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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für eine Lebensmittelteilvorrichtung mit einem Fluidzylinder zum linearen Verstellen eines Bauteils einer Schneidanordnung, wobei diese Schneidanordnung eine Messeranordnung und eine Aufnahme für das zu schneidende Lebensmittel aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebsanordnung für eine Vorrichtung zum Zerteilen eines Käselaibes.
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Zum Zerteilen eines Käselaibes gibt es mehrere bekannte Verfahren und Vorrichtungen. Ursprünglich wurden Käselaibe mit großen zweihändig geführten Messern zerteilt, die allerdings schwer zu handhaben und zum Teilen großer Käsemengen nicht wirtschaftlich sind.
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Inzwischen sind Käseteilmaschinen im Einsatz, bei denen ein Käselaib auf einem Segmenttisch in einer Mulde zentrisch aufgenommen wird und von einer Messeranordnung in einem Zug zerlegt wird.
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Die Messeranordnung besteht bei solchen Geräten aus einem Rahmen, in dem Schneidklingen in einem gewünschten Schnittmuster angebracht sind. Die Aufnahme (Auflagetisch oder Segmenttisch) ist entsprechend dem Schnittmuster beziehungsweise entsprechend der Messeranordnung segmentiert, so daß die Schneidklingen beim Zerschneiden vollständig durch den Käselaib hindurch in die entsprechenden Aussparungen des Auflagetisches geführt werden können.
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Aus der
EP 0 536 507 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Käselaib zusammen mit dem Segmenttisch nach oben durch die Messeranordnung hindurch gehoben wird. Dabei wird der Auflagetisch linear, z. B. hydraulisch, nach oben geführt. Die Hubmechanik kann dabei zentral unter dem Segmenttisch angeordnet sein.
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Aus der
DE 201 15 217 U1 und der
DE 298 02 216 U1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Messeranordnung von oben nach unten durch den Käselaib hindurch in die Ausnehmungen des Segmenttischs gezogen wird. Dazu sind zwei Linearantriebe vorgesehen, zwischen denen die Messeranordnung fixiert wird. Die Linearantriebe sind als Spindelantriebe ausgeführt und heben und senken die Messeranordnung über daran gekoppelte Spindelmuttern.
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Bei der Verwendung mehrerer Linearantriebe besteht das Problem, an allen wirkenden Antrieben eine genau gleichmäßige Linearbewegung auszuführen, um eine gleichmäßige Schnittführung zu gewährleisten, bei der Auflage und Messeranordnung nicht gegeneinander verkanten. Bei motorisch angetriebenen Spindelantrieben erfolgt dies über eine entsprechende Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit. Spindelantriebe haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ viele mechanische Teile aufweisen, die verschmutzen können und vergleichsweise teuer sind.
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Käseteilvorrichtungen mit wartungsarmen, zentralen, fluidischen Linearantrieben (zum Beispiel Hydraulikzylinder), bei denen eine Hubeinheit mit Käselaib und Segmenttisch durch die Messeranordnung hindurch auf und ab verfahren wird, hat Handhabungsnachteile. Der ungeteilte Käselaib wird in einer Ebene unter der Messeranordnung zugeführt und der zerteilte Käse wird in einer höher liegenden Ebene entnommen. Insbesondere beim Zerteilen relativ kleiner Kläselaiber (zum Beispiel Manchego) ist es wünschenswert, den Käselaib sichtbar vor den Augen eines Kunden zu zerteilen. Dies ist aber nur mit einem relativ aufwendigen mehrfachen Linearantrieb zu realisieren (s. o.). Der Gleichlauf von mehreren wartungsarmen, fluidischen Linearantrieben ist auch über sehr aufwendige Servoventilsteuerungen nur eingeschränkt realisierbar.
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Aus der
DE 199 05 475 A1 und
DE 199 14 840 A1 ist es bekannt, zwei Fluidzylinder vorzusehen, die jeweils mit einer Messeranordnung gekoppelt sind. Dabei sind die Fluidzylinder kommunizierend miteinander gekoppelt sind. Und zwar so, daß beim Verstellen des einen Zylinders dieser den anderen entsprechend verstellt, indem ein Stellraum (Fluidraum) des einen Fluidzylinders mit einem Stellraum des anderen Fluidzylinders verbunden ist. Durch diese Kopplung führt eine Volumenänderung des einen Stellraumes zu einer entsprechenden Volumenänderung des anderen Stellraumes. Wenn nun die Wirkflächen (also die wirkenden Kolbenflächen) der untereinander verbundenen Stellräume gleich sind, so führt das Verstellen des einen Fluidzylinders mit der Wirkfläche A
1 um einen bestimmten Betrag zu einer Verstellung des anderen Fluidzylinders mit der Wirkfläche A
2 um den gleichen Betrag. Diese Art der Kopplung sichert auf sehr einfache Weise den erforderlichen Gleichlauf. Eine Verkanten der Messeranordnung ist dadurch ausgeschlossen.
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Die Fluidzylinder können als Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Über solche Hydraulikzylinder lassen sich auch relativ hohe Schnittkräfte, wie sie für große Käselaibe oder beim Schneiden mit entsprechend vielen Klingen erforderlich sind, aufbringen. Die dynamische Kopplung der beiden Zylinder ist unelastisch, so daß selbst bei asymmetrischen Schnittkräften der Gleichlauf der Antriebe sichergestellt bleibt. Der Antrieb des ersten Fluidzylinders kann dabei im Prinzip, beispielsweise über eine Linearspindel oder eine Stellfeder, auch mechanisch erfolgen. Bei so einer Lösung sind insgesamt nur zwei miteinander hydraulisch gekoppelte Stellräume erforderlich.
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Es kann auch ein Fluidzylinder als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet und mit einer Druckquelle für ein Stellfluid schaltbar gekoppelt sein. Bei dieser Ausführung weist ein Fluidzylinder zwei Stellräume auf, die durch den Arbeitskolben voneinander getrennt sind. Dabei ist der eine Stellraum mit der Druckquelle gekoppelt und führt bei entsprechender Volumenänderung zu einer entsprechenden Volumenänderung des zweiten Stellraumes und damit auch zu einer entsprechenden Volumenänderung des Stellraumes im anderen Fluidzylinder. Beide Kolbenstangen werden entsprechend verstellt. Bei dieser Ausführung ist es möglich, die Verstellbewegung beim eigentlichen Schneidvorgang durch Druckbeaufschlagung des einen Fluidzylinders aus der Druckquelle auszuführen. Die vergleichsweise kraftarme Rückstellbewegung kann dann durch Leerlassen oder Absaugen des einen Stellraums erfolgen und die eigentliche Rückstellung erfolgt unter dem atmosphärischen Luftdruck. Wird ein Segmenttisch zum Schneiden nach oben verstellt, kann die Rückstellbewegung auch unter dem Eigengewicht des Segmenttisches erfolgen. Die Rückstellung kann z. B. auch federunterstützt erfolgen.
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Es können weiterhin sowohl der Schneid- als auch der Rückstellvorgang druckgesteuert und damit mit höherer Kraft bzw. höherer Geschwindigkeit ausgeführt werden. Dazu sind beide Fluidzylinder mit einer Druckquelle koppelbar. Bei einer möglichen Dimensionierung doppelt wirkender Fluidzylinder mit einer Kolbenstange weist der erste Fluidzylinder einen Zylinderdurchmesser D1 auf und einen Kolbenstangendurchmesser d1. Die Wirkfläche A1 wird hier durch die Ringfläche bestimmt, die kolbenstangenseitig durch die Differenz zwischen Zylinderdurchmesser und Kolbenstangendurchmesser definiert ist. Dieser Stellraum ist mit dem Stellraum des zweiten Fluidzylinders verbunden, der nicht von einer Kolbenstange durchsetzt wird und den Zylinderdurchmesser D2 aufweist, der die Wirkfläche A2 bestimmt. Damit nun beim Ausfahren des ersten Fluidzylinders der zweite Fluidzylinder entsprechend verstellt wird, muß die Beziehung gelten: A1 = A2 (1) oder ausgehend von kreisförmigen Querschnitten: D1 2 – d1 2 = D2 2 (2)
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Ein weiteres Problem bei Käseteilvorrichtungen kann darin bestehen, daß sich die Aufnahme (Auflage- oder Segmenttisch) und die Messeranordnung beim Betrieb gegeneinander verstellen, so daß die Messeranordnung außerhalb der Aussparungen auf die Auflageblöcke des Segmenttischs trifft. Dies würde dazu führen, daß sowohl der Segmenttisch als auch die Messeranordnung beim Betrieb in versetzter Stellung beschädigt oder sogar zerstört würden.
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Gemäß Anspruch 1 sind die Enden der Kolbenstangen mit einer Aufnahmeanordnung versehen, die mit einem Bauteil der Schneidanordnung koppelbar ist. Damit kann beispielsweise die Messeranordnung mit den Kolbenstangen verbunden werden.
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An der erfindungsgemäßen Antriebsordnung ist daher eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die sicherstellt, daß nur in der Ruhelage der Kolbenstange und damit in der Ruhelage der Aufnahmeanordnung eine Entnahme bzw. ein Versetzen des entsprechenden Bauteils (Messeranordnung, Segmenttisch) der Schneidanordnung möglich ist. In einer Arbeitslage der Aufnahmeanordnung beziehungsweise der Kolbenstange arretiert die Verriegelungseinrichtung das Bauteil der Schneidanordnung. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß sich beispielsweise Messeranordnung und Segmenttisch nur gemeinsam relativ zur Aufnahmeanordnung verschieben lassen, nämlich nur dann, wenn in der Ruhelage die Messeranordnung vollständig im Segmenttisch verläuft. Damit wird verhindert, daß sich Messeranordnung und Segmenttisch in der Arbeitslage, also bei ausgefahrenen Kolbenstangen und aus dem Segmenttisch herausgehobener Messeranordnung, gegeneinander versetzen lassen.
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Gemäß Anspruch 2 ist dabei die Verriegelungseinrichtung gegen eine Verriegelungskraft aus ihrer Verriegelungslage verstellbar. So ist die Verriegelungseinrichtung selbstsichernd und verhindert eine versehentliche oder ungewollte Entriegelung. Die Ansprüche 3 bis 5 betreffen dabei Ausgestaltungen der Verriegelungseinrichtung, bei der ein gemäß Anspruch 3 verschiebbares Querstück vorgesehen ist, das quer zur Entnahmerichtung des Bauteils der Schneideinrichtung wirkt. Gemäß Anspruch 4 ist dabei ein besonders wirksames Verriegelungsprinzip realisiert, das in der Weiterbildung nach Anspruch 5 besonders fertigungsgünstig herstellbar ist.
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Gemäß Anspruch 6 sind die Kolbenstangen der Fluidzylinder gegen Verdrehen gesichert. Diese Maßnahme stellt sicher, daß sich auch beim freien Betrieb der Kolbenstangen ohne angekoppelte Messeranordnung beziehungsweise Aufnahmevorrichtung diese nicht verdrehen und so die entsprechenden Anschlußteile immer in ihrer Anschlußstellung verbleiben.
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Anspruch 7 betrifft eine Käseteilvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Käseteilvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
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2 eine Messeranordnung für die in 1 dargestellte Käseteilvorrichtung,
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3 eine schematische Darstellung einer Hydraulikschaltung für eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung,
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4a eine Ansicht von oben des Aufnahmebereichs A aus der 1,
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4b eine Schnittdarstellung der Verriegelungseinrichtung im Aufnahmebereich aus 4a im entriegelten Zustand, und
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4c den in 4b dargestellten Verriegelungsbereich in verriegelter Stellung.
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Die in 1 dargestellte Käseteilvorrichtung 1 umfaßt in ihrem unteren Teil einen Gehäuseabschnitt 2, in dessen Innerem ein aus Profilelementen 4 gebildeter Stützrahmen angeordnet ist, der eine Aufnahmeplatte 6 trägt. Weiterhin sind im Innern zwei doppelt wirkende Hydraulikzylinder 8 und 10 angeordnet, deren Kolbenstangenenden 12 und 14 in einen Arbeitsraum 16 ragen, der von einer abnehmbaren, durchsichtigen Haube 18 abgedeckt werden kann. Die Hydraulikzylinder 8, 10 sind untereinander und mit einer schaltbaren Druckquelle (Hydraulikaggregat 20 in 1 gestrichelt angedeutet) verbunden.
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An den Enden der Kolbenstangen 12 und 14 ist jeweils eine Aufnahmeanordnung 22 fixiert, die Aufnahmeanordnungen 22 weisen jeweils einen Aufnahmekanal 24 auf, in den die Messeranordnung 26 über als Kopfbolzen 28 ausgebildete Koppelelemente einsetzbar ist (2).
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Passend zur Messeranordnung 26 ist ein in Richtung der Kopfbolzenachsen 30 (4a) einsetzbarer Segmenttisch 32 vorgesehen, der eine Grundplatte 33a aus Edelstahl umfaßt, sowie darauf befestigte Segmentblöcke 32b, die zusammen an ihrer Oberseite eine Aufnahmemulde 32c für einen zu teilenden Käselaib bilden. Der Segmenttisch 32 wird durch in die Aufnahmeplatte 6 eingebrachte Führungs-/Anschlagelemente 34 so auf der Aufnahmeplatte 6 angeordnet, daß sich die Ausnehmungen im Segmenttisch 34 mit den Klingen 26a der Messeranordnung decken.
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Beim Betrieb der Käseteilvorrichtung 1 geschieht folgendes: Bei abgesenkten Kolbenstangen 12 und 14 wird die aus der Messeranordnung 26 und dem Segmenttisch 32 gebildete Schneidanordnung in Richtung der Kopfbolzenachsen 30 in die Käseteilvorrichtung eingeschoben. Dabei werden die Kopfbolzen 28 der Messeranordnung 26 jeweils in die Aufnahmekanäle 24 der Aufnahmeanordnungen 22 an den Enden der Kolbenstangen 12 und 14 eingeführt. Der Segmenttisch 32 wird dabei auf der Aufnahmeplatte 6 durch die Führungs-/Anschlagelemente 34 entsprechend geführt. Nach dem Einsetzen der Schneideinrichtung kann der Segmenttisch 34 durch zusätzliche (nicht dargestellte) Befestigungselemente in seiner Lage arretiert werden.
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Es ist auch möglich, daß ein entsprechend angeordneter Sensor die richtige Lage des Segmenttisches erfaßt und ein entsprechendes Signal an eine Steuerung (nicht dargestellt) abgibt, die verhindert, daß die Käseteilvorrichtung 1 in Betrieb gesetzt wird, wenn sich der Segmenttisch 32 nicht in seiner vorgesehenen Schneidposition befindet.
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Der Verriegelungsmechanismus ist den 4a–4c zu entnehmen. Zur Verriegelung der Messeranordnung 26 sind in den Kopfbolzen 28 Ausnehmungen 36 vorgesehen, in die ein zur Verriegelung vorgesehenes Querstück, das als federbelasteter Bolzen 38 in der Aufnahmeanordnung 22 angeordnet ist, mit einem Sperrabschnitt 38a (siehe 4c) eingreift. Bei eingefahrenen Kolbenstangen 12 und 14 (untere Stellung in 1) drückt jedoch das untere Ende des Bolzens 38 an ein Anschlagelement 40 und damit den Sperrabschnitt 38a außer Eingriff mit der Ausnehmung 36, so daß sich der dünnere Freigabeabschnitt 38b im Bereich der Ausnehmung 36 befindet und den Aufnahmekanal 24 freigibt. Die Aufnahmeanordnung befindet sich in ihrer Ruhelage. Messeranordnung 26 und Segmenttisch 32, die die Schneidanordnung bilden, können entnommen bzw. eingesetzt werden. Der Freigabeabschnitt 38c ist im dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt mit reduziertem Durchmesser ausgebildet. In einer anderen Ausführung kann stattdessen auch eine Ausnehmung vorgesehen sein, die der Außenkontur des Kopfbolzens 28 entspricht, so daß dieser durch die Ausnehmung hindurch im Aufnahmekanal 24 verschoben werden kann, wenn sich der Bolzen 38 in der in 4b gezeigten Stellung (Ruhelage) befindet.
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Werden nun die Kolbenstangen ausgefahren, zieht die Feder 42 den Bolzen 38 mit seinem Sperrabschnitt 38a in die Ausnehmung 36 am Kopfbolzen 28 und arretiert so die Messeranordnung 26 in der Aufnahmeanordnung 22. Die Feder 42 stützt sich dabei zwischen einem Absatz 43 in der Führungsbohrung des Bolzens 38 und einer Kappe 39 ab, die am unteren Ende des Bolzens befestigt ist. Dabei umgibt die Kappe 39 die Feder 42 auch bei eingezogenem Bolzen 38 (4c). Der Bolzen 38 ist so unverlierbar aber verstellbar in der Führungsbohrung befestigt. Der Segmenttisch 32 ist über die Führungs-/Anschlagelemente 34 in seiner Lage auf der Aufnahmeplatte 6 fixiert. Die Kolbenstangen werden zusammen mit der Messeranordnung 26 in ihre obere Stellung gebracht. Ein zu teilender Käselaib (nicht dargestellt) wird in die Mulde 32c gelegt und die Kolbenstangen 12, 14 werden gemeinsam mit der Messeranordnung 26 eingefahren. Dabei zerteilen die Klingen 26a den Käselaib in entsprechende Stücke, die vom Segmenttisch 32 abgeräumt werden können.
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Die Steuerung der Hydraulikzylinder 8 und 10 wird nun anhand der 3 erläutert. Die schematisch dargestellten Hydraulikzylinder 8 und 10 sind als doppelt wirkende Zylinder ausgebildet, d. h. über die Kolbenstangen 12 und 14 können sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen werden. Damit beide Kolbenstangen 12 und 14 parallel mit gleicher Kraft und gleicher Geschwindigkeit ein- und ausfahren, ist der Wirkraum 8a des Zydraulikzylinders 8 mit dem Wirkraum 10b des Hydraulikzylinders 10 über eine Leitung 44 gekoppelt. Die Wirkflächen A1 und A2 sind gleich. Wird nun der Wirkraum 8b des Hydraulikzylinders 8 aus dem Aggregat 46 über die Leitung 48 gefüllt, so hebt die zufließende Hydraulikflüssigkeit im Stellraum 8b die Kolbenstange 12 über den Kolben 12b in Richtung des Pfeils H an. Dabei tritt die aus dem Wirkraum 8a verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den Wirkraum 10b des Hydraulikzylinders 10 ein und hebt die Kolbenstange 14 über den Kolben 14b an der Wirkfläche A2 angreifend ebenfalls in Richtung des Pfeils H an. Die Hydraulikflüssigkeit aus dem Wirkraum 10a wird über die Leitung 50 in das Aggregat 46 zurückgeführt. Da die Wirkflächen A1 und A2 gleich sind, ist der Hub der Kolbenstangen 12 und 14 ebenfalls gleich. Das Aggregat 46 ist als Hydraulikaggregat ausgebildet und umfaßt alle notwendigen Komponenten wie Hydraulikpumpe, Ventile, Vorratsbehälter, Druckspeicher, Steuerung, etc., um die Hydraulikzylinder 8 und 10 in der gewünschten Weise zu bewegen.
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Geht man von Kolben mit kreisrunden Querschnitten aus und hat der Kolben 12b einen Durchmesser D1 und die Kolbenstange 12 einen Durchmesser d1 und der Kolben 14b einen Durchmesser D2, so sind die Flächen auf Ringfläche und A2 gleich, wenn die Beziehung gilt: D1 2 – d1 2 = D2 2 (1)
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Beim Einfahren der Kolbenstangen 12 und 14 passiert der gleiche Vorgang umgekehrt. Aus dem Aggregat 46 wird Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 50 in den Stellraum 10a gepumpt. Der Kolben 14b verdrängt Hydraulikflüssigkeit aus dem Stellraum 10b in den Stellraum 8a und der Kolben 12b drückt die Hydraulikflüssigkeit aus dem Stellraum 8b über die Leitung 48 zurück in das Aggregat 46. Bei diesem Vorgang ziehen dann die Kolbenstangen 12 und 14, die sich in Richtung des Pfeils S bewegen, gleichmäßig über die Aufnahmeanordnungen 22 die Messeranordnung 26 mit ihren Klingen 26a durch den auf dem Segmenttisch 34 angeordneten Käselaib (nicht dargestellt) hindurch, bis sich die Vorrichtung wieder in ihrer Ruhelage befindet. In dieser Stellung (siehe 4b) wird wiederum der Sperrabschnitt 38a des Bolzens 38 aus der Ausnehmung 36 des Kopfbolzens 28 ausgerückt, so daß die Messeranordnung 26, die in den Ausnehmungen des Segmenttischs 34 ruht, gemeinsam mit diesem wieder entnommen und gegen eine andere Messeranordnung ausgetauscht werden kann.
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Damit sich die Kolbenstangen 12, 14 und die Aufnahmeanordnungen 22 nicht verdrehen, sind Führungsstäbe 52 vorgesehen, die sicherstellen, daß die Aufnahmekanäle 24 immer parallel zueinander ausgerichtet sind, so daß die Kopfbolzen 28 der Messeranordnung ohne Schwierigkeiten eingeführt werden können. Die Führungsstäbe 52 stabilisieren die Aufnahmeanordnungen 22 auch beim Einsetz- und Entnahmevorgang selbst.
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Es gibt Ausführungen, bei denen die dargestellte Antriebsanordnung auch ohne die besondere Aufnahmeanordnung 22 in Verbindung mit den Verriegelungselementen 38, 42, 40 ausgebildet ist. Sie kann auch zum Anheben und Absenken des Segmenttischs 32 relativ zur Messeranordnung 26 vorgesehen werden.
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In anderen Ausführungen kann die beschriebene Verriegelungsanordnung mit der Aufnahmeanordnung 22 auch in Verbindung mit anderen Antriebselementen realisiert werden. Solche Antriebselemente sind beispielsweise Linearspindelantriebe, Zahnstangen oder andere geeignete Antriebe, die zum Verstellen einer Messeranordnung 26 bzw. eines Segmenttischs 34, jeweils mit einer entsprechenden Verriegelungs-/Aufnahmeanordnung vorgesehen sind.
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Weitere Variationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung entnimmt der Fachmann den nachfolgenden Ansprüchen.
