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Der
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung für das kontinuierliche Defilieren
rotationssymmetrischer Gegenstände.
Eine der vorgesehenen Anwendungen ist die Kontrolle zylindrischer
Gegenstände
mit einem hohen Arbeitstakt.
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Das
Defilieren bedeutet hier eine kombinierte Translations- und Rotationsbewegung:
die sich drehenden Gegenstände
bewegen sich gleichzeitig vorwärts,
um zum Beispiel Sensoren ihre gesamte (zum Beispiel zylindrische)
Seitenfläche
zu präsentieren,
was eine Kontrolle des Aussehens oder der Charakteristiken ermöglicht.
Erwünscht
ist eine Vorrichtung, die eine großen Durchsatz von Gegenständen in
einer Produktions- oder Kontrollkette ermöglicht und dabei die Manipulationen
dieser Gegenstände,
die oft mit kleinen Abständen
und kontinuierlich aufeinander folgen, auf ein Minimum zu beschränken. Der
angestrebte Bewegungstyp muss daher gleichzeitig sowohl die Kontinuität des Produktionsflusses
als auch die Verschiebung jedes Gegenstands gewährleisten. Die dieses Problem
lösende Vorrichtung
muss die Gleichmäßigkeit
des Defilierens garantieren, die vollkommen kontinuierlich sein muss,
sowohl bezüglich
der Translation entsprechend der Hauptachse des Objekts als auch
der Rotation um diese Achse, um zum Beispiel – selbst bei einem hohen Arbeitstakt – eine Kontrolle
von guter Qualität
durchzuführen
(gute Qualität
der Bilder im Falle der Anwendung bei einer visuellen Kontrolle). Die
Konzeption einer solchen Vorrichtung muss auf einem einfachen Prinzip
beruhen und ihr Betrieb muss leicht zu regeln sein.
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Man
kennt Endlosförderbandvorrichtungen oder
andere, aber die Notwendigkeit, die Gegenstände gleichzeitig in eine Translations-
und eine Rotationsbewegung zu versetzen, nachdem sie korrekt ausgerichtet
wurden, verursacht spezielle Probleme. Die Realisierung eines Systems,
das Gegenstände gleichzeitig
verschiebt und dreht ist nicht einfach, denn wenn man den Gegenstand
gleichzeitig zwei verschiedenen Kräften aussetzt, wirken die Rotations-
und die Translationsbewegung einander entgegen, was zu Reibungen
führt,
welche die Gleichmäßigkeit
der Endbewegung stören.
Eine Lösung
kennt man von den Schleifwerkzeugmaschinen des Typs "centerless", wo die Werkstücke durch
eine schräg ausgeübte Reibung
in eine Drehbewegung versetzt werden. Dadurch werden die Werkstücke auch
in eine Längsbewegung
versetzt. Aber dies ist nur mit Werkstücken möglich, die ausreichend lang
sind. Zudem ist die Kontinuität
des Werkstückflusses
nicht gewährleistet.
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Dieses
Prinzip wurde bei bestimmten Kontrollsystemen übernommen, zum Beispiel dem
der Firma Rohrer Inc. (USA) – US-Patent
5249912, veröffentlicht
am 05.10.1993. Die Doppelbewegung wird hier durch Band auf den zylindrischen
Gegenstand übertragen,
das die zylindrischen Gegenstände
in Drehung versetzt, wobei eine (doppelte) Führung – über und quer zum diesem Band – den Gegenständen eine
Translationsbewegung aufzwingt. Die für diese Erfindung vorgesehene
Anwendung war eine Kontrolle mittels Wirbelströmen. Die in diesem Patent dargestellte
Lösung
besteht darin, die zylindrischen Gegenstände auszurichten, indem man
sie unter eine umgekehrte Rinne gleiten lässt, wo ihre Achsen auf die
Defilierrichtung ausgerichtet werden, wobei die Rotation dadurch
erzwungen wird, dass man die Gegenstände ein sich in seitlicher
Richtung (aber nicht senkrecht zur Defilierrichtung) bewegendes Endlosband
passieren lässt.
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Dieses
System hat den Nachteil, dass es zu Reibungen zwischen den Gegenständen und
der Führung
kommt. Diese Reibungen verhindern eine perfekte gleichmäßige spiralförmige Bewegung
mit einem hohen Arbeitstakt. Die gleichzeitige Rotations- und Translationsbewegung,
die durch das Endlosband einem Gegenstand aufgezwungen wird, der Kontakt
mit irgendeiner Führung
hat, erzeugt zwangsläufig
Reibungen zwischen dem Gegenstand und dieser Führung (im oben genannten Patent
eine umgehrte Rinne), was die Gleichmäßigkeit dieser Bewegung stört und bei
dem Gegenstand zu Stößen und
Vibrationen führen,
vor allem bei einem hohen Arbeitstakt. Diese Reibungen und ihre
störenden
Folgen können
dann, zum Beispiel im Falle eine visuellen Kontrolle, die Bilder
des Gegenstands, die mit einem optischen Sensor aufgenommen werden,
verschlechtern. In diesem Fall und insbesondere bei einem hohen
Arbeitstakt ermöglicht
diese Vorrichtung keine Bilder von sehr guter Qualität, wie sie
für eine einwandfreie
Kontrolle notwendig sind. Zudem können sehr schlechte bzw. stark
abweichende Werkstücke
ungleichmäßig angetrieben
werden, so dass die Rotationsbewegung sehr behindert wird oder gar nicht
stattfindet. Das Werkstück
wird sehr schlecht angetrieben, denn es beeinträchtigen nicht nur die störenden Reibungen
mit der Führung
seine Bewegung, sondern sein Kontakt mit dem Band findet auf nur
einer Linie statt. Schließlich
wird der für
die Kontrollsensoren verfügbare
Raum durch die Präsenz der
Führung
(zum Beispiel einer einfachen oder doppelten Schiene) reduziert
und könnte
zu klein sein für Anwendungen
mit anderen als den in dem Rohrer-Patent beschriebenen Sensoren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
hat die Aufgabe, das Defilieren zu verbessern und insbesondere das
Problem der störenden
Reibungen zu vollständig
lösen,
indem sie die Mängel
der Vorrichtungen aus dem Stand der Technik beseitigt.
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Darstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine Vorrichtung für
das kontinuierliche Defilieren rotationssymmetrischer Gegenstände vor,
die eine Fördervorrichtung
umfasst, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Fördervorrichtung
zwei parallele Führungen
(Zylinder oder abgerundete Säbel bzw.
Säbelrücken) und
wenigstens ein Paar jeweils über
die Führungen
gespannter Bänder
bzw. Bandteile umfasst, zwischen und auf denen diese Gegenstände in Höhe der Führungen
defilieren, wobei diese Bänder
bzw. Bandteile einen Winkel zwischen einer oberen Bahn und einer
unteren Bahn jedes Bandteils bilden und die Bandteile des Paars
eine selbe Rotationsrichtung um die Führungen herum, einen selben Wert
des Winkels, gemessen von der oberen Bahn zur unteren Bahn, und
eine selbe Verschiebungsgeschwindigkeit haben.
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Um
die Darstellung zu vereinfachen, werden in der Folge die beiden
parallelen Führungen,
um die Bandteile herumlaufen, "Bandführungen" genannt, um zum
Ausdruck zu bringen, dass nicht die Gegenstände einen direkten Kontakt
mit den Führungen
haben, sondern nur die um diese Führungen herumlaufenden Bandteile.
Jede Bandführung
bildet einen Winkel α (nicht
rechtwinklig) mit dem Bandabschnitt, den sie führt; dieser Winkel hängt direkt
von dem Winkel 11 ab.
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Der
Abstand zwischen diesen beiden Bandführungen ist verstellbar und
ermöglicht,
eine natürliche
V-Führung
für die
angetriebenen Gegenstände zu
bilden, die durch das Bandsystem von zwei Seiten angetrieben werden,
gleichzeitig auf Rotation und auf Translation in der Achse dieser
natürlichen
Führung. Das
Translation/Rotations-Verhältnis
hängt von
dem Winkel (11) ab und kann durch eine variable Ausrichtung
des Bands in Bezug auf seine Führung
angepasst werden.
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Bei
dieser Lösung
gibt es keine störende Reibung
zwischen dem anzutreibenden und/oder zu kontrollierenden Gegenstand
und einer künstlichen Führung nach
dem Stand der Technik, an der er anschlägt und dadurch prinzipiell
in seiner gleichzeitigen Rotations- und Translationsbewegung gestört wird.
Die Gegenstände
werden hier auf gleichmäßige Weise
verschoben und eine Kontrolle kann sogar bei einem hohen Arbeitstakt
erfolgen, ohne Stöße oder Vibrationen.
Daraus resultiert im Falle einer visuellen Kontrolle, dass man Bilder
von sehr guter Qualität
erhält.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verbessert den Antrieb der Gegenstände nicht nur dadurch, dass
die Stöße oder
Vibrationen entfallen, sondern auch durch eine größere Kontaktfläche, die
auch besser auf mehrere homokinetische Zonen (wenigstens zwei Kanten
des Gegenstands anstatt einer einzigen Kontaktlinie) zwischen dem
Gegenstand und den Antriebsflächen
verteilt ist, was die Gleichmäßigkeit
der spiralförmigen
Bewegung selbst bei beschädigten
Gegenständen
begünstigt.
Da die Gegenstände
durch den Abstand zwischen den verstellbaren parallelen Bandführungen
kanalisiert werden, wird dieser so gewählt, dass sie die Gegenstände in Abhängigkeit
von ihrem Durchmesser bestmöglich
angetrieben/geführt
werden. Dieser Abstand wird um so größer gewählt, je größer die Gegenstände sind,
um gleichzeitig sowohl eine bessere Kanalisierung der Gegenstände zu erhalten,
die sich dann tiefer in der natürlichen
V-Führung
befinden, welche die beiden Bandteile bilden, als auch einen besseren
Antrieb durch die beiden Bandteile, die bei einem größeren Abstand
die Gegenstände "besser im Griff haben".
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Schließlich ist
der für
die Unterbringung der Sensoren oder anderer nützlicher Vorrichtungen verfügbare Raum
um die Gegenstände
herum über mehr
als 180° ihrer
Seitenfläche
völlig
frei, da es keine künstliche
Führung
der Gegenstände
mehr gibt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung
dieser erfindungsgemäßen Defiliervorrichtung
gehören
die Bandteile des Paars zu einer selben kontinuierlichen Schleife,
wobei die unteren Bahnen Verlängerungen der
oberen Bahnen sind und zwei Verbindungsbahnen jeweils die unteren
und die oberen Bahnen verbinden. Durch diese Verwendung eines einzigen Bandes
ist die Synchronisation der Verschiebungsgeschwindigkeiten im Bereich
der Bandführungen auf
einfache und zuverlässige
Weise gewährleistet.
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Die
Benutzung einer solchen Vorrichtung zur optischen Kontrolle von
Gegenständen
erfolgt mit Hilfe einer Lichtquelle, welche die Gegenstände wenigstens
längs einer
Mantellinie beleuchtet, wobei ein Bildsensor das Mantellinienfeld
abdeckt, und eventuell eines zum Beispiel optischen Sensors, fähig der Kamera
zu signalisieren, dass ein Gegenstand in ihr Feld eintritt. Dieser
fakultative Sensor befindet sich auf dem Weg der Gegenstände, quer
zur ihrer Verschiebungsrichtung.
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Diese
Anwendung zur optischen Kontrolle profitiert von einem Hauptmerkmal
der Erfindung: dem freien Raum um die Gegenstände herum.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Eine
bevorzugte – aber
nicht die einzige – Realisierung
der Erfindung wird nun mit Hilfe der folgenden Figuren beschrieben:
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die 1 ist
eine allgemeine Draufsicht der Fördervorrichtung,
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die 2 ist
eine Seitenansicht des neuen Teils der Fördervorrichtung,
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und
die 3 zeigt eine optische Detektionseinrichtung
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Detaillierte Darstellung
spezieller Realisierungsarten
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Die
in der 1 dargestellten, zu befördernden Gegenstände können zylindrische
Kembrennstofftabletten 1 sein, die aus einer beliebigen
Zuführungseinrichtung
stammen (zum Beispiel aus einem Rüttelspeiser 2 über eine
Rutsche 3 in eine schräge Rinne 4);
sie erreichen die Fördereinrichtung 5,
der ein optischer Detektor (anderswo dargestellt) zugeordnet ist,
der erfindungsspezifisch ist.
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Die
Fördereinrichtung 5 umfasst
ein Paar paralleler Führungen 6,
und eine Endlosschleife 7, die auf komplexe Weise gespannt
ist. Man kann sie virtuell aufgliedern in ein Paar von Bandteilen 8,
jeweils um Bandführungen 6 herumgeführt und
gespannt, die eine obere Bahn 9 und eine daran anschließende untere
Bahn 10 umfassen, auf und unter den Führungen 6. Die unteren
und oberen Bahnen 10 und 9 liegen nicht genau übereinander,
sondern bilden einen Winkel 11, der für beide Bandteile 8 denselben
Wert hat (bezüglich
der Größe und des
Vorzeichens), wenn man ihn zwischen der oberen Bahn 9 und
der unteren Bahn 10 um eine senkrechte Achse herum misst.
Zudem haben die oberen Bahnen 9 dieselbe Ausrichtung dieselbe
Ausrichtung und die Drehrichtungen der Bänder bzw. Bandteile 8 um
ihre jeweilige Führung 6 herum
sind gleich, wie in der 2 gut zu sehen ist. Die verschiedenen
Bahnen/Bandteile haben genau dieselbe Geschwindigkeit, ohne irgendeine
Synchronisationseinrichtung, da sie bei dieser Realisierung physisch
aus einem selben und einzigen Band bestehen. Die Bandführungen 6 können runde Stäbe oder
gerundete feste Elemente sein, nach Art eines Säbels bzw. Säbelrückens, das heißt flache Körper mit
halbkreisförmig
abgerundeter Kante.
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Aus
all dem resultiert, dass einer Tablette 1, die zwischen
den beiden Bandteilen ankommt, gleichzeitig eine Rotations- und
eine Translationsbewegung aufgezwungen wird, die beide vollkommen gleichmäßig sind,
so dass die beiden oberen Bahnen 9 sie gemeinsam längs der
Führungen 6 verschieben.
Indem sie sich verschiebt, präsentiert
die Tablette 1 also sukzessiv Teile ihrer Seitenfläche einem
Detektor, der sie kontrolliert. Das Verhältnis aus Rotations- und Translationsgeschwindigkeit
lässt sich durch
den Winkel 11 einstellen. Ein Paar Rollen 12 jedes
Bands bzw. Bandteils 8 wird dazu benützt, die obere Bahn 9 und
die untere Bahn 10 zu spannen. Bei dieser Realisierung,
wo die Bandteile 8 zu einer Endlosschleife 7 gehören, genügt ein einziger
Motor 19 zum Antreiben der vier Rollen 12 also der
gesamten Schleife 7, die auch noch zwei Verbindungsbahnen 13 und 14 umfasst,
auch durch die Rollenpaare 12 gespannt werden und die die
oberen Bahnen 9 mit den unteren Bahnen 10 verbinden.
Die Endlosschleife 10 gewährleistet eine vollkommene
Synchronisation der Geschwindigkeiten der Bänder bzw. Bandteile 8.
Die Rollen 12 können
auf Träger
montiert sein, der Position auf einem Rahmen (nicht dargestellt)
verstellt werden kann, um den Wert des Winkels 11 und die
Spannung der Bänder 8 einzustellen.
Ebenso ist der Abstand zwischen den beiden parallelen Bandführungen 6 einstellbar,
so dass die Tabletten in Abhängigkeit
von ihrem Durchmesser bestmöglich
angetrieben/geführt
werden können.
Wenn sie die Schleife 7 überquert haben, fallen die
Tabletten 1 durch eine Aussparung 20 zwischen
den Führungen 6.
Sie werden dann in irgendeiner Entleerungseinrichtung (nicht dargestellt)
gesammelt. Anzumerken ist, dass die Zuführungsvorrichtung, die beliebig
sein kann, sogar direkt durch den oberen Teil 8 des Bands vor
dem zentralen Teil der Fördereinrichtung
gebildet werden kann, vorausgesetzt die Tabletten werden korrekt
auf das Band gelegt.
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Die
effektive Realisierung einer Vorrichtung zur visuellen Kontrolle,
bei der die Lösung
mit einem einzigen Band mit doppeltem Durchlauf gewählt wird, um
den Doppelantrieb von Kembrennstofftabletten von zylindrischer Form
zu realisieren, hat ermöglicht, eine
Kontrolle mit hohem Arbeitstakt zu realisieren, ohne die Notwendigkeit,
die Tabletten speziell manipulieren zu müssen, und mit Bildern von sehr
gute Qualität.
Das angewendete Prinzip hat zu der Einfachheit der Konzeption dieser
Maschine und ihrer Einstellungsverfahren geführt.
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Bei
der bevorzugten Anwendung, wo die Positionierungsvorrichtung zur
visuellen Kontrolle benutzt wird, umfasst die Detektionsvorrichtung
eine Lichtquelle 15, die auf die Tablette 1 gerichtet
ist und eine Mantellinie von dieser beleuchtet. Der Detektor 16 wird
durch eine lineare Anordnung von Helligkeits- bzw. Lichtsensoren 17 gebildet,
die mit einer Kamera 18 verbunden sind. Der Strahl der
Quelle 15 trifft auf die Mantellinie 25 der Tablette 1 und
wird auf den Detektor 16 reflektiert, was ermöglicht,
ein Bild dieser Mantellinie zu erstellen, wobei die Kamera 18 die
Bilder der Mantellinien in dem Maße, wie die Tablette 1 vorbeidefiliert,
kompiliert, um ein Gesamtbild zu liefern. Ein vor dem Weg der Tabletten 1 positionierter Sensor
kann benutzt werden, um das Eintreffen der Tabletten und ihren Eintreten
in das Feld des Detektors 16 und der Kamera 18 zu
detektieren und die Aufnahmen einzuleiten. Diese Bilderfassungsverfahren
sind bekannt und werden daher nicht näher beschrieben.
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Die
Mängel
der Tabletten 1 sind im Allgemeinen Maßfehler oder lokale Oberflächenfehler
wie abgesprungene Stücke,
Risse, offene Hohlräume,
Marken, Kratzer, Einstiche bzw. kleine Löcher oder Einschlüsse von
Fremdkörpern.
Aus ihnen resultiert eine Ungleichmäßigkeit der Oberfläche der
Tablette 1. Das Originallicht der Quelle 15 ist
so ausgerichtet, dass es auf den Detektor 16 reflektiert
wird, wenn es auf eine normale Mantellinie der Tablette 1 trifft. Wenn
dies nicht der Fall ist, ist das reflektierte Licht ungleichmäßig oder
sehr schwach oder es trifft abseits der Sensorenanordnung ein.
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Bezüglich der
Beleuchtung des Gegenstands sind zwei Varianten möglich.
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Nach
einer ersten Variante gemäß 2 kann
das Licht ein auf die obere Mantellinie der Tablette 1 gerichtetes
Streiflicht sein. Unter Normalbedingungen wird es mittels Streuung
auf die Sensoren 17 reflektiert. Wenn die Tablette 1 einen
Hohlraum einen Riss usw. aufweist, wird das Licht an dieser Stelle
nicht reflektiert, und die entsprechenden Sensoren 17 werden
nicht beleuchtet. Diese Methode liefert sehr gute Resultate, erfordert
aber eine leistungsstarke Quelle (oder eine sehr empfindliche Kamera/Objektiv-Einheit),
denn das durch die Tablette reflektierte Streulicht ist ziemlich
schwach. Außerdem muss
der Streiflichtstrahl sehr genau ausgerichtet sein.
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Nach
einer zweiten Variante kann das Licht auf eine beliebige Mantellinie
der Tablette 1 gerichtet und von dort reflektiert werden.
Auf einem gleichmäßigen Teil
der Tablette wird der Lichtstrahl mit maximaler Stärke genau
in der Achse eines gut positionierten Sensors reflektiert. Umgekehrt
wird der Lichtstrahl bei einem Oberflächenfehler nicht mehr in der Achse
dieses Sensors reflektiert, so dass der Oberflächenfehler sehr viel dunkler
in Erscheinung tritt. Der Vorteil dieser Methode besteht darin,
dass die Beleuchtung sehr viel schwächer sein kann. Zudem ist das
System leicht einzustellen, indem man die Position der Kamera so
justiert, dass bei völliger Öffnung des
Objektivs ein quasi-gesättigtes
Bild entsteht.
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Die
Synchronisation der Kamera (16) auf die Tabletten erhält man mit
Hilfe eines optischen Mikrosensors, quer zu ihrer Verschiebungsrichtung
angeordnet, der im Sendung/Empfangsbetrieb arbeitet.
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Dieser
bekannte Sensor ist nicht dargestellt.
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Außer der
visuellen Kontrolle sind viele andere Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit den unterschiedlichsten Sensoren möglich: optischen, magnetischen,
elektrischen oder des Typs Ultraschall, Wirbelstrom, usw.
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Das
System kann außer
zur Kontrolle auch für
alle Verfahren eingesetzt werden, wo keine großen Kräfte auf das zu verarbeitende
Stück ausgeübt werden.
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Noch
allgemeiner ermöglicht
die Vorrichtung, Gegenstände
von beliebiger Form anzutreiben, sobald sie eine Rotationssymmetrie
aufweisen (wie zylindrische, sphärische,
... Gegenstände).