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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur seitlichen Eingrenzung von
flüssigem
Stahl zwischen den Kristallisierungswalzen einer Gießmaschine
für ein
Stahlband gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Vorrichtungen
zum Eingrenzen des geschmolzenen Metalls in Stranggießmaschinen
für Stahlband
sind bereits bekannt.
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Besonders
gut bekannt sind die Lösungen, die
schwingende Verbindungen aufnehmen, die eine Selbstausrichtung der
Schubteile mit den Enden der Gießwalzen ermöglichen.
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Spezifischer
berücksichtigt
das Patent
GB 2,296,883 die
so genannten Schwenkelemente, die mit Rücksicht auf die Wirkungslinie
der durch das flüssige
Bad erzeugten Schubkraft angeordnet sind, so dass die Wirkung dieser
Kraft dazu neigt, die Platten dazu zu bringen, dass sie sich abwärts zum
unteren Teil der Walzen hin drehen.
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Mit
dieser Lösung
wird die erforderliche Ausrichtung der Platten in Bezug auf die
Walzen erreicht, aber in einigen Fällen kann es im Betrieb zu
Schwierigkeiten führen.
Weil die Platten in ihren Ebenen frei drehen können, bieten sie tatsächlich verschiedene Kontaktbereiche
an den Walzenenden und wenn die Platten schon abgenutzt sind, kann
eine Abnutzung der Schultern oberhalb des Kontakts mit den neu dargebotenen
Flächen
auftreten, so dass es zu einem schlecht schließenden Kontakt, Fehlausrichtung
der seitlichen Eingrenzungen und Verlusten geschmolzenen Metalls
aus dem Gießbad
kommt.
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Das
Patent
GB 2,337,016 löst das zuvor
erwähnte
Drehproblem: tatsächlich
kann die Platte aufgrund der Wirkung von Bolzen längs und
seitlich zu den Walzen schwingen, aber die Drehung der Platte in
ihrer eigenen Ebene ist begrenzt. Aber diese Lösung erlaubt keine gleichmäßige Druckverteilung
auf die hitzebeständige
Fläche,
die folglich ungleichmäßiger Abnutzung
ausgesetzt ist. Diese Abnutzung ist in bestimmten Bereichen größer und
daher muss das hitzebeständige
Schubteil häufig
ersetzt werden.
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Die
Druckschrift US-A-5 584 335 offenbart eine Vielzahl von anliegenden
Platten zum Drücken gegen
ein seitliches Schubteil zweier zusammenwirkender Gießwalzen.
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Zur
Vermeidung der zuvor erwähnten Schwierigkeiten
hat der Anmelder die in dieser Erfindung beschriebene Vorrichtung
untersucht, entworfen und entwickelt.
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Die
Vorrichtung zur seitlichen Eingrenzung von flüssigem Stahl zwischen zwei
Kristallisierungswalzen einer Gießmaschine für ein Stahlband sieht ein Verbindungssystem
zwischen der Schubeinheit und den Eingrenzungsplatten des flüssigen Bades gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 vor, das eine ausgezeichnete gleichmäßige Druckverteilung an
den Flächen
dieser Platten im Gleitkontakt mit den Walzen sicherstellt, die
es den Platten unter allen Betriebsbedingungen erlaubt, sich gut
an die seitlichen Flächen
der Walzen anzupassen.
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Schutz
für weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
wird in den abhängigen
Patentansprüchen beansprucht.
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Vorteilhaft
wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Eingrenzen des flüssigen Stahls
innerhalb der Gießwalzen
geschaffen, die es ermöglicht, die
Kontaktbedingungen zwischen den eingrenzenden Platten und den Seitenflächen der
entsprechenden Walzen zu optimieren.
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Vorteilhaft
ist es, dass die maximale Kapazität dieser Platten für die Anpassung
an die Seitenflächen
garantiert ist, indem eine schwingende Verbindung zwischen der Schubeinheit
der Platten und den Platten selbst verwendet wird.
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Insbesondere
sieht diese Erfindung eine gleichmäßige Druckverteilung am hitzebeständigen Schubteil
im gesamten Kontaktbereich mit der entsprechenden Seitenfläche der
Walze vor, so dass die Abnutzung in diesem Bereich gleichförmig ist.
Das Ergebnis ist eine längere
Nutzung dieses Schubteils und eine bessere Verhinderung von Verlusten
geschmolzenen Metalls. Eine längere
Lebensdauer des Schubteils führt
zu klaren Vorteilen bei der Höhe
der Kosten und weniger Stillständen
der Gießmaschine zum
Schubteilwechsel.
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Es
ist vom Stand der Technik bekannt, dass die Gießwalzen durch einen inneren
Wasserkreislauf gekühlt
werden und dass die Zuführzone
für dieses Kühlwasser
außerhalb
des Teils der Walzen liegen muss, der mit dem sich erstarrenden
Band in Berührung
steht, um die Wärmeaustauschtransienten
zu vermeiden und so eine gleichmäßige Erstarrung
entlang der diesen Abschnitt begrenzenden Erzeugungseinrichtungen
zu garantieren. Um die Einführung
der Mittel zu erlauben, die in der Lage sind, das flüssige Stahlbad
bis zu den Grenzen der Bandbildungszone einzugrenzen, ist es notwendig,
den Durchmesser der Endzonen, die nicht mit dem Band in Kontakt
stehen, um wenige Millimeter zu verringern. In jedem Fall ist dieser
Durchmesserunterschied begrenzt, weil die Verteilung des Kühlwassers über den
Umfang so nah wie möglich
an der Außenfläche der
Walzen sein muss. Die seitlichen Eingrenzungsplatten sind daher
in dem Raum aufgenommen, der durch die Anordnung der Gießwalzen
erzeugt ist und liegen an der Schulter oder Stufe an, die sich aus
dem Durchmesserunterschied zwischen dem Walzenabschnitt ergibt,
der in Kontakt und demjenigen, der nicht in Kontakt mit dem flüssigen Stahl steht.
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Die
so genannte Eingrenzungsplatte besteht unter Bezugnahme auf nur
eine Seite der Gießwalzen
aus einem hitzebeständigen
Schubteil und einer Auswahl (mindestens drei) von Stahlplatten,
die mittels Befestigungselementen, wie Schrauben, geschweißten Bolzen
oder anderen, beabstandet und verbunden sind.
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Der
Anmelder hat herausgefunden, dass es zum Erreichen der gewünschten
gleichmäßigen Druckverteilung
möglich
ist, auf die Anordnung dieser Befestigungselemente einzuwirken.
Genauer, eine gestaffelte Anordnung ermöglicht es, dass alle diese
Elemente durch die Schubkraft zusammengepresst werden, und folglich
ist die Kontaktdruckverteilung gleichmäßiger.
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Hinsichtlich
der schwingenden Verbindung zwischen der Schubeinheit und den Platten
hat der Anmelder ein Kugelgelenk mit einer besonderen Fertigungslösung ersonnen,
die es erlaubt, dass die Einsatzstelle der Schubkraft näher an der
Kontaktfläche zwischen
der Platte und der Walzenseite liegt, so dass das Moment aufgrund
der Reibung am hitzebeständigen
Schubteil minimiert wird. Zur Ausführung muss ein Teil der Kugel
direkt mit der angrenzenden metallischen Platte in Kontakt sein,
so dass die dazwischen liegenden Verbindungselemente (Bolzen und
Gabel) vermieden werden, die für
ein herkömmliches
Kugelgelenk typisch sind. Diese Verbindung erlaubt es dem Gießschubteil
längs und
quer zur Gießwalze
zu schwingen, während
die Drehung des Schubteils selbst in seiner eigenen Ebene durch
ein Drehblockiersystem verhindert wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
eines bevorzugten Arbeitsablaufs, die erläuternd und nicht einschränkend ist,
unter Bezugnahme auf die Zeichnung enthalten, wobei:
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1a eine
perspektivische Ansicht der Kristallisierungswalzen ist, die deutlich
die Anordnung der seitlichen Eingrenzungsvorrichtung veranschaulicht,
welche diese Erfindung betrifft;
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1b ein
Querschnitt der Baugruppe in 1a ist;
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2a eine
zweidimensionale Abbildung ist, welche die gestaffelte Anordnung
der Befestigungselemente der Stahlplatten der Vorrichtung veranschaulicht,
welche diese Erfindung betrifft;
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2b eine
zweidimensionale Abbildung ist, welche die Anordnung der Befestigungselemente
der Stahlplatten gemäß den Ausführungsformen
A, B und C veranschaulicht;
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2c zwei
Querschnitte darstellt, welche die Anordnung der Plattenbefestigungselemente
gemäß der ersten
Ausführungsform
hervorhebt;
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2d zwei
Querschnitte darstellt, welche die Anordnung der Plattenbefestigungselemente
gemäß der zweiten
Ausführungsform
hervorhebt;
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3 ein
Längsschnitt
einer seitlichen Eingrenzungsplatte und der Schubeinheit ist;
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4a ein
Querschnitt der ersten Ausführungsform
des Drehblockiersystems ist;
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4b ein
Querschnitt der zweiten Ausführungsform
des Drehblockiersystems ist;
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4c ein
Querschnitt der dritten Ausführungsform
des Drehblockiersystems ist; und
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4d ein
Querschnitt der vierten Ausführungsform
des Drehblockiersystems ist.
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In 1a weist
eine Welle 46 von Kristallisierungswalzen 38, 39 radiale Öffnungen 45 zum
Zuführen
von Kühlwasser
auf, das durch innere nicht dargestellte Durchlässe zu einem Flansch 44 geleitet wird
und an der Peripherie dieser Walzen über besondere, sich im Inneren
parallel zu deren Achsen erstreckende Kanäle am Umfang verteilt wird.
Abschnitte 42, 43 der Walzen 38, 39 sind
nicht in die Bandformung eingebunden, weil sie nicht mit dem flüssigen Stahl
in Kontakt kommen. Schultern 40, 41 kennzeichnen
den Beginn der Zone, die mit dem flüssigen Stahl in Kontakt ist,
und die seitliche Eingrenzung des Stahls innerhalb dieses Bereichs
wird durch eine Platte 47 garantiert. Die Querabmessung
dieser Platte und daher ihre Oberflächenerstreckung wird durch
die zuvor beschriebene Anordnung der Kristallisierungswalzen 38, 39 begrenzt
und hängt
von der Höhe
der Schultern 40, 41 ab.
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1b stellt
Bereiche 48, 49 der Platte 47 dar, die
in gleitendem Kontakt mit den entsprechenden Schultern 40, 41 der
Kristallisierungswalzen 38, 39 stehen, und eine
Stelle 50 mit minimaler Entfernung zwischen den Walzen,
die als „Kissing
Point" bezeichnet
wird.
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Wie
in 2a veranschaulicht ist, besteht die Platte 47 aus
einem Schubteil 4 aus hitzebeständigem Werkstoff und einer
Anzahl „n" von Stahlplatten
P1, P2, ..., Pi, Pi+1, Pi+2, ..., Pn, die
in einer solchen Weise beabstandet sind, dass ein angemessener Raum
zum Kühlen
mit inertem Gas (Argon oder Stickstoff) gelassen wird, oder dass
ein niedriger Wärmeübergang
garantiert wird, wenn dieses Gas nicht verfügbar ist. Die Platte P1 ist mit einer Schubeinheit 37 verbunden,
während
die Platte Pn das hitzebeständige Schubteil 4 trägt. Alle
Platten sind mittels Befestigungselementen 12 untereinander
verbunden, die Schrauben, geschweißte Bolzen oder andere sein
können.
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Der
Druck auf die Kontaktbereiche 48, 49 zwischen
dem Schubteil 4 und den Schultern 40, 41 hängt tatsächlich von
der Anordnung der Befestigungselemente 12 ab. Dieses Konzept
wird in 2b in einer zweidimensionalen
Zeichnung und unter Betrachtung dreier Platten 1, 2, 3 erläutert. Bei der
Lösung
A werden vier Befestigungselemente in „fluchtender" Anordnung oder auf
der gleichen Achse zwischen Platten 1, 2 und Platten 2, 3 verwendet.
Bei dieser Anordnung werden die Befestigungselemente zusammengepresst,
aber begrenzen den Druck auf zwei Spitzen nahe dem hitzebeständigen Schubteil 4.
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Wenn
eine größere Anzahl
von Druckspitzen benötigt
wird, ist es möglich,
die Anzahl der Befestigungselemente auf sechs zu erhöhen (Lösung B), aber
diese Anordnung bedeutet, dass die links angeordneten Elemente nicht
zusammengepresst sondern einem Zug ausgesetzt werden, mit infolgedessen
auf Null gehendem Kontaktdruck zwischen dem hitzebeständigen Schubteil 4 und
den Seiten der Gießwalzen
nahe nicht zusammengepressten Elementen 12.
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Erfindungsgemäß garantiert
eine gestaffelte Verteilung der Befestigungselemente 12,
die als Lösung
C der 2b dargestellt ist, das Zusammenpressen
aller Elemente und gleichzeitig eine bessere Verteilung des Kontaktdrucks,
weil dort tatsächlich vier
Druckspitzen vorhanden sind.
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Wie
für 2a kann
das zuvor angesprochene Konzept verallgemeinert werden, indem sichergestellt
wird, dass jedes Befestigungselement, das die Platte Pi mit
der Platte Pi+1 verbindet, mit mindestens einem
Paar von Befestigungselementen zum Verbinden der Platte Pi+1 mit der Platte Pi+2 versehen
ist, und dass im Hinblick auf irgendeine Seitenansicht dieser Einrichtung
die Achse der Befestigungselemente, welche die Platte Pi mit
der Platte Pi+1 verbinden, eine dazwischen
liegende Stellung in der Entfernung zwischen den Achsen des entsprechenden
Paares von Befestigungselementen einnimmt, welche die Platte Pi+1 mit der Platte Pi+2 verbinden,
wodurch sich Befestigungselemente 12 mit einer grundsätzlich gestaffelten
Anordnung ergeben.
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Die 2c und 2d veranschaulichen eine
erste beziehungsweise zweite Ausführungsform, die von der Höhe der Schultern 40, 41 abhängen.
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Wie
bei 2c oder in dem Fall, wo es genügend Raum gibt, um die Eingrenzungsplatten
aufzunehmen, sind dort vier Befestigungselemente, welche die Platte
P1 mit der Platte P2 verbinden,
und sie sind spiegelbildlich zur vertikalen Symmetrieachse der Platte
P1 angeordnet. Wenn die Anzahl n der Platten
3 ist, dann beträgt
die Anzahl der Befestigungselemente, welche dazwischen die Platte
P2 mit der Platte Pn (mit
n = 3) verbinden, 8.
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Im
Fall der 2d ist die Platte P1 aufgrund des
verringerten Raumes am Boden „schmaler". Daher gehen die
Elemente, welche die Platte P1 mit P2 verbinden, auf 3 herunter und folglich
werden es 6 Elemente, welche die Platte P2 mit
Pn (mit n = 3) verbinden.
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Bei
Bezeichnung der Anzahl der Befestigungselemente, welche die Platte
P1 mit der Platte P2 verbinden,
mit V1,2, beträgt im Allgemeinen die Anzahl
der Befestigungselemente, welche die Platte Pi mit
der Platte Pi+1 verbinden, 2(i–1)·V1,2.
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Gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung erfolgt die schwingende Verbindung zwischen der Platte
P1 und der Schubeinheit 37 mittels
eine Kugelgelenks. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Steuerstange 7 mit
der Platte P1 über eine Klammer bzw. Knagge 6,
einen Verbindungsbolzen 8 und eine Kugel 5 verbunden.
Bei dieser Anordnung wird die durch einen hier nicht dargestellten
Hydraulikkolben zugeführte
Schubkraft über
die Steuerstange 7 korrespondierend mit der Kugel 5 aufgebracht.
Das Kugelgelenk ist nicht vom herkömmlichen Typ, weil es nicht die
typischen dazwischen liegenden Verbindungselemente (Bolzen und Gabel)
aufweist. Der Sitz der Kugel 5 befindet sich tatsächlich in
den entsprechenden Oberflächen
am Verbindungsbolzen 8 und der Platte P1,
weil der Verbindungsbolzen 8 und die Platte P1 mittels
der Befestigungsplatte 10 miteinander verbunden sind.
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Im
Vergleich mit einem herkömmlichen
Kugelgelenk hat diese Fertigungslösung vielerlei Vorteile: die
Gesamtabmessungen können
auf ein Minimum reduziert werden und folglich kann das Schutzsystem
gegen Oxidation des flüssigen
Bades vereinfacht werden. Es erlaubt, die Platte P1 zu
halten, auch wenn das hitzebeständige
Schubteil 4 nicht mit der Seite der Gießwalze in Kontakt steht, es
erleichtert die Schmierung der Kugel 5, was über die
Eintrittsstelle 9 durchgeführt wird, vereinfacht die Wartung und
beschleunigt Dank der Kegelkupplung des Verbindungsbolzens 8 in
der Knagge 6 das Auswechseln.
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Ein
anderer wichtiger Vorteil, der sich von der Verwendung dieses Gelenks
ableitet, besteht darin, dass es die Einsatzstelle der Schubkraft
dichter an die gleitende Oberfläche
zwischen dem hitzebeständigen
Schubteil und der Gießwalze
heranbringt, wodurch das durch die Resultierende der Reibkraft in Bezug
auf die Mitte der Kugel 5 aufgebrachte Moment minimiert
wird.
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Dies
ermöglicht
es, die gerade Wirkungslinie der Kontaktdruckresultierenden zu erhalten,
die der geraden Wirkungslinie der Schubkraft am nächsten liegt.
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Die
Kugel 5 erlaubt maximale Dreh- oder Schwingungsfreiheit
der Platte P1 und daher eine maximale Anpassungsmöglichkeit
des Schubteils 4 an die Seite der Gießwalze. Zur Vermeidung eines
Mitschleppens des hitzebeständigen
Schubteils 4, das durch Reibung mit der Walze während der
Drehung verursacht wird, ist es notwendig, ein Drehblockiersystem
einzuführen,
das in diesem Fall aus einem mit der Steuerstange 7 integralen
Anschlag 11 besteht, der in einen in die Metallplatte P1 eingearbeiteten Sitz 14 passt.
Die Anordnung des Anschlags 11 und des entsprechenden Sitzes
des Drehblockiersystems erlaubt der Platte sich längs um die
Mitte der Kugel 5 zu drehen und sich ferner für jede Stellung,
die von dem Schubteil während
der Längsdrehung
eingenommen wird, um die Achse zu drehen (quer zu den Walzen), die
durch die Mitte der Kugel 5 parallel zur von der Platte
P1 eingenommenen neuen Richtung hindurchgeht.
Die maximal zulässige
Amplitude für
beide bezeichneten Drehungen beträgt ± 2 Grad.
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Aus
Gründen
der Symmetrie ist der Anschlag zweckmäßig auf der Längsachse
angeordnet, die durch die Mitte der Kugel 5 hindurchgeht.
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Andere
Beispiele von Fertigungslösungen für das Drehblockiersystem
sind in den 4a, 4b, 4c, 4d gegeben.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform,
die in 4a dargestellt ist, weist der
Anschlag 11 ein sphärisches
Ende 20 auf, das in die entsprechend geschlitzte Öffnung 21 passt,
die in die Metallplatte P1 eingearbeitet
ist.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
die in 4b dargestellt ist, besteht
der Anschlag 11 aus einer Folie 22, die in eine
entsprechend geformte Nut 23 mit konvexem Profil passt,
die in die Metallplatte P1 eingearbeitet
ist.
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Gemäß der dritten
Ausführungsform,
die in 4c dargestellt ist, besteht
der Anschlag 11 aus einem Bolzen 24, der in die
entsprechende Nut 25 passt, die in die Metallplatte P1 eingearbeitet ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform,
die in 4d dargestellt ist, besteht
der Anschlag 11 aus einer Gabel 26, die einen
Bolzen 27 hält,
welcher in eine speziell geformte Anfomung 28 mit konvexem Profil
passt, die in die Metallplatte P1 eingearbeitet
ist.