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VERFAHREN ZUM RUNDSCHLEIFEN VON RUNDTEILEN UND RUND-
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SCHLEIFMASCHINE ZUR DURCHFUEHRUNG DIESES VERFAHRENS Die vorliegende
Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Rundschleifen von Rundteilen und
eine Rundschleifmaschine mit Spindel, die im wesentlichen aus einer Vorrichtung
zur Aufnahme des Rundteils, einer Schleifvorrichtung mit Schleifscheibe und einer
Messvorrichtung besteht.
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Rundschleifmaschinen dieser Art sind bekannt und speziell in der Werkzeug-
und Maschinenindustrie weit verbreitet.
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Sie werden insbesondere überall dort eingesetzt, wo es darum geht,
Rundteile, seien sie nun zylindrisch oder konisch, mit einer grossen Präzision herzustellen,
respektive zu schleifen.
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Die Industrie stellt immer höhere Anforderungen an die Zustell- und
Korrekturgenauigkeit der Rundschleifmaschinen.
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Die herkömmlichen Maschinen dieser Art können aufgrund der bekannten
Konzeptionen ihrer Korrektur- und Einstellvorrichtungen in punkto Präzision, das
heisst Schleifgenauigkeit, die genannten Anforderungen aber nicht mehr erfüllen,
da ihnen mechanisch bedingte Grenzen bezüglich ihrer Einstellgenauigkeit gesetzt
sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Rundschleifmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die derart ausgelegt
ist, dass sie auch höchsten Qualitätsansprüchen bezüglich Zylindrizität respektive
Konizität und Masshaltigkeit der zu schleifenden Rundteile zu genügen vermag.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Rundschleifen
von Rundteilen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Arbeitsgang
das Rundteil
bis nahe an sein Sollmass geschliffen wird, worauf
nach einer Ausfeuerzeit, während welcher die Schleifvorrichtung nicht gegen das
Rundteil hin vorgeschoben wird, das Rundteil zum Zwecke der Ermittlung der Durchmesser-
und Zylindrizitäts-, respektive Konizitäts-Massdifferenzen zum Sollmass automatisch
mittels einer Messvorrichtung ausgemessen wird, worauf aufgrund der ermittelten
Differenzwerte bezüglich der Zylindrizität, respektive Konizität des Rundteils die
Vorrichtung zur Aufnahme des Rundteils rechtwinklig zur Drehachse desselben und
bezüglich des Durchmessers des Rundteils die Schleifvorrichtung in Richtung auf
dasselbe zu verschoben werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Rundschleifmaschine
ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel derart gelagert ist, dass ihr
vorderes Ende, das ausserhalb des vorderen Lagers (19) liegt, mittels einer Einstell-
und Korrekturvorrichtung in einer Ebene verschoben werden kann und dass die Einstell-
und Korrekturvorrichtung sowie die Schleifvorrichtung elektrisch mit der Messvorrichtung
verbunden sind und von dieser Steuerbefehle erhalten.
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Vorteilhafterweise wird die Aufnahmevorrichtung mittels eines Exzenters,
der auf die Spindel der Aufnahmevorrichtung einwirkt, verschoben.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Aufnahmevorrichtung mittels einer
archimedischen Spirale, die auf die Spindel der Aufnahmevorrichtung einwirkt, verschoben
wird.
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Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn der Exzenter mittels eines durch
die Messvorrichtung gesteuerten Schrittmotors gedreht wird.
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Weiter wird vorteilhafterweise die archimedische Spirale mittels eines
durch die Messvorrichtung gesteuerten Schrittmotors gedreht Es ist auch von Vorteil,
wenn der Exzenter die Spindel um ein Lager dreht.
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Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die archimedische Spirale die Spindel
um ein Lager dreht.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn die Messvorrichtung mittels der zwei
Messköpfe in der Nähe der Enden des Rundteiles nach dem ersten Arbeitsgang die entsprechenden
Durchmesser des Rundteiles misst und die so ermittelten Werte mit den diesbezüglichen
Sollwerten vergleicht und aus den Differenzwerten Steuersignale sowohl für die Verschiebung
der Vorrichtung zur Aufnahme des Rundteils als auch der Schleifvorrichtung erzeugt
und an diese weiterleitet.
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Zudem ist es auch vorteilhaft, wenn die Einstell- und Korrekturvorrichtung
zumindest einen Schrittmotor und einen durch diesen drehbaren Exzenter aufweist,
welcher Schrittmotor mit der Messvorrichtung derart verbunden ist, dass er in Abhängigkeit
des durch letztere ermittelten Differenzwertes bezüglich der Zylinderizität respektive
Konizität des Rundteils eine Anzahl Schritte macht und dadurch den Exzenter um einen
entsprechenden Winkel dreht, derart, dass dieser die Spindel zwischen ihren zwei
Lagern um so viel durchbiegt, als deren äusseres Ende verschoben werden muss, damit
nach erfolgtem zweitem Schleifvorgang das Rundteil die vorbestimmte Form aufweist
und dass die Schleifvorrichtung mit der Messvorrichtung derart verbunden ist, dass
sie nach erfolgter Differenzwertermittlung nach Abschluss des ersten Arbeitsganges
im Verlaufe des zweiten Schleifvorganges um den Wert gegen das Rundteil hin ver-
schoben
wird, dass dieses auf ein vorbestimmtes Sollmass heruntergeschliffen wird.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn die Spindel zum Zwecke der Spielaufhebung
zwischen dem Exzenter und einer Druckfeder eingeklemmt ist.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Einstell- und Korrekturvorrichtung
zumindest einen Schrittmotor und eine durch diesen drehbare archimedische Spirale
aufweist, welcher Schrittmotor mit der Messvorrichtung derart verbunden ist, dass
er in Abhängigkeit des durch letztere ermittelten Differenzwertes bezüglich der
Zylindrizität respektive Konizität des Rundteils eine Anzahl Schritte macht und
dadurch die archimedische Spirale um einen entsprechenden Winkel dreht, derart,
dass diese die Spindel so viel um ihr vorderes Lager dreht, als deren äusseres Ende
verschoben werden muss, damit nach erfolgtem zweitem Schleifvorgang das Rundteil
die vorbestimmte Form aufweist und dass die Schleifvorrichtung mit der Messvorrichtung
derart verbunden ist, dass sie nach erfolgter Differenzwertermittlung nach Abschluss
des ersten Arbeitsganges im Verlaufe des zweiten Schleifvorganges um den Wert gegen
das Rundteil hin vorgeschoben wird, dass dieses auf ein vorbestimmtes Sollmass heruntergeschliffen
wird.
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Im weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Spindel an ihrem hinteren
Ende zwischen der archimedischen Spirale und einer Druckfeder gelagert ist.
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Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die Spindel stillstehend ist.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Spindel innen mit einer drehbaren
Spindel versehen wird.
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Im weiteren ist es von Vorteil, wenn der Exzenter über einen Schieber
und eine Positionierungsschraube auf die Spindel wirkt.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Spindel in der Nähe ihres hinteren
Endes in vier rechtwinklig zueinander stehenden Platten gelagert ist, wobei zwei
Platten die Spindel spielfrei halten, während dem die zwei anderen Platten so angeordnet
sind, dass die Spindel in gewissen Grenzen bewegbar ist, das ganze derart, dass
die Spindel an ihrem hinteren Ende in derjenigen Ebene verschiebbar ist, in der
sie durch den Exzenter verschoben wird, während dem sie in der rechtwinklig dazu
stehenden Ebene spielfrei gehalten ist, und dass die Spindel in der Nähe ihres vorderen
Endes in einem für dieses als Drehpunkt wirkenden Lager gelagert ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen
beschrieben. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des der
erfindungsgemässen Rundschleifmaschine zugrundeliegenden Prinzips, Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer ersten Variante der Einstell- und Korrekturvorrichtung, Fig. 3
eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Einstell- und Korrekturvorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Variante der Einstell- und Korrekturvorrichtung,
Fig. 5 einen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Rundschleifmaschine
mit einer Einstell- und
Korrekturvorrichtung der zweiten Variante,
Fig. 6 eine Teilansicht der hinteren Spindellagerung im Spindelstock der Rundschleifmaschine
nach Fig. 5 und Fig. 7 einen Schnitt durch den Spindelstock nach Fig. 5 entlang
der Linie VII-VII.
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Anhand von Fig. 1 kann der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemässen
Rundschleifmaschine im Vergleich mit den herkömmlichen Maschinen dieser Art erläutert
werden. Man erkennt einen Spindelstock 1 mit einer Spindelnase 2, einen Reitstock
3 mit einer Gegenspitze 4, eine Schleifscheibe 5, eine Messeinrichtung 6 und eine
damit verbundene Einstell-und Korrekturvorrichtung 7 sowie ein zwischen der Spindelnase
2 und der Gegensptize 4 mittels eines Mitnehmers 8 in herkömmlicher Weise gedrehtes
Rundteil 9. Bei einer derartigen Rundschleifmaschine kann angenommen werden, dass
wenn die Achse 10, die durch die beiden Drehpunkte des Rundteils 9 respektive durch
die Spindelnase 2 und die Gegenspitze 4 definiert ist, und die Achse 11 der Schleifscheibe
5 respektive deren Schleiffläche 12 parallel zueinander verlaufen, das Rundteil
9 absolut zylindrisch geschliffen wird. Dies vorausgesetzt, dass sich das Rundteil
9 durch den Schleifdruck nicht durchbiegt.
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Da in der Praxis die parallele Ausrichtung der beiden Drehachsen 10
und 11 statisch nur annäherungsweise möglich ist, ist es absolut erforderlich, diese
Einstellung während des Schleifvorganges vorzunehmen, indem die durch die beiden
Messköpfe 13 und 14 der Messeinrichtung 6 in bekannter Weise ermittelten Durchmesser
des Rundteils 9 in der Nähe von seinen Enden, ausgewertet werden. Herkömmlicherweise
werden die so ermittelten Messwerte in einem geschlossenen Regel-
kreis
dazu verwendet, den Reitstock 3 in der durch die beiden Achsen 10 und 11 definierten
Ebene rechtwinklig zur Achse 10 so zu verschieben, dass die angestrebte Parallelität
der beiden Achsen 9 und 10 in besagter Ebene und somit die gewünschte Zylindrizität
des Rundteils 9 erreicht würde.
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Es ist selbstverständlich, dass die Präzision dieses Einstell- und
Korrekturverfahresn seine Grenzen in der wegen den Umkehrspielen nicht ausreichend
präzisen Einstellbarkeit des Reitstockes 3 mittels der im geschlossenen Regelkreis
ermittelten Korrekturwerte und der praktisch nicht kontrollierbaren Durchbiegung
des Rundteils 9 während des Schleifvorganges findet. Dies ist nachteilig, denn in
dieser bekannten Art und Weise kann den sehr hohen Anforderungen, wie sie heute
an die Qualität der Zylindrizität von Rundteilen gestellt werden, nicht entsprochen
werden.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch behoben, dass die durch
die beiden Messköpfe 13 und 14 ermittelten und durch die Messeinrichtung 6 ausgewerteten
Messergebnisse bezüglich der Durchmesser des Rundteils 9 nahe seiner Enden in einem
offenen Regelkreis für die Bewegung der Spindelnase 2 mittels Durchbiegung oder
Verschiebung der Spindel 15 und andererseits der Vorschub der Schleifscheibe 5 so
geregelt wird, dass diese nach einem ersten Schleifvorgang bis nahe an das zu erreichende
Endmass des Rundteiles 9 während einer Ausfeuerzeit und der Vornahme der Ermittlung
der hiervor erwähnten Durchmesser des Rundteils 9 und deren Auswertung respektive
einer eventuell notwendigen Korrektur der Position der Spindelnase 2 still steht,
bevor sie in einem zweiten Schleifvorgang mit minimalem Vorschub bis zum Erreichen
des Endmasses an das Rundteil 9 herangeführt und nach einer weiteren Ausfeuerzeit
von diesem entfernt wird. Dabei kann die Verschiebung der Spindelnase 2 in Richtung
des Doppelpfeiles 16 mittels einer Verschie-
bung der Spindel 15
in ihrem zentralen Bereich durch ein in Richtung des Doppelpfeiles 17 darauf einwirkendes
mechanisches Element 18 der Einstell- und Korrekturvorrichtung 7 erreicht werden.
Dies da das Lager 19 der Spindel 15 in diesem Falle als Drehpunkt wirkt.
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Die Steuerung der Bewegung des Elementes 18 kann dadurch erfolgen,
dass die Messeinrichtung 6 in bekannter Art und Weise die durch die Messköpfe 13
und 14 gemessenen Durchmesserwerte mit den Sollwerten vergleicht und die so ermittelten
Differenzen in Bezug auf Zylindrizität respektive Konizität und Durchmesserendmass
in Steuersignale für z.B.
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einen Schrittmotor in der Einstell- und Korrekturvorrichtung 7 und
ein Vorschubsignal für die Schleifvorrichtung mit der Schleifscheibe 5 umsetzt.
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Dank diesem erfindungsgemässen Verfahren und der dieses Verfahren
realisiserenden Rundschleifmaschine ist es möglich, höchsten Anforderungen in punkto
Masshaltigkeit von Rundteilen zu genügen, da wie hiernach erläutert wird, jedes
Spiel bei der Verschiebung der Spindelnase 2 aufgehoben und jede Durchbiegung des
Rundteils 9 vor dem Erreichen des Endmasses desselben aufgefangen wird.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine erste Variante, wie die Verschiebung
der Spindelnase 2 spielfrei realisiert werden kann. Durch einen Exzenter 21 kann
die Spindel 15 unter Verwendung der Spindellager 19 und 20 als Drehpunkte so durchgebogen
werden, dass die Spindelnase 2 in der im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig.
1 definierten Ebene linear verschoben wird. Durch eine durch den Exzenter 21 selbst
erzeugte Vorspannung der deformierten Spindel 15 kann jedes Umkehrspiel bei Richtungsänderungen
der Spindelnase 2 respektive bei Drehsinnänderung des Exzenters 21, verhindert werden.
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Fig. 3 ihrerseits zeigt eine zweite Variante, wie die Verschiebung
der Spindelnase 2 verschoben werden kann. Ebenfalls durch einen Exzenter 21 kann
die Spindel 15 um ihr Lager 19 gedreht werden. Anstelle einer Verspannung durch
den Exzenter 21 wird jedes Spiel der Spindel 15 durch eine Druckfeder 22, die sich
auf einem Gegenlager 23 abstützt, aufgehoben.
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Eine weitere Möglichkeit der Spielaufhebung der Spindel 15, die zudem
eine grössere Bewegung der Spindelnase 2 ermöglicht, als die beiden vorerwähnten
Varianten, ist in Fig. 4 dargestellt. Anstelle eines auf den mittleren Bereich der
Spindel 15 einwirkenden Exzenters ist eine archimedische Spirale 24 am hinteren
Ende der Spindel 15 angeordnet. Mittels einer Druckfeder 25, die sich auf einem
Gegenlager 26 abstützt, wird einerseits jedes Spiel der Spindel 15 aufgehoben, und
andererseits die hintere Lagerung der Spindel 15 gebildet.
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Das vordere Lager 19 dient auch bei dieser Variante als Drehpunkt
für die Spindelnase 2. Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante der Anordnung der
Einstell- und Korrekturvorrichtung (7) in Bezug auf die Spindel 15 liegt darin,
dass sie weniger Einstellkraft erfordert als die beiden anderen Varianten.
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Fig. 5 bis 7 illustrieren eine praktische Ausführungsform eines Spindelstockes
(1) in einer erfindungsgemässen Rundschleifmaschine. Man erkennt in Fig. 5 eine
Spindel 15 mit Spindelnase 2 innerhalb eines Gehäuses 27, auf welche Spindel 15
eine Einstell- und Korrekturvorrichtung 7/18 mit der aus einem Exzenter und einer
Druckfeder mit Gegenlager bestehenden Einheit 21/22/23 in der anhand von Fig. 7
erläuterten Art einwirkt. Man erkennt weiter ein vorderes Spindellager 19, das der
Spindelnase als Drehpunkt dient und
ein hinteres Spindellager 20,
dessen Aufbau in Fig. 6 gezeigt ist.
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Zwischen der Spindelnase 2 und einer Gegenspitze 4 befindet sich ein
mittels einer Schleifscheibe 5 zu schleifendes Rundteil 9, das in herkömmlicher
Weise über einen Mitnehmer 8 gedreht wird. Letzterer ist mit einer Deckplatte 28
auf einem Gehäuseteil 29 drehbar zentrisch zur Spindelachse angeordneten Trommel
30 befestigt. Die Trommel 30 kann mittels Keilriemen 31 durch einen Motor 32 angetrieben
werden.
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Vorteilhafterweise sind die Trommel 30, die Keilriemen 31 und die
Frontseite des Motors 32 durch einen Gehäusedeckel 33 abgedeckt.
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Fig. 6 lässt erkennen, dass die Spindel 15 in ihrem hinteren Lager
20 in der Richtung der Verschiebung beweglich und in der dazu rechtwinkligen Richtung
spielfrei gehalten wird. Dies kann vorteilhafterweise durch vier Lagerplatten 44,
45, 46 und 47 erfolgen. Durch eine solche Lagerung des hinteren Endes der Spindel
15 kann erreicht werden, dass die Spindelnase 2 sich nur in der gewünschten und
hiervor definierten Ebene bewegt, da es für die Verschiebung des mittleren Bereiches
der Spindel 15 durch den Exzenter 21 keiner, oder zumindest nur einer sehr kleinen
Verschiebung bedarf, da die Spindel 15 in dieser Richtung hinten ja ausweichen und
sie sich um die vorderen Lagerpunkte im Lager 19 drehen kann.
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Die Einstell- und Korrekturvorrichtung 7/18 ist in der Ausführungsvariante
nach Fig. 5 im Schnitt entlang der Linie Vil-Vil dieser Figur in Fig. 7 dargestellt.
Man erkennt einen Schrittmotor 34, der durch die Messeinrichtung 6 gesteuert wird
und über ein Ritzel 35 und einen Zahnriemen 36 auf ein über eine Welle 33 mit dem
Exzenter 21 verbundenes Zahnrad 37 wirkt.
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Vorteilhafterweise wirkt der Exzenter 21 über einen Schieber 39 und
eine in diesen eingeschraubte Positionierungsschraube 40 auf die Spindel 15. Dies
ermöglicht eine Korrektur der Null-Einstellung der Spindel 15 und erhöht somit indirekt
den Einstellbereich des Exzenters 21.
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Die Spindel 15 wird vorteilhafterweise durch ein durch die Druckfeder
22 an diese gedrücktes Teil 41 gegen die Positionierungsschraube gepresst. Die Druckfeder
22 ihrerseits stützt sich vorteilhafterweise an einem als Schraube ausgebildeten
Gegenlager 23 ab, was den Vorteil bietet, dass die auf die Spindel 15 wirkende Klemmkraft
eingestellt werden kann.
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Die Steuerung der linearen Verschiebung der Spindelnase 2 geschieht
vorteilhafterweise in bekannter Art und Weise durch die Umsetzung der Messergebnisse
der Messeinrichtung 6 in Schaltschritte für den Schrittmotor 34, so dass dieser
den Exzenter 21 oder die archimedische Spirale 24 um den der notwendigen Korrektur
entsprechenden Winkel dreht. Die Messeinrichtung 6 sollte so konzipiert sein, dass
die Anzahl Schaltschritte des Schrittmotors 34, die er eine bestimmte Zentrizitätskorrektur
machen soll, einstellbar ist. Die Messeinrichtung 6 steuert ebenfalls in bekannter
Weise den Vorschub der Schleifscheibe 5 zur Erreichung des gewünschten Durchmessers
des Rundteils 9. Die hiervor beschriebene Rundschleifmaschine kann, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen, anders aufgebaut sein, als dies anhand der Zeichnung beschrieben ist.
So kann sie beispielsweise mit Anschlägen respektive Endschaltern versehen werden,
die verhindern, dass der Exzenter oder die archimedische Spirale über den Bereich
hinaus gedreht werden, wo sie eine lineare Verschiebung der Spindelnase gewährleisten.
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Weiter ist es auch möglich, die erfindungsgemässe Rundschleifmaschine
innerhalb der stehenden Spindel mit einer
mitlaufenden, in bekannter
Weise gelagerten Spindel zu versehen, wodurch gegebenenfalls die Verwendung einer
Gegenspitze überflüssig wird.
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Die Einstell- und Korrekturvorrichtung kann anders aufgebaut sein,
als hiervor beschrieben. So kann sie beispielsweise an Stelle des Exzenters oder
der archimedischen Spirale eine Gewindespindel, eine Kurvenscheibe, einen Keil oder
einen Kolben aufweisen, welche Elemente an Stelle des Schrittmotors beispielsweise
durch einen Synchronmotor, einen Servomotor mit Tachogenerator oder eine lineare
Bewegungseinsrichtung mit einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb bewegt
werden können.
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Weitere, jedem Fachmann geläufgie Aenderungen an der Rundschleifmaschine
sind ebenfalls realisierbar, werden hier aber nicht erwähnt.
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Die Messvorrichtung mit den beiden Messköpfen und der Auswert- und
Steuerelektronik, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und an sich
herkömmlich aufgebaut sein kann, kann mit Mitteln versehen sein, die eine manuelle
willkürliche Einstellung und/oder Korrektur eines jeden Messwertes sowie der ermittelten
Korrekturwerte ermöglichen.
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Auch kann sie so ausgelegt werden, dass sie mehr als zwei Messwerte
an dem zu schleifenden Rundteil misst. Vorteilhaft ist es im weiteren, wenn sie
die Möglichkeit bietet, das Rundteil auf ein durch Vergleichsmessung ermitteltes
Mass zu schleifen. Sofern die Messelektronik auch mit Mitteln versehen ist, die
die Ermittlung der Grenzmasse des Rundteils ermöglicht, bei denen ein massgenaues
Schleifen noch möglich ist, kann sie als automatische Selektionseinheit für das
Aussortieren untermassiger Teile dienen.
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Das erfindunngsgemässe Verfahren zum Rundschleifen von Rundteilen
sowie die erfindungsgemässe Rundschleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens
bringen gegenüber den heute üblic#herweise verwendeten Verfahren und Maschinen wesentliche
Vorteile. Diese liegen insbesondere in der Ermöglichung der automatischen Erreichung
einer sehr hohen Genauigkeit der geschliffenen Teile in punkto Zylindrizität oder
Konizität und Masshaltigkeit, durch die Ausschaltung der Umkehrspiele in den Ein-
und Zustellvorrichtungen der Schleif- und Rundteilhaltevorrichtungen sowie die Kompensation
der während des Schleifvorganges durch die Rundteildurchbiegung entstehenden Massfehler.
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Es ist selbstverständlich, dass die erfindungsgemässe Rundschleifmaschine
vorteilhafterweise mit einer automatischen Lade- und Entladevorrichtung versehen
wird, wodurch sie voll automatisiert werden kann, wodurch sie ihre Vorteile erst
recht zur Geltung bringt. Es versteht sich auch, dass die Einstell- und Korrekturvorrichtung
Bestandteil des Reitstockes bilden kann und nicht gezwungenermassen im Spindelstock
angeordnet sein muss.