DE2816147A1 - Werkzeugspindel - Google Patents

Description

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G1 e i t If ;; e r fc e c h η 1 k G aib'd
Gau3strc^e 10'4

7000 Stuttgart 1

W er kz Gυ r^p ρ j nde 1

Die Erfindung bezieht sich auf eine »verkzeu^spindel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Axial-riadiallagern. wird die Spindelwelle mittels einer stets wirkenden unveränderlichen Kraft in den Lagersitz gedrückt. Demnach ist die Axiallage der Spindelwelle relativ zum Spindelgehäuse variabel, und zwar in Abhängigkeit von der Menge des den Drucktaschen zugeführten Ilydraulikmediums. Zufolge der Eigenart von Axial-Radiallagern verändert sich mit der Axiallage zviangsläufig die Spaltweite im Lager und damit die Heiblt-istung und die Steifigkeit der Spindel. Befriedigend arbeitet eine derartige Werkzeugspindel also nur dann, wenn, es gelingt, die Zufuhrmenge des Hydraulikmediums auf einen genau abgestimmten Wert konstant zu halten.

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Wird die Kraft von einer Feder aufgebracht, so resultiert aus den Federtoleranzen, daß die Spindeln e-iner Serie unterschiedliche Steifig.keiten haben. Eine optimale Bearbeitungsgenavii^-· keit ist somit nicht gewährleistet.

Nachteilig ist auch der Stick-ölip-Effekt infolge der neibung d.es Federführungs-leinentes. Auch neigt die Anordnung zu Axialschwingungen, wenn die Federanordnung nicht zusätzlich mit einem Dämpfelement versehen wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Axial-Radiallager besteht darin, daß bei Druckausfall, z.B. infolge eines Leitungsdefekts oder einer Fehlbedienung etc., die Spindelwelle nach Art einer Trommelbremse gegen die Lagerflächen gedrückt wird und diese hochpräzisen Flächen beschädigt.

Ausgehend von gattungsgemäßen VJerkzeugspindeln ist es daher Aufgabe der Erfindung, deren Steifigkeit zu verbessern, insbesondere deren Toleranzempfindlichkeit und Abhängigkeit von einem hochkonEtanten Druck des Hydraulikmediums auszuschalten. Auch soll das Ausmaß von Beschädigungen im Falle eines Druckausfalles vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmalen gelöst.

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i/er vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, daß die beiden geseneinandereerichteten Kraftkomponenten der druck-S-LVx-¹IiVig wirkenden Mittel und dos druckabhängigen hydrostatischen ^ixial-it'j-aiallf-f-.fcrs von der gleichen Variablen b e e i π flu 31 ν e :cd e η«

'Uii'· retid die von den Mitteln er^c-i-ifte Kxaft nur druckö-b/jJii^iit ist, VG:ϊ der rs.xisll5"_t;.e der ijpindelv/elle aber una^h/ingic π f/c _s ist öio von den jjruckts sehen auf aie Spindelv-'d'le Übertragtne GeoeiiKra'ft FC'vohl von. uruck eis auch von α tr ,ixisll&^o abhän.j.i_c. jjie Spinöelwelle vrird. also selbstt-iii-ü;: eine ^:--¹ jalla^e p-inaehuien, bei der eich die Kraft und Gc ;\e.akraf u da;? Cleichrccn cht halten, l-'j f.¹.ich bei einer }·.; -Jerimg der- I-lydraulikdruckfes lira ft und Gegenkraft gleich verändern, bl-^ic-c die Glcichf_;t;v;ichbslage und damit aie Ax:ls.ll&£e. davor; unbeeinflußt.

jfiln weiterer vorteil der Erfindung besteht noch darin, da.ß \\i, Störun^sfall, also bei Ausfall des Hydraulikdruckss, im gleichen hf:3 auch die Vorspannkraft kle-inei· wird, oder ganz v:er.fallt. Eine Beschädigung des Lagers wird somit wesentlich gerjnner au.sfallen. Vielen der vollständigen Entlastung im Störunasfall ist keine Sicherheitsreserve erforderlich, und es ksnn daher die von den Kitteln hervorgerufene Vorspann-

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kraft erheblich größer sein, als bei herkömmlichen Anordnungen. Der größeren Vor Spannkraft entsprechend, stellt sich das Kräftegleichgewicht bei sehr engem Spalt zwischen den gehäusefesten Lagerflächen und der Tragfläche an der Spindelwelle ein und die erfinä.un£f?«.e:aäße iverkzeuj.spindel kann detach TaIt extremer Steifigkeit betrieben ;-rerden.

jJie. weiterbildenden i'Ierkrni5.1e des Anspruchs 2 bewirken eine rceitere <rhöV'ur=£, oer Steifigkeit.

io e c^ruuf euf bauenden Au^-:e;3taltua_r.rnerkr!!-ilfr des Anbruchs 3 Grsöbf.ji eine optimierte, sehr steife, präzlrö und v/lrtfc-chaft-D.ich !· or.'-itellba-re i-sgerau ε bildung,, i-ine Vereinföchuij^ bei der Farti^uriÄ ist in diesen· Zusaiamanhi-nz aooh eexä£ den üerKraa 'iac Anspruchs '4· vorteilhaft.

jjie i-ittol können ge:aäi3 Anspruch 5 '&'& zweck^äQi^.sten jfiur Viirl-.uii^ gebracht v/erden.

Wenn ö.i e I-iittel gemäö dea l-ierkinsl&n dec iUispriJchs 6 ausgebildet werden, läßt sich die Zugkraft besonders vorteilhaft mit- rjA'rini.stfcQ uei.bun.psvei-lur;ten übertragen, da sich ars^emäß ei or ntr· Zugorgs α angebrachte Stützkopf in der Art eine-.··

hydrostatischen ΐzi&lla^ers am nichtrotierenden ivolbon abstützt, Liese? /uisoilcnm^sform ist vor allen bei i;el"-r- schnell lauferiücsn öchleifspindeln wichtig.

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Gemäi3 den Merkmalen, des Anspruchs 7 ist eine Gliederung der Werkzeugspindel in einzelne Funktionsblocks fertigungstechnisch günstig zu realisieren.

JL/ie Merkmale des Anspruchs 3 schließlich beschreiben eine besonders herstellungs- und montagefreundliche Ausführungsi'orra dar Erfindung, uer Anspruch 9 gibt hierzu eine zweckmäßige Er^anzi-n^ an.

jüi£ Erfindung vtlvö nachfolgend anh&nu der Zeichnung,, in der ein bevorzugtes, Aufiführi?fi£.sbeispiel oarnesteiIt wird^ nähsr erläutert.

nifl r'ii'MT 1 £ei_wt einen i^in^sschuj tt eiaer erfina •veiMiZfcu^fipindel, vobei reicht zur /ih/fir.üur.v c.ehöri^e unü für das Vcirttündnif.; eatbehrliol-'.e, an eich bekannte uetails \^rerc?infKcht dar:·:enteilt oder xvr^o'Lassen vrurdon.

In der Fi^ur 2 ist ein ,Oatail aar· l-'i^ur 1 vergrößert wieder-(; er, eben.

!•■ie V/erkseuc.rpinctcl besteht allgemein aus einem Lagerblock 1

eineia fixäal daran arischliclandca Antriebsblock 2, wobei aie beiden Teile jemjilß ein j\i2en- ü.-.'w. Innen^evinde 3 bzw. 4

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aufweisen und damit aneinandergeschraubt sind, einem abschließenden Stützblock 5» einem die genannten Blocks ein.schlle3end.en Rohr 6, der Spindelwelle 7 und einer Frontplatte 8. Die Verbindung, der Gehäuseteile untereinander erfolgt in bekannter und daher nicht besonders dargestellter Weise, beispielsweise mit Axialspannschreuben.

Da-K aus dem Gehäuse vorstehende Spindelwellenende 9 ist in bekannter Weise für die Aufnahme, eines? Werkzeuges eingerichtet, beispielsweise indem es mit einem Innenkonus versehen ist. Die Spindelwelle 7 durchquert eine vorn frontseitigen linde dec Lagerblocks 1 axial durch diesen führende, konisch sich verengende Bohrung 10. An beiden Endbereichen der Bohrung 10 ist jeweils ein Axial-Radiallager. 11 bzw. 12 ausgebilcet. Jedes dieser Lager hat drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Lagerflächen, welche jeweils Drucktaschea arenaförinig einschließen. Da zweckmäßigerwei ee die drei Drucktaschen des vorderen Lagers 11 gegenüber denen des hinteren Lagers 12 um 6o° gedreht sind, ist in der Schnittaarstellung der Figur 1 nur eine von den insgesamt drei Lagerflächen 13 mit ürucktasche I^ des Lagers 11 obenliegend zu sehen, während entsprechend eine Lagerfläche 15 mit Druckta^che 16 des Lagers 12 untenliegend zu sehen ist.

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Den konischen Legerflächen 13 bzw. 15 gegenüberliegend, genau genommen davon ringförmig umschlossen, weist die Spindelwelle 7 entsprechend konisch geformte Tragflächen 17,18 auf. Diese Tragflächen können, wie gezeichnet, Teile einer einzigen geschlossenen Eeg-elmantelflache sein, jedoch ist dies nicht Bedingung.

Vom rechtslicgeuden Spind.elende hez' werden die Drucktaschen ΊΛ,Ιό tait unter Druck zugeführtem Hydraulikmedium versorgt, ^szu ist im Stützblock 5 ein Gewi ride loch 19 zum Anschluß einer Rohrleitung vorgesehen. Sine .uxialbohruag 2ü quert den Stiitzbloek 5 und mündet an dessen Innenseite in eine durch einen Dichtring 21 nach auSen hin abgeschlossene Anschlu.'.")kaairaer 22. Von dieser führt eine weitere Azialbohrunj, 23 in eine ringförmige jinFchlußkarnraer 2)\ an der andez-en Seite des Antriebsblocks 2. Ein in.aenl.i egender, konzentrisch zur Spindelachse angeor-dneter Dichtring 25 und ein dazu konzentrischer Dichtring 26 größeren Durchmessers sind sv?5.sehen den einander zugewandten Stirnseiten von Lagerblock 1 und Antriebsblock 2 angeordnet und dichten die Änschlußkaamer 2'-I- nach außen hin ab.

Im Lagerblock 1 sind nun mehrere Axialstichbohrungen vorhanden, die jeweils an der rechten Seite in die ringförmige

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jtnschluSkaainer Zk münden und anderenendes zu jeweils einer Drucktasche führen.

In der Zeichnung- ist demnach eine Axialstichbohrung, 2? zu sehen, die In eine iiadialbohrun£ 28 mündet, welche ihrerseits in die Drucktasche Ik reicht. Nach außen zu ist aie Radialbohrung. 28 durch einen Stöpsel 29 verschlossen und aer Drucktasche I^ zugewandt nimmt sie einen urosseleinsatz 3ü auf.

Eine weitere kurze axialstichbohrung 31 führt zu einer Radialbohrung 32, welche einerseits über einen eingepreßten Drosseleinsatz 33 iti die Drucktasche 16 führt und andererseits nach außen zu mittels eines Stöpsels 3k verschlossen ist. In gleicher V/eise Bind die übri&en, in der Zeichnung, nicht sichtbaren Drucktaschen mit der ü.nschluSkani.3ier Zk verbunden.

Am tiefsten Punkt der Bohrung 10 befindet sich eine als iibflußleitung. dienende üadialbohrung, 35» die über eine zwischen dem Lagerblock 1 und dem Rohr 6 eingearbeitete Längsnut 36 zu einem umlaufenden Ringspalt 37 und von dort über eine Querbohrung 38 zur rechten Seite des Antriebsblocks 2 führt. Das abströmende Hydr&ulikmedium kann unbehindert über diesen Weg in einen Rohrstutzen 39 fließen, der durch den Stützblock 5 nach außen führt und dort beispielsweise als Schlauchtülle gestaltet ist.

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Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Spindelwelle ein Schaufelrad 40 trägt, wobei Hydraulikmedium als Arbeitsmittel über eine nicht gezeichnete Strahldüse gegen die -eschaufelung des Schaufelrades 40 gespritzt wird. Auch dieses Hydraul iknied ium fließt über den Rohrstutzen 39 ab.

Der Stützblock 5 weist eine zur Spindelwelle 7 koaxiale Stüfenbohruri£ auf, wobei der erste iJoGchnitt 41 des kleineren .Durchmessers zur SpindelauSenseite x-joist und der zur Spindelwelle 7 zeigende zweite Bohrurigsabschnitt 42 des größeren Durchtnensers einen Stützzylinder 43 aufnimmt. Eine den ersten Abschnitt 4.1 durchsetzende Schraube 44 ist in die rechtsliegende Stirnseite des ütütszylinrlers 43 eingeschraubt und fixiert dessen .axialIa^e im Bohrun^sabsohnitb 42·.

In den Stiitzjäylinder 43 ist eine Hadialbohrun^ 45 eingebracht (FJ£,2), in Vielehe ein Hohi'stück 46 aus elastischem Material eingesetzt ist. Ein Kolben 47 ist durch diametral gegenüberliegende und koaxial zur Spindelachse ausgerichtete Bohrungen 48 und 49 des fiohrstücks 46 geführt, wobei die Eigenelastisität des elastischen Materials eine Abdichtung bewirkt. Der Kolben 47 befindet sich im Bereich einer Axieilbohrung 50 des Stüizzylinderrj 43.

Der Kolben 47 1st mit einer Zentralbohrung 51 versehen, durch welche ein am inneren Spindelwellenende 52 befestigter und axial abstehender Draht 53 mit Spiel hindurchragt.

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Der Draht 53 ist beispielsweise an eine Schraube 5^ angelötet, die in eine Gevjindebohrung 55 am Spindelwellenende 52 eingeschraubt wird. Am gegenüberliegenden Ende des Drahtes 53 ist an diesem ein verdickter Stützkopf ^6 angelötet, der eine zur Spindelwelle und zum rohrförmig den Draht 53 umschließenden Kolben 4? gerichtete Stützringflache 57 aufweist.

Der Kolben 47 weist weiterhin einen s
Längenbereich 58 geringeren Außendurchmessers und einen zur Stützringfläche 57 reichenden und dort eine Gegenstützfläche 59 bildenden Längenbereich 6o größeren Durchmessers auf. Die Durchmescerstufe liegt innerhalb der vom Rohrstück -•(-6 umschlossenen Kolbenkaaimnr 61, in die eine -«luerochrung. Sd einmündet, die in die Axialbohrung 20 reicht.

Das unter Druck zugeführte Hydraul! km ed ium viird hier also abgezweigt und gelangt über die Querbohrung 62 in die Kolbenkammer 6l. Zufolge des Durchmesserunterschiedes der Bereiche 58 und 6o bewirkt der Hydraulikdruck eine nach rechts gerichtete Kolbenkraft, die von der Gegenstützfläche 59 über die Stützringfläche 57 auf den Stützkopf 56 und dad\xrch über den Draht 53 auf die Spindelwelle 7 übertragen wird. Die Spindelwelle 7 wird somit in vorgegebener Abhängigkeit vom Druck des den Drucktaschen zugeführten Hydraulikmediums axial in Richtung vom größeren zum kleineren Tragflächendurchmesser belastet.

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Palls das Rohrstück 4-6 selbst nicht ausreichend dicht an der Wand der Bohrung 4-2 anliegt, empfehlen sich zwei konzentrische, beidseitig der riadialbohrung 4-5 zwischen dem Stützzylinder 4-3 und. dem ihn umschließenden Stützblock 5 angeordnete Dichtringe 63.

Stets im Bereich der Kolbenkammer 6l befindet sich weiterhin eine fiadialbohrung; 64- des Kolbens 4-7, wodurch ein Weg geschaffen wird, über den Hydraulikaediu.m aus der Kolbenkaiprser 6l durch den zviisehen Kolben 4-7 und Draht 53 gebildeten üingsp&lt hindurch und an den Stirnseiten des Kolbens 4-7 vie£fließen kann. Das linke Kolbenende ragt in den Turbinenhohlraum, so daß das hier 8-bfließende Hydraulikmedium über den Rohrstutzen 39 ηείοη au3en gelangt. Am rechten Kolbenende mündet die Axialbohrung 50 in eine weitere Radialbohrung 6^> des Stützzylincers 4-3. über diesen Weg und eine Querbohrung 66 im StUtzblock 5 kann dcis nach dieser Seite abfließende Hydraulikmedium in den Rohrstutzen 39 strömen.

Der fiingspalt zwischen dem Draht 53 und dem Kolben 4-7 h die Wirkung eines Drosselkanals (wenn er entsprechend eng bemessen wird) . Zwischen der Stützringfläche 57 ^un(i <i^er Gegenstützfläche 59 bildet das hindurchströmende Hydraulikmedium einen S-chmierfils, welcher eine unmittelbare Berührung der beiden Flächen verhindert. Dieses hydrostatische

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Axialdrucklager zwischen dem Stützkopf 56 und dem Kolben ^7 ermöglicht sehr hohe Drehzahlen der Spindelwelle ohne nachteiligen Einfluß auf die Spindelvorspannung.

Der Spalt zwischen der Axialbohrung 50 und dem Stützkopf 56 fungiert auch noch als hydrostatisches Radiallager, wodurch eine stabilisierende und zentrierende Wirkung vorliegt.

Die Erfindung kann gleichermaßen in Verbindung mit einem
elektromotorischen Antriebsteil einer Werkzeugspindel oder sonstigen Ausgestaltung der Antriebsmittel verwendet werden.

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it

Claims (1)

1. GleK-'i^t^rtiiOl'-nil Gsibd

   GCIV.. {',X-XIxi. G .LU~r

   1) WerkseupBpindel mit hyrirost0t:lr.chetp Axi>-l-nadäalla^ ε;: für die Spindels-jclle mit aeh.üuseTesten, die Spinael'flelle ira

   &iifv2eisendfc-.il LagerriAichcrn, v.obei aen ^r-Tacktaschen über Anr.chlußleitungen. KydrauD-iküieciiam unter brück sufiihrbar ist, und. rait den Lagerflüclien gegenüberlieosnaer Tragfläche an aer Spindelwelle j

   dadurch gekennstichnet,

   daß Mittel (6.1,^7) vorgesehen sind, welche die Spindelvielle

   (7) in vorg-cbbarer abhängigkeit des brtiokes des den urucktaschen (1^·,ΐ6) ζυ^.εführten E.vcoraailjkTr.eaixjrriS axial in iiichtung voK gröi^eren zum kleineren Tra^flächendurchr-iesser belasten.

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   2.) .:erkzeu;;'-pj ;iael nuch ^iinpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai zumindest 2 ν ei rr.it tc^v-nt't-i bi?_; w />.xialubstand angeordnete AXi al-ü-id 3 c. Ils j; er vorgesehen sind, deren Tragflachen (17,Ια) an der Spiruielwelle (7) sic ^u :.^!enker el flächen und deren wa^erfii-.cY-^ii (13,Ii) J^ Gehai;^a (1) sis Jnnenke^.elflachen

   sj rin

   3) Wei'kzeULspindel ntch Anspruch 2, dadurch gekennzeichuet. daiä deni aus dem Gehäuse vorstehenden t3pind"elv?elletiende (9) der größere Durcl-.^epser der ersten Tragfläche (17) zugewandt 1st, deren kleinere!" Durchmesser gleich oder größer isb als der größere Jurchiiesaer der folgenden zweiten Trasfläche (16) und daß die zu den beiden Tragflächen (17,18) korrespon-rdierenden Ls^erflächen (13,15) in einem einstückigen Lagerblock (1) eingearbeitet sind.

   ■'■J·) Werkzeugspindel nach Anspruch 3» dadurch £ekennaeichnet, daß die Tragflächen (17,18) und Lagerflächen (13,15) mit über- -."'■; H-rfcj^r···^ rr.pf |\jf■■ j njr.^ bzw. übersinstiuirnendera Kegelverhältnis avi s£'e führt s ina.

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   5) Vie.rkzeugspinG.el nach Anspruch 1,2,3 ouer 4, dadurch gekennzeichnet, daß die. mittel (^7,61) über ein am innenliegenden Spindelwellenende (52) angebrachtes Zugcrgan (53) auf die Spindelwelle (7) eine Axialkraft ausübend ausgebildet sind.

   C^ Λ CiT.iCZc'UJ.Sjjl.u^.ol tlfc-'C¹". ;ii'jGpr"ilCil J^ U-CCiUj.¹;;!! gSjcC&Cml'iC i ΟΓιίίο ■_/ , CL<^>» das Zugorgan als axial über das Wellenende (52) abstehender Draht (53) ausgebildet ist, an dessen binde ein verdickter Stützkopf ($6) mit zur Spindelwelle-(7) gerichteter Stützringfläche (57) angebracht ist, daß die Kittel eine über einen Leitungskanal (62) mit der Anschlußleitung (19,20) für das zur Versorgung der Drucktaschen dienende Hydraulikmediuta verbundene gehäusefeste Kolben.ke.mmer (6l) und einen den Draht (53) mit Spiel umschließenden rohrförmigen Kolben (^7) umfassen, wobei der Kolben (4-7) einen spindelwellenseitigen Längenbereich (58) geringeren Außendurchmessers und einen bis zur Stützringflache (57) reichenden Längenbereich (60) größeren Außendurchmessers hat und mit beiden Längenbereichen (58,6o) abgedichtet an gegenüberliegenden Seiten aus der Kolbenkammer (6l) herausgeführt ist und etwa in der Längsmitte im Kolben (^7) eine v*uerbohrung (6^-) angebracht ist, welche das Innere der Kolbenkammer (6l) mit dem zwischen Kolben C+7) und Draht (53) bestehenden, als Drosselkanal ausgebildeten Ringspalt verbindet.

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   7) .verSizou^pä ro::! nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, da3 »η den LO-rblock (1) ein. Antriebsblock (2) anschließt und v/eiternlri an den Antriebsblock (2) ein Stützblock (5) anschließt, i/obei der Stützblock (5) die Mittel (6l,47) aufnimmt, welche über das Zugorgan (53) die Spindelwelle (7) zum Stützblock (5) ziehen.

   8) Workzeu£spindel nach Anspruch 7) dadurch gekennzeichnet, daß der Stützblock (5) eine zur Spindelwelle (7) koaxiale Stufenbohrung aufweist, wobei der erste Abschnitt (41) des kleineren Durchmessers zur Spinaelaußenseite weist, daß in den zweiten Bohrungsabschnitt (42) des größeren Durchmessers ein Stützzylinder (43) eingesetzt und mittels einer den ersten Abschnitt (4l) durchsetzenden Schraube (44) im Stützblock (5) gegebenenfalls axial einstellbar fixiert 1st, daß der Stützzylinder (43) eine den Kolben (4-7) und den Stützkopf (56) mit Spiel aufnehmende Axialbohrung (^2) und eine die Azialbohrung (42) kreuzende Radialbohrung (^5) aufweist, daß in die fiadialbohrung (45) ein Rohrstück (46) aus elastischem Material passend eingesetzt ist, wobei der * Kolben (47) durch diametral gegenüberliegende und koaxial ' zur Spindelachse ausgerichtete Bohrungen (48,49) <3-^es Rohr-Stückes (46) unter der Eigenelastizität des elastischen

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   haterials abgedichtet geführt ist und daS ein radialer Leitungskanal (62) in. den. die Kolbei'ikaniDer (6l) dar &t oll enden Raum innerhalb des Rohr Stückes (¹J-6) einmündet.

   9) V/erkzeugspindel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der iisdialbohrung i^'j) konzentrische uichteleniente (63) zwischen deci Stützzylinder (4-3) und dem ihn umschliei-ienden Stützblock (5) vorgesehen sind.

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