmbH u. Co. KG, 4811 Leopoldshöhe 1, Am Bahnhof 4
Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges, 250 07 A 8 Werkstückes und/oder Meßgerätes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges, Werkstückes und/oder Meßgerätes mit einem Ständer, in dem ein das Werkzeug, Werkstück und/oder Meßgerät tragendes Bauteil drehbar gelagert ist.
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges aus, das an einem sogenannten Planschieber befestigt ist, der in radialer Richtung verstellbar an einer Planscheibe gelagert ist. Die Planscheibe befindet sich auf einer in einem Ständer drehbar gelagerten Spindel. Die Verstellung des Planschiebers erfolgt von Hand mittels einer Verstellspindel. Das zu bearbeitende Werkstück wird entweder unmittelbar auf dem Untergestell der Vorrichtung aufgespannt oder auf einem verstellbaren Schlitten angeordnet. Der Schlitten besteht vorzugsweise aus einem Längsund einem Querschlitten, so daß eine Verstellung des zu bearbeitenden Werkstückes innerhalb einer vorgegebenen Ebene möglich ist. Durch die Verwendung einer Kippeinrichtung auf dem Schlitten kann zusätzlich ein Verschwenken des Werkstückes im Verhältnis zur Bearbeitungsaohse erfolgen.
Diese bekannten Vorrichtungen besitzen verschiedene Nachteile.Die wesentlichen Nachteile bestehen darin, daß sich eine hohe und vom Einzelfall abhängige Belastung der Lagerflächen ergibt, die zudem leicht verschmutzen; das Positionieren zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug erfolgt durch Verstellen zweier Schlitten und eines
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Planschiebers in Längsführungen, die nicht ausreichend starr sind und deren Pührungsquälitat nicht unabhängig von der Belastung ist. Die erzielbare Präzision der mit den bekannten Vorrichtungen durchgeführten Bearbeitungsvorgänge ist somit in vielen Fällen nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges, Werkstückes und/oder eines Meßgerätes zu schaffen, welche unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Vorrichtungen eine äußerst genaue, leicht ansteuerbare und mit einer hohen Genauigkeit wiederholbare Positionierung gestattet und außerdem eine starre Lagerung mit von den jeweiligen Gewichten des Werkzeuges, Werkstückes oder Meßgerätes unabhängiger niedrigen Flächenbelastung aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ständer eine Außentrommel drehbar gelagert ist, in der eine Innentrommel exzentrisch angeordnet und drehbar gelagert ist,die exzentrisch zu ihrer Drehachse eire in axialer Richtung verschiebbare Pinole enthält, welche das Werkzeug,Werkstück und/oder Meßgerät trägt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß ein genaues Positionieren des Werkzeuges, Werkstückes und/oder Meßgerätes durch Drehen der Außentrommel gegenüber dem Ständer und durch Drehen der Innentrommel gegenüber der Außentrommel erfolgt, wobei jeder Punkt innerhalb eines Kreises ansteuerbar Ist,dessen Radius sich aus der Summe der Exzentrizitäten ergibt, und zwar der Exzentrizität der Aufnahmebohrung für die Innentrommel in der Außentrommel zuzüglich der Exzentrizität der Aufnahmebohrung für die Pinole in der Innentrommel. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ergibt sich weiterhin eine sehr starre und mit höchster Präzision herstellbare Lagerung, weil es sich um Bohrungen und Wellen handelt. Die Lagerung ist im Verhältnis zum Verstellbereich sehr groß, so daß sich eine geringe Belastung der Lagerflächen ergibt,
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die darüber hinaus gleichmäßig und unabhängig von der jeweiligen Position des Werkzeuges, Werkstückes bzw. Meßgerätes ist,weil sie keine von der jeweiligen Stellung abhängigen Kippmomente kennt. Die erfindungsgemäße Lagerung ist gut gegen das Eindringen von Staub und Schmutz geschützt. Schließlich ist das gesamte System im Hinblick auf Wärmeschwankungen unempfindlich, da alle an der Lagerung teilhabenden Elemente den gleichen Wärmebedingungen ausgesetzt sind; es ergeben sich somit keine unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen den einzelnen Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insgesamt ergibt sich durch den Vorschlag der Erfindung eine Vorrichtung, mit der Werkzeuge, Werkstücke und/oder Meßgeräte mit höchster Präzision und höchster Wiederholgenauigkeit positioniert werden können, wobei der Bearbeitungs- bzw.Meßvorgang infolge einer extrem starren Lagerung höchsten Anforderungen genügt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung besitzt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, die dem jeweiligen Bedarfsfall angepaßt werden können, ohne daß eine Änderung im Aufbau der Vorrichtung erforderlich ist. In einem Fall trägt die Pinole ein Werkzeug, mit welchem ein beispielsweise auf einem Untergestell befestigtes Werkstück bearbeitet wird» Zum Bearbeiten des Werkstückes kann einmal die Außentrommel gegenüber dem Ständer in Umdrehungen versetzt werden,wobei die Ihnentrommel gegenüber der Außentrommel und die das Werkzeug tragende Pinole gegenüber der Innentrommel festgesetzt werden.Hierdurch lassen sieh insbesondere Bohrungen mit großem Durchmesser bearbeiten. Zum anderen ist es bei auf der Pinole angeordnetem Werkzeug möglich, die Außentrommel im Ständer festzusetzen und die Innentrommel drehen zu lassen,' wobei die Pinole gegenüber der Innentrommel festgesetzt ist. Weiterhin ist es möglich,sowohl die Außentrommel als auch die Innentrommel festzusetzen und die Pinole mit dem Werkzeug umlaufen zu lassen. Schließlich besteht die Möglichkeit, das Werkzeug durch Verdrehen der beiden Trommeln zu ftositionieren, anschließend beide Trommeln und die Pinole festzusetzen und das Werkstück gegenüber dem feststehenden Werkzeug zu bewegen,beispiels-
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weise mittels eines hin und hergehenden Tisches in der Art einer Hobelbearbeitung.
Die voranstehend für ein Werkzeug geschilderten Möglichkeiten bestehen ebenso bezüglich eines an der Pinole befestigten Werkstückes oder Meßgerätes. Durch geeignete Maßnahmen kann ein auf der Pinole befestigtes Werkzeug auch durch ein Meßgerät ersetzt werden, um die jeweils durchgeführte Bearbeitung sofort anschliessend zu überprüfen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der Pinole eine Spindel drehbar gelagert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß Werkzeuge oder Werkstücke drehbar an der Pinole angeordnet werden können, ohne daß die Pinole selbst drehbar in der Innentrommel gelagert sein muß. Die Lagerung der Pinole ist somit lediglich für die erforderliche Längsbewegung in axialer Richtung ausgelegt,wogegen die Drehbewegung des an der Spindel angeordneten Werkzeuges oder Werkstückes von einer speziellen Lagerung ermöglicht wird,die wiederum ausschließlich auf die Drehbewegung ausgelegt ist.Durch diese Aufteilung der Lageraufgaben läßt sich die Gestaltung der Lager erheblich vereinfachen.
Um ein wiederholgenaues Positionieren zu erreichen,sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Außentrommel und die Innentrommel jeweils mit einem Skalenring versehen,dessen Lage durch jeweils ein Lesegerät ablesbar ist. Durch eine entsprechende Gestaltung können diese Lesegeräte zugleich für ein selbsttätiges Positionieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden. Die Pinole ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit einer ihre axiale Lage feststellenden Meßeinrichtung versehen,wobei auch eine Ansteuerung der jeweiligen axialen Lage des an der Pinole angeordneten Werkzeuges, Werkstückes oder Meßgerätes möglich ist.
Diese erfindungsgemäße Weiterentwicklung der Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß sich große Meßstrecken für den jeweiligen Winkel-
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weg ergeben. Da der jeweilige Skalenring außen liegt, d.h. mindestens so groß wie die zugehörige Trommel ist,ist der Meßwert größer als der "Versteilwert. Hierdurch wird der Fehler reduziert. Je nach Art des Meß- und Verstellantriebes kann das Positionieren mit hoher Präzision automatisiert werden. Je näher die Pinole zum Mittelpunkt der Außentrommel liegt,desto höher ist hierbei die Genauigkeit. Unter Beachtung dieses Sachverhaltes läßt sich somit die mit dem Hauptgedanken der Erfindung erzielbare Genauigkeit weiter erhöhen, und zwar ebenfalls mit höchster Wiederholgenauigkeit. Wegen der Unabhängigkeit des Systems von der jeweiligen Lage des Werkzeuges, Werkstückes oder Meßgerätes und von dem Gewicht desselben besteht schließlich die Möglichkeit,unvermeidbare Fehler im Meßsystem bzw. in der Öesamtvorrichtung als Korrekturgröße zu berücksichtigen,so daß selbst systembedingte Fehler kompensiert werden können.
Bei einer praktischen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jede Trommel mit einem Haupt- und einem Positionierantrieb und einer Klemmvorrichtung versehen. Hierdurch wird ein wahlweises Antreiben, Positionieren und/oder Festlegen der Außentrommel gegenüber dem Ständer bzw. der Innentrommel gegenüber der Außentrommel bzw. der Pinole gegenüber der Innentrommel ermöglicht, ohne daß eine gegenseitige und nachteilige Beeinflussung erfolgt. Der Hauptantrieb ist vorzugsweise mit großer Leistung für die jeweilige Arbeitsbewegung ausgelegt,wogegen der Positionierantrieb bei geringerer Leistung eine hohe Genauigkeit für die jeweilige Lagebestimmung besitzt und gegebenenfalls mit einem Schnell- und einem Schleichgang ausgerüstet ist.
Die Klemmvorrichtung umfaßt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwei gegeneinander wirkende Bremsbacken,die gemeinsam auf eine an der jeweiligen Trommel bzw. an der Pinole angeordnete Klemmfläche wirken· Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß durch den Klemmvorgang zum Zwecke des Festlegens des jeweiligen Elements keine Lageveränderung hervorgerufen wird .
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht der Vorrichtung,
Pig. 2 eine rückwärtige Ansicht der Vorrichtung nach Fig.l, ebenfalls in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig.l und
Fig. 4 eine Darstellung der Klemmeinrichtung in vergrößertem Maßstab.
Die Vorrichtung besitzt einen Ständer 1, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf eine Grundplatte 2 aufgesetzt ist,die parallel zur Vorderfläche des Ständers 1 mit im Querschnitt T-förmigen Nuten 2a versehen ist,mit deren Hilfe Werkstücke bzw. Werkzeughalter an der Grundbacke 2 in unterschiedlichen Stellungen befestigt werden können. In einer zentrischen Bohrung des Ständers 1 ist eine Außentrommel 3 drehbar gelagert. Diese Außentrommel 3 besitzt eine exzentrisch angeordnete Bohrung, in welcher eine Innentrommel 4 drehbar gelagert ist. Exzentrisch zur Drehachse dieser Innentrommel 4 ist in einer Bohrung wiederum eine Pinole 5 angeordnet, die in axialer Richtung verschiebbar ist. In der Pinole 5 ist eine Spindel 6 drehbar gelagert.
Durch Verdrehen der Außentrommel 3 gegenüber dem Ständer 1 und der Innentrommel 4 gegenüber der 'Außentrommel 3 läßt sich die Drehachse der Spindel 6 an jeden beliebigen Punkt auf der Flache eines Kreises bringen, dessen Radius sich aus der Summe der Exzentrizitäten ergibt, d.h. aus der Exzentrizität der Drehachse der Ihnentrommel 4 gegenüber der Drehachse der Außentrommel 3 zuzüglich der Exzentrizität der Drehachse der Spindel 6 gegenüber der Drehachse der Innentrommel 4. Um die jeweilige Lage der Spindel 6 exakt feststellen bzw. einstellen zu können, ist gemäß Fig.2 die Außentrommel 3 an ihrem hinteren Ende mit einem Skalenring 3a und die Innentrommel 4 an ihrem hinteren Ende mit einem Skalenring 4a
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versehen. Diese Skalenringe Ja bzw. 4a arbeiten mit einem Lesegerät 7 bzw. 8 zusammen, die am Ständer 1 bzw* an der Außentrommel
3 angeordnet sind und die jeweilige Stellung der zugehörigen Trommel feststellen.
Zum Antrieb der im Ständer 1 drehbar gelagerten Außentrommel 3 sind gemäß Fig.3 am Ständer 1 ein Hauptantrieb 9 sowie ein Positionierantrieb Io angeordnet,die über ein gemeinsames Antriebsritzel 11 auf einen an der Außentrommel 3 angebrachten Außenzahnkranz Jb wirken. Die Drehbewegung der Innentrommel 4 gegenüber der Außentrommel 3 erfolgt ebenfalls mittels eines Hauptantriebes 12 bzw. eines Positionierantriebes 13,die beide im Inneren der Innentrommel
4 angeordnet sind. Auch der Hauptantrieb 12 und der Positionierantrieb 13 besitzen ein gemeinsames Antriebsritzel 14,welches über ein Zwischenritzel 15 auf einen Ihnenzahnkranz 3c der Außentrommel 3 wirkt.
Während die Hauptantriebe 9 bzw. 12 den Antrieb der jeweiligen Trommel 3 bzw. 4 zwecks Durchführung eines Bearbeitungsvorganges übernehmen,dienen die Positionierantriebe Io bzw. 13 dazu, die Trommel 3 bzw. 4 exakt in die jeweils gewünschte Position zu bringen. In dieser Position wird die Außentrommel 3 gegenüber dem Ständer 1 bzw» die Innentrommel 4 gegenüber der Außentrommel 3 durch eine Klemmvorrichtung 16 bzw. YJ festgelegt,die nachfolgend unter Bezugnahme auf Pig.4 noch beschrieben werden. Der Fig.3 ist zu entnehmen, daß die Klemmvorrichtung 16 am Ständer 1 angeordnet ist und mittels zweier Klemmbacken 16a beidseitig auf den Außenzahnkranz 3b an der Außentrommel 3 wirkt«, Die Klemmvorrichtung ist an der Innenseite der Ihnentrommel 4 angeordnet und wirkt mit zwei Klemmbacken 17a beidseitig auf den Innenzahnkranz 3c der Außentrommel 3·
In der Innentrommel 4 ist - wie aus Fig.3 hervorgeht - weiterhin ein Antrieb 18 angeordnet, der über ein Antriebsritzel 19 und ein Zwischenritzel 2o eine mit einer Außenverzahnung versehene
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Antriebsbuchse 21 antreibt,welche mittels einer Keilverzahnung auf der Spindel 6 angeordnet ist. Die Keilverzahnung erlaibt eine axiale Verschiebung der Spindel 6 zusammen mit der Pinole 5» Diese Axialverschiebung erfolgt mittels eines auf der Pinole 5 angeordneten Kolbens 5a· Um die Jeweilige axiale Stellung der Pinole 5 und damit der Spindel 6 festzustellen bzw. einzustellen, ist die Spindel 5 mit einer Skalenstange 22 versehen, die mit einem Lesegerät 25 zusammenwirkt.
Die in Fig.3 lediglich schematisch dargestellten Klemmvorrichtungen 16 und 17 sind in einem Ausführungsbeispiel in Fig.4 dargestellt. Die Fig.4 ist ein in Längsrichtung der Vorrichtung, d.h. in Übereinstimmung mit Fig.3 gelegter Schnitt durch die Klemmvorrichtungen 16 und 17, wobei jedoch die Klemmvorrichtung 17 gegenüber Fig.3 derart um 9o° versetzt dargestellt ist, daß sie in Fig.4 in derselben Ebene wie die Klemmeinrichtung 16 liegt. Um diesen Sachverhalt zu verdeutlichen, ist der in Fig.4 geschnittene Teil der Außentrommel 3 durch eine waagerechte Linie getrennt, entlang welcher die zur zeichnerischen Vereinfachung erfolgte Verschiebung vorgenommen worden ist.
Gemäß Fig.4 besteht die Klemmvorrichtung 16 für die Außentrommel 3 aus den in Fig.3 erkennbaren Klemmbacken 16a, welche an gegenüberliegenden Flächen auf den Außenzahnkranz 3b der Außentrommel 3 wirken. Jede Klemmbacke 16a ist an einem Hebel 16b angeordnet,der sich einerseits über ein Gelenk 16c und einen Lagerbock l6d am Ständer 1 abstützt und andererseits über ein Gelenk I6e von einem Druckzylinder 24 betätigt wird. Dieser Druckzylinder 24 besteht aus einem geschlossenen Gehäusedeckel 24a, einem zylindrischen Gehäuse 24b und einem Kolben 24c* dessen Kolbenstange 24d durch einen mit einer Bohrung versehenen Gehäusedeckel 24e hindurchgeführt ist. Während sich der eine Hebel 16b der Klemmvorrichtung 16 mittels des Gelenkes I6e an dem geschlossenen Gehäusedeckel 24a abstützt,erfolgt die Abstützung des anderen Hebels 16b an der Kolbenstange 24d. Auf diese Weise wird stets eine gleichmäßige
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Belastung der beiden Klemmbacken l6a erzielt. Durch eine Beaufschlagung der deckeiseitigen Fläche des Kolbens 24c wird somit ein Festklemmen der Außentrommel 3 am Ständer 1 bewirkt. Diese Klemmung mittels der Klemmvorrichtung 16 wird aufgehoben,sobald die ringförmige stangenseitige Fläche des Kolbens 24c mit Druckmittel beaufschlagt wird.
Ih entsprechender Weise ist auch die Klemmvorrichtung 17 ausgebildet,die in der oberen Hälfte der Fig.4 dargestellt ist. Die Klemmbacken 17a wirken beidseitig auf den Innenzahnkranz Jc. Jede Klemmbacke 17a ist an einem Hebel 17b angeordnet,der jeweils über ein Gelenk 17c und einen Lagerbock 17d an der Innenseite der Innentrommel 4 abgestützt ist. Die Verschwenkbewegung der Hebel 17b erfolgt mittels jeweils eines Gelenkes 17e durch einen Druckzylinder 25,der entsprechend dem Druckzylinder 24 ausgebildet ist und aus einem geschlossenen Gehäusedeckel 25a, einem Gehäuse 25b, einem Kolben 25c mit Kolbenstange 25d und einem durchbrochenen Gehäusedeckel 25e besteht.
Die voranstehend in ihrem Aufbau und in ihren Einzelfunktionen beschriebene Vorrichtung kann zur exakten Positionierung eines Werkzeuges, eines Werkstückes und/oder eines Meßgerätes verwendet werden,die jeweils auf dem vorderen Ende der Spindel 6 befestigt werden, auf der Zeichnung jedoch nicht dargestellt sind. Die voranstehend beschriebenen Hauptantriebe 9 und 12, Positionierantriebe Io und 13 sowie Klemmvorrichtungen 16 und 17 ermöglichen wahlweise einen Antrieb bzw. ein Positionieren und Festsetzen einerseits der Außentrommel 3 gegenüber dem Ständer 1 und andererseits der Innentrommel 4 gegenüber der Außentrommel 3· Bei festsbehender Spindel 6 kann somit das mittels der Pinole 5 in axialer Richtung verschiebbare Werkzeug, Werkstück oder Meßgerät entweder mit der Außentrommel 3 gegenüber dem Ständer 1 oder mit der Innentrommel 4 gegenüber der Außentrommel 3 rotieren. Bei einem Festlegen beider Trommeln 3 und 4 kann außerdem mittels des Antriebes 18 die Spindel 6 mit dem Werkzeug, Werkstück bzw.Meßgerätgedreht werden. Schließlich ist es möglich, außer den beiden Trommeln 3
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und 4 auch die Pinole 5 und die Spindel 6 festzusetzen, in diesem Fall muß die Grundplatte 2 mit einem Schlitten versehen werden, mit dessen Hilfe das Werkstück, Werkzeug oder ein Meßgerät an dem auf der Spindel 6 festgesetzten Werkzeug, Werkstück bzw.Meßgerät entlanggeführt wird.
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Claims (6)

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Positionieren eines Werkzeuges, Werkstückes und/oder Meßgerätes mit einem Ständer, in dem ein das Werkzeug, Werkstück und/oder Meßgerät tragendes Bauteil drehbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ständer (1) eine Außentrommel (5) drehbar gelagert ist, in der eine Innentrommel (4) exzentrisch angeordnet und drehbar gelagert ist,die exzentrisch zu ihrer Drehachse eine in axialer Richtung verschiebbare Pinole (5) enthält, welche das Werkzeug, Werkstück und/oder Meßgerät trägt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pinole (5) eine Spindel (6) drehbar gelagert ist.
J>. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außentrommel (5) und die Innentrommel (4) jeweils mit einem Skalenring (35a* 4a) versehen sind, dessen Lage durch jeweils ein Lesegerät (7,8) ablesbar ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pinole (5) mit einer ihre axiale Lage feststellenden : Meßeinrichtung (5b, 6a, 22, 25) versehen ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trommel (2*4) mit einem Haupt- und einem Positionierantrieb (9, 12j lo,13) und einer Klemmvorrichtung (16,17) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (16,17) zwei gegeneinander wirkende Klemmbacken (l6a, 17a) umfaßt,die gemeinsam auf eine an der Außentrommel
(3) angeordnete Klemmfläche wirken.
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