EP0330734A2 - Walzwerkzeug - Google Patents
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- EP0330734A2 EP0330734A2 EP88118543A EP88118543A EP0330734A2 EP 0330734 A2 EP0330734 A2 EP 0330734A2 EP 88118543 A EP88118543 A EP 88118543A EP 88118543 A EP88118543 A EP 88118543A EP 0330734 A2 EP0330734 A2 EP 0330734A2
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- European Patent Office
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- springs
- roller
- clamping shaft
- rolling
- spring
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
- B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
Definitions
- the invention relates to a rolling tool with a clamping shank and a roller head which is movable radially against a force generated by springs and having a roller carrier secured against unintentional rotation.
- Rolling tools of the type described above are generally in use in the form of smooth rolling tools and have proven themselves well. You will e.g. used on center lathes for the smooth rolling of turned parts. Depending on requirements, such a tool is manually clamped on the machine support by the operator and, after use, is clamped again due to the significant space requirement. The tools are large, have a relatively large number of individual parts and are expensive to manufacture.
- the roller head is cushioned by disc springs which are arranged between the roller carrier and the clamping shaft on a guide rod, the guide rod carrying the roller carrier.
- the guide rod which is mounted in slide bearings and is held by an anti-rotation device and a plate spring clamping device, penetrates the clamping shaft. This is very complex and includes the risk of movement hindrance or blockage, so that it is no longer the springs that determine the rolling force but the rolling force becomes uncontrollable. Because of the size, it is not possible for such tools to remain in the application machines described while this machine is carrying out another work operation, for example in a turret. For this very reason, the use of such tools on so-called. CNC lathes not possible.
- the invention has for its object to provide a rolling tool of the type described above, which is less constructional, inexpensive to manufacture and can be used on NC or CNC lathes without any problems.
- the risk of movement impairment should be eliminated.
- the springs are designed as at least two rod springs arranged in the direction of movement at a distance and parallel to one another, which connect the clamping shaft and the roller carrier directly or via connecting parts connected or connectable to these parts.
- a tool is characterized by a compact, flat design with few individual parts.
- a clamping shaft is possible that is individually tailored to the circumstances, e.g. can be adapted to a CNC lathe.
- An additional straight guide and a separate protection against twisting is not necessary, since the provided bar springs ensure that the smooth rolling roller only moves parallel to itself.
- the rod spring arrangement described creates a parallelogram which forces the movement mentioned. The fact that the movement of the roller in the direction of the acting rolling force is made possible via the bar spring parallelogram avoids any movement impediment such as is known from the tools of the prior art.
- the roller carrier and at least one bar spring are formed in one piece.
- the clamping shaft and at least one bar spring are formed in one piece.
- This at least partially one-piece design can result in manufacturing advantages and there is also a very secure hold of the bar springs. Nevertheless, the assembly of the individual parts remains easy and it is easy to replace component groups with a rod spring integrally molded thereon to adapt the spring stiffness in the desired manner. Through the one-piece training also reduces the number of items.
- the connecting parts connected or connectable to the roller carrier and / or the clamping shaft and the associated rod springs are formed in one piece.
- the bar springs it is also possible to give the bar springs a very firm hold due to the one-piece design and, on the other hand, to replace a whole "spring assembly” or “spring parallelogram” with another one with a different size or spring stiffness, regardless of the roller carrier and clamping shaft.
- the bar springs are designed as leaf springs. On the one hand, this greatly complies with the one-piece design with regard to the manufacturing possibilities, and leaf springs are also easy to fasten as individual elements on the one hand and, on the other hand, their dimensions are easy to calculate with regard to the desired spring constant.
- the leaf springs can then have a rectangular cross section. The arrangement is preferably such that the longer leg of the rectangular cross section is perpendicular to the direction of movement or the direction of the rolling force. The stability of the tool can be influenced by varying the length of this leg of the rectangular cross section.
- the rod springs are detachably attached to the roller carrier or the clamping shaft or the connecting parts at least at one free end. As a result, both the manufacture and the assembly of the tool can be influenced favorably. It is then advantageous if the components to be connected to the ends of the leaf springs each have a suitable receiving groove for the leaf springs into which the ends of the leaf springs are inserted. As a result, the fasteners for the ends of the leaf springs, such as screws, can be relieved of shear forces and are therefore only subjected to tensile loads according to the component.
- At least one bar spring should be detachably and interchangeably attached independently of the other bar springs.
- this bar spring the spring stiffness of the entire package can then be influenced if necessary. It is then not necessary to change all the springs when changing the spring stiffness of the overall device, but it is sufficient to change a single bar spring. This is easily possible because the cross-sectional dimensions of the rod springs used do not have to be the same for all springs.
- the clamping shaft has cover plates covering the bar springs. These cover plates can on the one hand prevent pieces from being inserted into the gaps between the bar springs, which prevent their mobility and thus render the tool inoperative, and on the other hand these cover plates can also function as support devices for support in a direction perpendicular to the direction of the rolling force.
- At least one strain gauge which reacts to the deformation is provided in the region of components deforming under the action of the rolling force and is connected to a device for registering the rolling force at least. This makes it possible to control the rolling force and, if necessary, to influence it.
- At least one strain gauge is arranged on a bar spring.
- the rod springs are the elements that deform most clearly. Attaching a strain gauge to at least one bar spring can therefore be particularly favorable.
- the device for registering the rolling force can in turn be connected to other devices for controlling the rolling force or for influencing the rolling force in some other way.
- a scanning device which scans the deflection movement occurring under the rolling force F.
- the deflection movement is a measure of the magnitude of the rolling force.
- the size of the deflection movement can thus be detected by means of the feeler device.
- the pushbutton device be connected to an electrical or an electronic displacement sensor, which in turn is connected to a control device or a display device. It is hereby possible to set or control the rolling force by means of a corresponding change in location of the tool via the control device or to obtain a display of the instantaneous magnitude of the rolling force via the display device.
- the probe device be connected to a dial gauge.
- the scale of the dial gauge can be calibrated, for example, as a travel scale or as a force scale.
- the bar springs are designed as thin leaf springs and are stacked on top of one another to form a spring assembly. This makes it very easy to add or remove the spring constant of the bar springs by adding or removing individual thin leaf springs.
- an advantageous construction is achieved if spacers are used between the leaf springs at their ends, with which the individual leaf springs are kept at a distance from one another. It is hereby achieved that when the leaf spring assembly stacked in this way bends, no friction occurs between the individual leaf springs, which changes the spring characteristic in an uncontrolled manner.
- the leaf springs can be fitted in the area of their free length. In this way, a desired degree of linearity of the spring characteristic can be achieved.
- each bar spring consists of at least two independent bar springs arranged side by side.
- the width of the bar springs in the direction perpendicular to the rolling force occurring determines the rigidity of the entire device in this direction. Since the entire facility but in this In order to be as stiff as possible, it is inherently necessary to provide appropriately wide leaf springs. This can be prevented by arranging independent rod springs arranged next to one another, each of which does not have to have the full width by itself, so that the dimensions of the individual springs can be kept small in this direction in the desired manner, but nevertheless in this direction very high rigidity occurs.
- an embodiment may also be preferred in which the clamping shank itself or in its arrangement on a swivel lever is arranged so as to be pivotable about an axis running in the direction of the spring movement of the roller carrier, the axis of rotation of the roller being in a plane which is tangential to a circle concentric to the axis.
- a pivoting lever carrying the roller is arranged to pivot about an axis running in the direction of the spring movement of the roller carrier, an axis-associated pivot pin being mounted in the roller carrier and the axis of rotation of the roller lying in a plane that is tangential to a circle concentric to the axis.
- Figures 1, 2 and 3 show a rolling tool, for example for smooth rolling bores.
- This rolling tool can be clamped with the clamping shank 1 in a tool carrier (not shown) of a lathe, for example an NC lathe, as well as in a turret head (not shown) of a tip lathe.
- a rolling roller 2 which is held in a form-fitting manner by a roller cage 3, is pressed with a rolling force F against the surface to be smoothed of a workpiece, not shown.
- the rolling force F is from the roller head 14, which consists essentially of the roller 2, the roller carrier 4 and, depending on the type of tool, a support roller 15 and a roller cage 3, which is connected to the clamping shaft 1 by means of rod springs 5.5 'designed as rectangular leaf springs , added.
- the spring 10 expresses itself through the parallelogram-like arrangement of the springs 5,5 ', which, however, are to be considered in the static sense as supports firmly clamped on both sides on the roller 2 as a parallel displacement 9.
- the defined position of the roller 2 relative to the workpiece is therefore not changed. Due to the spring-loaded parallel deflection 10 of the rolling roller 2 under the rolling force F, the rolling tool is able to bridge the entire range of the dimensional tolerance of a workpiece and still deliver a perfect work result.
- the detachable fastening 6 of the bar springs 5.5 ' permits problem-free replacement of the bar springs 5.5' when they are replaced and in the event that springs with other spring characteristics are to be used.
- grooves 19 can be provided for receiving the spring ends, which are adapted to the dimensions of the spring ends.
- FIG. 4 shows a rolling tool, for example for the smooth rolling of cylindrical workpiece outer surfaces. With appropriate clamping, this tool is also suitable for smooth rolling flat surfaces.
- Clamping shaft 1, roller carrier 4 and rod springs 5.5 ' are a one-piece component.
- the connections of the rod springs having a rectangular cross section 5.5 'with the clamping shaft 1 and the roller carrier 4 are therefore particularly strong in this tool design.
- Under the action of a defined rolling force F which is achieved by a defined infeed of the tool against the workpiece (not shown), the rolling roller 2 gives way under parallel displacement 9 with rebound 10 of the bar springs 5.5 '.
- the clamping shank of the rolling tool in FIG. 4 can be designed in almost any way.
- Figures 6 and 7 show a rolling tool, which is similar in construction to the rolling tool according to Figures 4 and 5, but which has detachable rod springs 5.5 '.
- These bar springs are releasably attached to connecting parts 17 and 18, which in turn are connected or connectable to the roller carrier 4 '(connecting part 17) or the clamping shaft 1' (connecting part 18).
- the rod springs 5,5 ' can be formed individually or together in one piece with the connecting elements 17 and 18. They can also have different cross-sectional dimensions in this and in any other exemplary embodiment.
- the structure described also allows a complete replacement of the spring unit, consisting of the connecting parts 17 and 18, and the rod springs 5 and 5 '.
- FIG. 8 and 9 show a rolling tool in which the rod springs 5,5 'and the roller carrier 4, the latter at least partially, are supported and covered by cover plates 13, which form a unit with the clamping shaft 1.
- this rolling tool forms a similarly rigid unit to the rolling tool according to FIG. 6 and also offers the possibility of exchanging the springs 5, 5 '.
- cover plates 13, which can be formed in one piece with the clamping shank 1 it is also possible to use further fastening options, such as the bar 16, which is arranged transversely on a cover plate 13 to create.
- FIG. 10 shows a variant of FIG. 4 which is equipped with more than two bar springs. At least one of the bar springs 5,5 ', 5 ⁇ has a strain gauge 20, which is connected via lines 22 and 23 to a device 21 for detecting the signals of the strain gauge 20.
- the device 21 can-eg via lines 24- with a Control device (not shown) for limitation or other influence of the rolling force F connected.
- the strain gauge 20 can of course be used in all embodiments of the subject of the innovation. It is also possible to arrange the bar springs in a position perpendicular to the plane of the embodiment.
- FIGS. 11 and 12 show a device similar to the device according to FIGS. 4 and 5.
- the rod springs 5.5 ' do not have a rectangular cross section here but a round cross section. They are designed as round rods, the ends of which are pressed into corresponding holes in the roller carrier 4 and the clamping shaft 1.
- a tool according to Figure 11 is provided with a stop, which prevents an impermissibly large deflection of the rod springs 5.5 '.
- the roller carrier 4 has a simple recess 38 into which a stop piece 39 which is fastened to the clamping shaft or integrally formed therewith protrudes.
- FIGS. 13 and 14 show an exemplary embodiment very similar to that according to FIGS. 6 and 7.
- the rod springs 5, 5 ' are formed in one piece as leaf springs
- these leaf springs 5 and 5' used in pairs in a side-by-side arrangement with a gap 43 in between.
- the stability in the direction of arrow 44 can thereby be increased significantly without the width of the leaf springs 5 and 5 'being increased. It is only required for Increasing the stability in the direction of arrow 44 to enlarge the gap 43 between the respective leaf springs. This arrangement can also achieve a flatter characteristic curve of the springs used in each case.
- FIGS. 15 and 16 show an arrangement corresponding to the exemplary embodiment according to FIGS. 13 and 14.
- the rod springs 5, 5 ' are made from a layering of thin leaf springs 27.
- the spring behavior can easily be influenced by simply removing or adding such thin leaf springs 27.
- the thin leaf springs 27 are separated from one another at their respective fastening ends by spacers 29 interposed therebetween, so that there is the corresponding distance 30 between them.
- a feeler device 26 which is held in a carrier 45, which in turn is always at rest, for example, relative to the clamping shaft 1.
- This sensing device 26 can be connected, for example, to a linear displacement sensor or, as in the exemplary embodiment according to FIG. 15, to a dial gauge 25, on which the movement quantity in the direction of the arrow of the rolling force F can be read off either as a path indication or as a force indication.
- the scale of the dial gauge 25 must be calibrated according to the spring characteristic of the bar springs 5.5 '. In this way, it is very easy to make a statement about the magnitude of the rolling force F.
- the structure of the device according to FIGS. 17 and 18 corresponds to the device according to FIGS. 15 and 16.
- the thin leaf springs 28 are the same as the thin leaf springs 27 according to the exemplary embodiment in FIG. 15 and 16 correspond, waisted in their free bending range, whereby a certain and desired course of the associated spring characteristic is achieved.
- the entire device for example according to FIG. 4 or FIG. 6 or FIG. 13 or FIG. 17, but also further exemplary embodiments, can be arranged well on a swivel lever 32 with the clamping shaft 1.
- the clamping shaft 1 can also be formed in one piece with the pivot lever 32.
- the pivoting lever 32 is arranged to be pivotable about an axis 33 and is fastened on a pivot pin 35 for this purpose.
- the pivot pin 35 can pivot together with the pivot lever 32, or else the pivot pin 35 can be designed to be stationary, so that the pivot lever 32 can pivot around the pivot pin 35.
- the pivot lever 32 can be supported by a pressure plate 36 so that the pivot lever 32 can pivot on the pressure plate 36 in the direction of arrow 37.
- the axis of rotation 34 of the roller 2 lies in a plane that tangent to a concentric circle to the axis 33.
- the position recognizable in FIG. 18 can be fixed as a rest position, for example by stops not shown. If the roller 2 is pressed against the outer surface of a workpiece, not shown, and the entire device is moved in the direction of the arrow 31 (FIG. 17), for example by the feed movement of a carriage on which the clamping shaft 1 ⁇ is fastened, the roller 2 remains somewhat back and thereby executes a pivoting movement about the axis 33 and thereby stands at an angle to the workpiece rotation axis.
- the roller 2 With the correct direction of rotation of the workpiece, the roller 2 thereby rolls on a thread-like path around the workpiece and thereby executes a forward movement in the direction of arrow 31 which is just as large as the feed movement of the carriage carrying the entire tool. If this feed movement increases or decreases, this automatically sets a different pivot angle of the roller 2 with a correspondingly reduced or increased feed speed. The slide carrying the entire tool and moving forward is thereby almost completely relieved of feed forces.
- Figures 19 and 20 show an embodiment corresponding to Figures 17 and 18, but in which the waisted leaf springs are not used as spring assemblies but as one-piece thick leaf springs 5.5 '. The rest of the structure can be unchanged and therefore as already described.
- FIGS. 21 and 22 show an embodiment which is very close in structure to the device according to FIGS. 17 and 18.
- the entire device is no longer pivoted, but instead a pivot pin 35 is pivotally mounted in the roller carrier 4 Roll about the axis 33, which in turn carries the pivot lever 46 on which the roller 2, if necessary with corresponding support rollers, arranged and thus pivoted accordingly.
- the remaining structure can correspond to that of FIGS. 15 and 16, for example. If this device (Fig.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Walzwerkzeug mit einem Einspannschaft und einem radial gegen eine durch Federn erzeugte Kraft beweglichen Rollenkopf mit einem gegen ungewollte Verdrehung gesicherten Rollenträger.
- Walzwerkzeuge der vorbeschriebenen Art sind im wesentlichen in der Form von Glattwalzwerkzeugen allgemein im Einsatz und haben sich gut bewährt. Sie werden z.B. auf Spitzendrehmaschinen für das Glattwalzen von Drehteilen eingesetzt. Je nach Bedarf wird ein solches Werkzeug vom Bediener manuell auf dem Maschinensupport eingespannt und nach Gebrauch wegen des bedeutenden Platzbedarfes wieder abgespannt. Die Werkzeuge sind groß, weisen eine relativ große Anzahl von Einzelteilen auf und sind teuer in der Herstellung.
- Die Abfederung des Rollenkopfes erfolgt bei diesen Werkzeugen über Tellerfedern, die zwischen Rollenträger und Einspannschaft auf einer Führungstange angeordnet sind, wobei die Führungsstange den Rollenträger trägt. Um eine ausreichende Führung des Rollenkopfes im Einspannschaft zu erreichen, durchdringt die in Gleitlagern gelagerte Führungsstange, die über eine Verdrehsicherung und Tellerfederspanneinrichtung gehalten wird, den Einspannschaft. Dies ist sehr bauaufwendig und beeinhaltet die Gefahr der Bewegungsbehinderung oder gar -blockade, so daß nicht mehr die Federn die Walzkraft bestimmen sondern die Walzkraft unkontrollierbar wird.
Ein Verbleib solcher Werkzeuge in den beschriebenen Anwendungsmaschienen in der Zeit, in der diese Maschine eine andere Arbeitsoperation durchführt, beispielsweise in einem Revolverkopf, ist wegen der Baugröße nicht möglich. Aus eben diesem Grunde ist auch der Einsatz solcher Werkzeuge auf sogen. CNC-Drehmaschinen nicht möglich. - Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches weniger bauaufwendig ist, kostengünstig hergestellt und problemlos auf NC oder CNC-Drehmaschinen eingesetzt werden kann. Außerdem soll die Gefahr der Bewegungsbehinderung beseitigt sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federn als mindestens zwei in Bewegungsrichtung im Abstand und parallel zueinander angeordnete Stabfedern ausgebildet sind, die den Einspannschaft und den Rollenträger direkt oder über mit diesen Teilen verbundene oder verbindbare Verbindungsteile miteinander verbinden. Ein derartig ausgestaltetes Werkzeug zeichnet sich durch kompakte, flache Bauweise mit wenigen Einzelteilen aus. Durch die Trennung des Einspannschaftes von Rollenträger bzw. Rollenkopf wird ein Einspannschaft möglich, der individuell an die Gegebenheiten z.B. einer CNC-Drehmaschine angepaßt werden kann. Eine zusätzliche Geradführung und eine separate Sicherung gegen Verdrehen ist nicht notwendig, da die vorgesehenen Stabfedern dafür sorgen, daß die Glattwalzrolle sich ausschließlich parallel zu sich selbst bewegt. Durch die beschriebene Stabfederanordnung entsteht ein Parallelogramm, das die genannte Bewegung erzwingt. Dadurch, daß die Bewegung der Rolle in Richtung der wirkenden Walzkraft über das Stabfederparallelogramm ermöglicht wird, ist jede Bewegungsbehinderung derart, wie sie aus den Werkzeugen des Standes der Technik bekannt ist, vermieden.
- Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Rollenträger und mindestens eine Stabfeder einstückig ausgebildet ist. Es ist aber auch nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Einspannschaft und mindestens eine Stabfeder einstückig ausgebildet ist. Durch diese mindestens teilweise einstückige Ausbildung können Fertigungsvorteile gegeben sein und es entsteht außerdem ein sehr sicherer Halt der Stabfedern. Dennoch bleibt die Montage der Einzelteile leicht und es können leicht Bauteilgruppen mit einer daran einstückig angeformten Stabfeder ausgetauscht werden zur Anpassung der Federsteifigkeit in gewünschter Weise. Durch die einstückige Ausbildung verringert sich außerdem die Anzahl der Einzelteile.
Insbesondere den zuletzt aufgeführten Gesichtspunkt berücksichtigend ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die mit dem Rollenträger und/oder dem Einspannschaft verbundenen oder verbindbaren Verbindungsteile und die zugeordneten Stabfedern einstückig ausgebildet sind. Hierdurch gelingt es zusätzlich je nach Wahl der angesprochenen Varianten den Stabfedern durch die einstückige Ausbildung einen sehr festen Halt zu verleihen und andererseits unabhängig von Rollenträger und Einspannschaft ein ganzes "Federpaket" oder "Federparallelogramm" gegen ein anderes mit veränderter Baugröße oder veränderter Federsteifigkeit auszutauschen. - Es kann günstig sein, wenn die Stabfedern als Blattfedern ausgebildet sind. Dies kommt einerseits der einstückigen Ausbildung hinsichtlich der Fertigungsmöglichkeiten sehr entgegen und es sind Blattfedern ebenfalls als Einzelelemente einerseits leicht zu befestigen und andererseits hinsichtlich der gewünschten Federkonstante in ihren Abmessungen leicht zu berechnen. Hierbei können dann die Blattfedern einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so, daß senkrecht zur Bewegungsrichtung oder Walzkraftrichtung der längere Schenkel des rechteckigen Querschnitts liegt. Mit der Variation der Länge dieses Schenkels des rechteckigen Querschnitts kann die Stabilität des Werkzeuges beeinflußt werden.
- Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn die Stabfedern mindestens an einem freien Ende lösbar an dem Rollenträger bzw. dem Einspannschaft bzw. den Verbindungsteilen befestigt sind. Hierdurch kann sowohl die Fertigung als auch die Montage des Werkzeuges günstig beeinflußt werden. Hierbei ist es dann günstig, wenn die mit den Enden der Blattfedern zu verbindenden Bauteile je eine passende Aufnahmenut für die Blattfedern aufweisen, in die die Enden der Blattfedern eingelegt sind. Hierdurch können die Befestigungsmittel für die Enden der Blattfedern, wie z.B. Schrauben, von Scherkräften entlastet werden und werden damit bauteilgerecht nur noch auf Zug belastet.
- Zur Erleichterung einer Anpassung sollte mindestens eine Stabfeder unabhängig von den anderen Stabfedern lösbar und austauschbar befestigt ist. Mit dieser Stabfeder kann dann bei Bedarf die Federsteifigkeit des Gesamtpaketes beeinflußt werden. Es ist dann nicht erforderlich bei einem Wechsel der Federsteifigkeit der Gesamteinrichtung alle Federn zu wechseln, sondern es genügt der Wechsel einer einzigen Stabfeder. Dies ist deswegen problemlos möglich, weil die Querschnittsabmessungen der verwendeten Stabfedern nicht bei allen Federn gleich sein müssen.
- Es ist weiterhin nach der Erfindung vorgesehen, daß der Einspannschaft die Stabfedern überdeckende Abdeckplatten aufweist. Diese Abdeckplatten können einerseits verhindern, daß in die Lücken zwischen die Stabfedern Stücke eingesetzt werden, die deren Beweglichkeit verhindern und damit das Werkzeug funktionsunfähig machen, und es können diese Abdeckplatten andererseits aber auch als Abstützeinrichtungen funktionieren zur Abstützung in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Walzkraft.
- Ausgestaltend ist dann nach der Erfindung vorgeschlagen, daß im Bereich von sich unter Einwirkung der Walzkraft verformender Bauteile mindestens ein auf die Verformung reagierender Dehnmeßstreifen vorgesehen ist, der mit einer Einrichtung mindestens zur Registrierung der Walzkraft verbunden ist. Hierdurch wird die Walzkraft kontrollierbar und bei Bedarf auch beeinflußbar.
- Auch ist ergänzend nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß mindestens ein Dehnmeßstreifen an einer Stabfeder angeordnet ist. Die Stabfedern sind die Elemente, die sich am deutlichsten verformen. Die Anbringung eines Dehnmeßstreifens an mindestens einer Stabfeder kann daher besonders günstig sein. Die Einrichtung zur Registrierung der Walzkraft kann ihrerseits wieder mit weiteren Einrichtungen zur Steuerung der Walzkraft oder zur Beeinflussung der Walzkraft in sonstiger Weise verbunden sein.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine die unter der Walzkraft F auftretende Auslenkbewegung abtastende Tasteinrichtung vorgesehen ist. Die Auslenkbewegung ist ein Maß für die Größe der Walzkraft. Mittels der Tasteinrichtung kann so die Größe der Auslenkbewegung erfaßt werden. Dazu ist dann ergänzend vorgeschlagen, daß die Tasteinrichtung mit einem elektrischen oder einem elektronischen Weggeber verbunden ist, der seinerseits mit einer Steuereinrichtung oder einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Es ist hierdurch möglich, über die Steuereinrichtung die Walzkraft durch entsprechende Ortsveränderung des Werkzeuges einzustellen bzw. zu steuern oder über die Anzeigeeinrichtung eine Anzeige über die augenblickliche Größe der Walzkraft zu erreichen. Hierzu ist dann weiter ergänzend vorgeschlagen, daß die Tasteinrichtung mit einer Meßuhr verbunden ist. Die Skala der Meßuhr kann hierbei beispielsweise als Wegskala oder als Kraftskala geeicht sein.
- Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß die Stabfedern als dünne Blattfedern ausgebildet und zu einem Federpaket übereinandergeschichtet sind. Hierdurch ist es durch Hinzufügen oder Wegnehmen einzelner dünner Blattfedern sehr leicht möglich die Federkonstante der Stabfedern beliebig zu variieren. Hierbei wird ein vorteilhafter Aufbau dann erreicht, wenn zwischen den Blattfedern an deren Enden Distanzstücke eingesetzt sind, mit denen die einzelnen Blattfedern auf Abstand zueinander gehalten werden. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Durchbiegung des solcherart geschichteten Blattfederpaketes zwischen den einzelnen Blattfedern keinerlei Reibung auftritt, die die Federkennlinie unkontrolliert verändert. Zusätzlich können die Blattfedern im Bereich ihrer freien Länge tailliert sein. Hierdurch kann ein gewünschter Grad an Linearität der Federkennlinie erreicht werden.
- Es ist zu empfehlen solche Stabfedern anzuwenden, bei denen jede Stabfeder aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten unabhänigen Stabfedern besteht. Die Breite der Stabfedern in Richtung senkrecht zur auftretenden Walzkraft bestimmt in dieser Richtung die Steifigkeit der gesamten Einrichtung. Da die gesamte Einrichtung aber in dieser Richtung möglichst steif sein soll, ist es an sich erforderlich, entsprechend breite Blattfedern vorzusehen. Dies kann dadurch verhindert werden, daß nebeneinander angeordnete unabhängige Stabfedern, die jeweils für sich allein nicht die volle Breite haben müssen, angeordnet sind, so daß die Abmessungen der einzelnen Federn in dieser Richtung in gewünschter Weise klein gehalten werden kann, in dieser Richtung aber dennoch eine sehr hohe Steifigkeit auftritt.
- Es kann bei solchen Werkzeugen aber auch eine Ausgestaltung bevorzugt werden, bei der der Einspannschaft selbst oder in seiner Anordnung auf einem Schwenkhebel um eine in Richtung der Federbewegung des Rollenträgers verlaufende Achse schwenkbar angeordnet ist, wobei die Rotationsachse der Walzrolle in einer Ebene liegt, die tangential zu einem zur Achse konzentrischen Kreis verläuft. Hierdurch wird es der Walzrolle ermöglicht, bei einer Vorschubbewegung zu schwenken, so daß sie bei entsprechender Drehrichtung des Werkstückes auf der Oberfläche des Werkstückes in Richtung einer Gewinderille abrollt. Hierdurch tritt eine selbsttätige Vorschubbewegung dieser Walzrolle ein, wodurch eine entsprechende Vorschubkraft an dem die Vorschubbewegung erzeugenden Element, beispielsweise dem Schlitten einer Drehmaschine, fast vollständig vermieden werden kann.
- Eine andere Gestaltungsmöglichkeit besteht noch darin, daß ein die Walzrolle tragender Schwenkhebel um eine in Richtung der Federbewegung des Rollenträgers verlaufende Achse schwenkbar angeordnet ist, wobei ein der Achse zugeordneter Schwenkzapfen im Rollenträger gelagert ist und wobei die Rotationsachse der Walzrolle in einer Ebene liegt, die tangential zu einem zur Achse konzentrischen Kreis verläuft. Es können bei vereinfachter Bauweise die gleichen Vorteile wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform erreicht werden.
- Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert werden.
- Es zeigen:
- Figur 1 Walzwerkzeug für Bohrungen
- Figur 2 Ansicht in Richtung des Pfeils A nach Figur 1
- Figur 3 Schnitt entlang der Linie I-I nach Figur 1
- Figur 4 Walzwerkzeug für Außenflächen in Draufsicht
- Figur 5 Schnitt entlang der Linie II-II nach Figur 4
- Figur 6 Walzwerkzeug wie Figur 4, jedoch in nicht einstückiger Ausführung
- Figur 7 Schnitt entlang der Linie III-III nach Figur 6
- Figur 8 Walzwerkzeug in der Darstellung ähnlich Figur 6, jedoch mit Abdeckung
- Figur 9 Schnitt entlang der Linie IV-IV nach Figur 8
- Figur 10 Walzwerkzeug für Außenflächen in Draufsicht mit mehr als zwei Stabfedern und Dehnmeßstreifen
- Figur 11 Walzwerkzeug für Außenflächen in Draufsicht
- Figur 12 Schnitt entlang der Linie V-V nach Fig. 11
- Figur 13 Walzwerkzeug in Draufsicht
- Figur 14 Ansicht in Richtung des Pfeils B nach Fig. 13
- Figur 15 Walzwerkzeug in Draufsicht
- Figur 16 Ansicht in Richtung des Pfeils C nach Fig. 15
- Figur 17 Walzwerkzeug in Draufsicht in schwenkbarer Anordnung
- Figur 18 Ansicht in Richtung des Pfeils D nach Fig. 17
- Figur 19 Walzwerkzeug in Draufsicht
- Figur 20 Ansicht in Richtung des Pfeils E nach Fig. 19
- Figur 21 Walzwerkzeug ähnlich Figur 17
- Figur 22 Ansicht in Richtung des Pfeils F nach Figur 21
- Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen ein Walzwerkzeug z.B. für das Glattwalzen von Bohrungen. Dieses Walzwerkzeug ist mit dem Einspannschaft 1 einspannbar in einen nicht dargestellten Werkzeugträger einer Drehmaschine, z.B. einer NC-Drehmaschine, wie auch in einen nicht dargestellten Revolverkopf einer Spitzendrehmaschine. Eine Walzrolle 2, die durch einen Rollenkäfig 3 formschlüssig gehalten wird, wird mit einer Walzkraft F gegen die zu glättende Fläche eines nicht dargestellten Werkstückes gepreßt. Die Walzkraft F wird vom Rollenkopf 14, der im wesentlichen aus der Walzrolle 2, dem Rollenträger 4 und je nach Werkzeugtyp aus einer Stützrolle 15 und einem Rollenkäfig 3 besteht, der über als rechteckige Blattfedern ausgebildete Stabfedern 5,5′ mit dem Einspannschaft 1 verbunden ist, aufgenommen. Auf diese Art und Weise wird bei definierter Zustellung des Walzwerkzeuges mit der Walzrolle 2 gegen die Oberfläche des Werkstückes eine definierte Walzkraft F erreicht. Durch die parallelogrammartige Anordnung der Federn 5,5′, die jedoch im statischen Sinne als beidseitig fest eingespannte Träger zu betrachten sind, äußert sich die Ausfederung 10 an der Walzrolle 2 als Parallelverschiebung 9. Die definierte Lageeinstellung der Walzrolle 2 zum Werkstück wird somit nicht verändert. Durch die abgefederte Parallelauslenkung 10 der Walzrolle 2 unter der Walzkraft F ist das Walzwerkzeug in der Lage, die gesamte Bandbreite der Maßtoleranz eines Werkstückes zu überbrücken und dennoch ein einwandfreies Arbeitsergebnis zu liefern.
- Die lösbare Befestigung 6 der Stabfedern 5,5′ (siehe Figur 2) gestattet ein problemloses Austauschen der Stabfedern 5,5′ bei Ersatz und für den Fall, daß Federn mit anderen Federkennlinien eingesetzt werden sollen. In den Bereichen der Bauteile, die mit den Federn 5,5′ verbunden werden sollen, können Nuten 19 zur Aufnahme der Federenden vorgesehen sein, die den Abmessungen der Federenden angepaßt sind. Durch die Unterbringung der Federenden 7 in den Nuten 19 (siehe Figur 3) wird eine gute Stabilität der Befestigung 6 auch senkrecht zur Walzkraft F erreicht. Die Stabilitat in dieser Richtung wird natürlich auch von der Querschnittsabmessung der Federn in dieser Richtung beeinflußt. Insbesondere bei größeren Werkzeugen kann es günstig sein und ist es von der Baugröße her möglich, an jeder Seite zwei parallel zueinander angeordnete Federn untereinander und ggfls. mit Abstand zueinander vorzusehen. Hierdurch wird senkrecht zur Walzkraft F eine noch höhere Stabilität erreicht.
- Figur 4 zeigt ein Walzwerkzeug z.B. für das Glattwalzen von zylindrischen Werkstückaußenflächen. Dieses Werkzeug ist bei entsprechender Einspannung auch geeignet für das Glattwalzen von Planflächen. Einspannschaft 1, Rollenträger 4 und Stabfedern 5,5′ sind ein aus einem Stück hergestelltes Bauteil. Die Verbindungen der einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Stabfedern 5,5′ mit dem Einspannschaft 1 und dem Rollenträger 4 sind daher bei dieser Werkzeugausführung besonders fest. Unter Einwirkung einer definierten Walzkraft F, die durch definierte Zustellung des Werkzeuges gegen das (nicht dargestellte) Werkstück erreicht wird, weicht die Walzrolle 2 unter Parallelverschiebung 9 bei Ausfederung 10 der Stabfedern 5,5′ zurück. Der Einspannschaft des Walzwerkzeuges in Figur 4, kann nahezu beliebig gestaltet werden.
- In Figur 5 ist in der Schnittdarstellung eine Variation gestrichelt dargestellt. Es ist -wie dargestellt- z.B. möglich, den Einspannschaft 1 mit Gewindebohrungen 11, die zur Befestigung in der Maschine dienen können, zu versehen oder den Einspannschaft 1 -wie gestrichelt dargestellt- abzuwinkeln.
- Die Figuren 6 und 7 zeigen ein Walzwerkzeug, welches im Aufbau ähnlich ist dem Walzwerkzeug nach Figur 4 bzw. 5, das jedoch lösbare Stabfedern 5,5′ aufweist. Diese Stabfedern sind lösbar an Verbindungsteilen 17 und 18 befestigt, die ihrerseits mit dem Rollenträger 4′ (Verbindungsteil 17) bzw. dem Einspannschaft 1′ (Verbindungsteil 18) verbunden oder verbindbar sind. Die Stabfedern 5,5′ können jedoch -einzeln oder gemeinsam- einstückig mit den Verbindungselementen 17 und 18 ausgebildet sein. Sie können außerdem in diesem wie auch in jedem anderen Ausführungsbeispiel je unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweisen. Der beschriebene Aufbau ermöglicht auch einen kompletten Austausch der Federeinheit, bestehend aus den Verbindungsteilen 17 und 18, sowie den Stabfedern 5 und 5′.
- Die Figuren 8 und 9 zeigen ein Walzwerkzeug, bei dem die Stabfedern 5,5′ und der Rollenträger 4, letzterer mindestens teilweise, von Abdeckplatten 13, welche mit dem Einspannschaft 1 eine Einheit bilden, abgestützt und abgedeckt sind. Dieses Walzwerkzeug bildet durch die beschriebene Abstützung eine ähnlich starre Einheit wie das Walzwerkzeug nach Figur 6 und bietet dabei auch die Möglichkeit, die Federn 5,5′ auszuwechseln. Durch die Verwendung der Abdeckplatten 13, die mit dem Einspannschaft 1 einstückig geformt sein können, ist es möglich noch weitere Befestigungsmöglichkeiten, wie z.B. die Leiste 16, die quer auf einer Abdeckplatte 13 angeordnet ist, zu schaffen.
- Die Figur 10 zeigt eine Variante zu Figur 4, die mit mehr als zwei Stabfedern ausgerüstet ist. Mindestens eine der Stabfedern 5,5′,5˝ weist einen Dehnmeßstreifen 20 auf, der über die Leitungen 22 und 23 mit einer Einrichtung 21 verbunden ist zur Erfassung der Signale des Dehnmeßstreifens 20. Die Einrichtung 21 kann -z.B. über Leitungen 24- mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zur Limitierung oder sonstigen Beeinflussung der Walzkraft F verbunden sein.
Der Dehnmeßstreifen 20 kann natürlich bei allen Ausführungsarten des Gegenstandes der Neuerung verwendet werden. Auch ist es möglich, die Stabfedern in zur Zeichenebene der Ausführungsbeispiele senkrechter Lage anzuordnen. - In den Figuren 11 und 12 ist eine Einrichtung ähnlich der Einrichtung nach den Figuren 4 und 5 dargestellt. Die Stabfedern 5,5′ weisen hier jedoch keinen Rechteckquerschnitt auf sondern einen runden Querschnitt. Sie sind also als runde Stangen ausgebildet, die mit ihren Enden in entsprechende Bohrungen des Rollenträgers 4 und des Einspannschaftes 1 eingepreßt sind. Darüber hinaus ist ein Werkzeug nach Figur 11 mit einem Anschlag versehen, der eine unzulässig große Verbiegung der Stabfedern 5,5′ verhindert. Hierzu weist im Ausführungsbeispiel nach Figur 11 der Rollenträger 4 eine einfache Ausnehmung 38 auf, in die ein am Einspannschaft befestigtes oder mit diesem einstückig ausgebildetes Anschlagstück 39 hineinragt. Wird die Grenzlage der Bewegung in Richtung des Pfeils 42 des Rollenträgers 4 erreicht, so kommen die Flächen 40 des Rollenträgers 4 und 41 des Anschlagstückes 39 zur gegenseitigen Anlage, so daß eine weitere Bewegung des Rollenträgers 4 in Richtung des Pfeils 42 unmöglich ist. Eine unzulässige Verbiegung der Stabfedern 5,5′ kann hierdurch zuverlässig verhindert werden. Natürlich kann ein solcher Anschlag auch in anderer Weise als im Ausführungsbeispiel nach Figur 11 dargestellt, ausgebildet sein und insbesondere auch verstellbar sein, so daß der zulässige Weg des Rollenträgers 4 in Richtung des Pfeils 42 in Abhängigkeit von der Federkennlinie der Stabfedern 5,5′ eingestellt werden kann.
- Die Figuren 13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel ganz ähnlich dem nach den Figuren 6 und 7. Während dort jedoch die Stabfedern 5,5′ als Blattfedern einstückig ausgebildet sind, werden bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 13 und 14 diese Blattfedern 5 bzw. 5′ jeweils paarweise verwendet in einer jeweils nebeneinandergesetzten Anordnung mit einer Lücke 43 dazwischen. Die Stabilität in Richtung des Pfeiles 44 kann hierdurch wesentlich erhöht werden, ohne daß die Breite der Blattfedern 5 bzw. 5′ vergrößert wird. Es ist lediglich erforderlich zur Erhöhung der Stabilität in Richtung des Pfeils 44 die Lücke 43 zwischen den jeweiligen Blattfedern zu vergrößern. Es kann durch diese Anordnung außerdem eine flachere Kennlinie der jeweils verwendeten Federn erreicht werden.
- Eine dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 13 und 14 entsprechende Anordnung zeigen die Figuren 15 und 16. Bei dieser Anordnung sind jedoch die Stabfedern 5,5′ aus einer Schichtung dünner Blattfedern 27 hergestellt. Hierdurch kann durch einfaches Wegnehmen oder Zufügen solcher dünnen Blattfedern 27 das Federverhalten leicht beeinflußt werden. Um zu verhindern, daß bei einer Ausfederung die einzelnen dünnen Blattfedern 27 gegeneinander reiben und damit die zugehörige Federkennlinie unkontrolliert verändern, sind die dünnen Blattfedern 27 an ihren jeweiligen Befestigungsenden über dazwischen gelegte Distanzstücke 29 gegeneinander separiert, so daß zwischen ihnen der entsprechende Abstand 30 besteht.
- Bei der Einrichtung nach Figur 15 ist weiter eine Tasteinrichtung 26 vorhanden, die in einem Träger 45 gehalten ist, der seinerseits beispielsweise relativ zum Einspannschaft 1 stets in Ruhe ist. Diese Tasteinrichtung 26 kann beispielsweise mit einem linearen Weggeber oder aber auch, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 15, mit einer Meßuhr 25 verbunden sein, an der die Bewegungsgröße in Richtung des Pfeils der Walzkraft F entweder als Wegangabe oder als Kraftangabe abgelesen werden kann. Hierzu muß allerdings die Skala der Meßuhr 25 geeicht sein nach der Federkennlinie der Stabfedern 5,5′. Es ist auf diese Art und Weise sehr einfach eine Aussage über die Größe der Walzkraft F erzielbar.
- Die Einrichtung nach den Figuren 17 und 18 entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau der Einrichtung nach den Figuren 15 und 16. Es sind jedoch bei der Einrichtung nach den Figuren 17 und 18 die dünnen Blattfedern 28, die den dünnen Blattfedern 27 nach dem Ausführungsbeispiel in Figur 15 und 16 entsprechen, in ihrem freien Biegebreich tailliert, wodurch ein bestimmter und gewünschter Verlauf der zugehörigen Federkennlinie erreicht wird.
- Die gesamte Einrichtung z.B. nach Figur 4 oder Figur 6 oder Figur 13 oder Figur 17, aber auch noch weitere Ausführungsbeispiele, läßt sich mit dem Einspannschaft 1 gut auf einem Schwenkhebel 32 anordnen. Es kann hier der Einspannschaft 1 durchaus auch einstückig mit dem Schwenkhebel 32 ausgebildet sein. Der Schwenkhebel 32 ist um eine Achse 33 schwenkbar angeordnet und hierzu auf einem Schwenkzapfen 35 befestigt. Hierbei kann der Schwenkzapfen 35 zusammen mit dem Schwenkhebel 32 schwenken oder aber es kann der Schwenkzapfen 35 feststehend ausgebildet sein, so daß der Schwenkhebel 32 um den Schwenkzapfen 35 herumschwenken kann. Hierbei kann der Schwenkhebel 32 von einer Druckplatte 36 abgestützt sein, so daß der Schwenkhebel 32 auf der Druckplatte 36 gleitend in Richtung des Pfeils 37 schwenken kann. Bei dieser Anordnung liegt die Rotationsachse 34 der Walzrolle 2 in einer Ebene, die einen konzentrischen Kreis zur Achse 33 tangiert. Die in Figur 18 erkennbare Lage kann als Ruhelage, beispielsweise durch nicht dargestellte Anschläge, fixiert sein. Wird nun die Walzrolle 2 gegen die äußere Oberfläche eines nicht dargestellten Werkstückes angedrückt und die ganze Einrichtung in Richtung des Pfeils 31 (Figur 17) bewegt, beispielsweise durch die Vorschubbewegung eines Schlittens, auf dem der Einspannschaft 1˝ befestigt ist, so bleibt die Rolle 2 etwas zurück und führt hierdurch eine Schwenkbewegung um die Achse 33 aus und stellt sich hierdurch schräg zur Werkstückrotationsachse. Bei richtiger Drehrichtung des Werkstückes rollt hierdurch die Walzrolle 2 auf einer gewindeförmigen Bahn um das Werkstück und führt hierdurch eine Vorwärtsbewegung in Richtung des Pfeiles 31 aus, die gerade so groß ist wie die Vorschubbewegung des das gesamte Werkzeug tragenden Schlittens. Vergrößert oder verkleinert sich diese Vorschubbewegung, so stellt sich hierdurch automatisch ein anderer Schwenkwinkel der Walzrolle 2 mit entsprechend reduzierter oder vergrößerter Vorschubgeschwindigkeit ein. Der das gesamte Werkzeug tragende und vorwärtsbewegende Schlitten wird hierdurch von Vorschubkräften so gut wie vollständig entlastet.
- Die Figuren 19 und 20 zeigen ein Ausführungsbeispiel entsprechend den Figuren 17 und 18, bei dem jedoch die taillierten Blattfedern nicht als Federpakete sondern als einstückige dicke Blattfedern 5,5′ verwendet werden. Der übrige Aufbau kann unverändert und damit wie bereits beschrieben, sein.
- In den Figuren 21 und 22 schließlich ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das in seinem Aufbau der Einrichtung nach den Figuren 17 und 18 sehr nahe kommt. Zur Erreichung dem gewünschten Schwenkbewegung der Walzrolle 2 wird jedoch nicht mehr die ganze Einrichtung schwenkbar angeordnet, sondern es wird im Rollenträger 4˝ ein Schwenkzapfen 35 um die Achse 33 schwenkbar gelagert, der seinerseits den Schwenkhebel 46 trägt, auf dem die Walzrolle 2, bei Bedarf mit entsprechenden Stützrollen, angeordnet und damit entsprechend schwenkbar ist. Der übrige Aufbau kann z.B. dem von Figur 15 und 16 entsprechen. Wird diese Einrichtung (Fig. 21, 22) am Einspannschaft 1 eingespannt und die Walzrolle 2 gegen das Werkstück gedrückt und dann die Einrichtung in Richtung des Pfeils 31 bewegt, so kann die Walzrolle 2 in Richtung des Pfeils 37 schwenken, so daß bei entsprechender Drehrichtung des Werkstückes die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit entsteht.
- Liste der verwendeten Bezugszeichen
- 1,1′,1˝ Einspannschaft
- 2 Walzrolle
- 3 Rollenkäfig
- 4,4′,4˝ Rollenträger
- 5,5′,5˝ Stabfedern
- 6 Befestigung
- 7 Federenden
- 8 unbenutzt
- 9 Parallelverschiebung
- 10 Ausfederung
- 11 Gewindebohrungen
- 12 Winkel
- 13 Abedeckplatten
- 14 Rollenkopf
- 15 Stützrolle
- 16 Leiste
- 17 Verbindungsteil
- 18 Verbindungsteil
- 19 Aufnahmenut
- 20 Dehnmeßstreifen
- 21 Einrichtung
- 22 Leitung
- 23 Leitung
- 24 Leitung
- 25 Meßuhr
- 26 Tasteinrichtung
- 27 Dünne Blattfedern
- 28 dünne Blattfedern
- 29 Distanzstücke
- 30 Abstand
- 31 Pfeil
- 32 Schwenkhebel
- 33 Achse
- 34 Rotationsachse
- 35 Schwenkzapfen
- 36 Druckplatte
- 37 Pfeil
- 38 Ausnehmung
- 39 Anschlagstück
- 40 Fläche
- 41 Fläche
- 42 Pfeil
- 43 Lücke
- 44 Pfeil
- 45 Träger
- F Walzkraft
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