DE102007056566A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Garniturringes einer Auflösewalze sowie Garniturring für eine Auflösewalze - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Garniturringes einer Auflösewalze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Garniturring für eine Auflösewalze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
- Auflösewalzen für Offenend-Spinnvorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Solche Auflösewalzen dienen dazu, ein in Spinnkannen angeliefertes Faserband vor dem Einspeisen in das mit hoher Drehzahl umlaufende Spinnmittel der Offenend-Spinnvorrichtung in Einzelfasern aufzulösen. Derartige Auflösewalzen besitzen hierzu auf ihrem Umfang eine Reißstruktur, die das zugeführte Faserband kämmt und dabei in seine Einzelfasern auflöst. Die Auflösewalzen unterscheiden sich unter anderem in der Ausbildung ihrer Reißwerkzeuge, der so genannten Garniturringe.
- So ist es aus der
DE 35 151 53 C2 bekannt, den Garniturring als so genannten Solidring auszubilden, das heißt der Garniturring ist aus einem massiven, gehärteten Stahlring gefertigt. In die Umfangsfläche des Garniturringes sind dabei zum Bilden des Reißwerkzeugs wenigstens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut und mehrere, im Wesentlichen orthogonal hierzu verlaufende Einschnitte eingeschliffen. Derartige Solidringe zeichnen sich durch eine hohe Funktionalität aus. - Des Weiteren ist aus der
DE 198 13 991 A1 ein Garniturring bekannt, bei dem auf die Mantelfläche eines zylindrischen Grundkörpers schraubenförmig ein Garniturdraht aufgebracht wird. Hierbei wird der aus einem relativ weichen metallischen Material, beispielsweise Aluminium, bestehende Grundkörper an seiner Mantelfläche mit einer spiralförmigen Nut versehen. In diese Nut wird der Garniturdraht eingelassen und anschließend dort mechanisch festgelegt. Beiden Arten von Garniturringen ist gemeinsam, dass als Verschleißschutz eine mehrschichtige, hartstoffkörperhaltige Beschichtung, insbesondere eine Nickel-Diamant-Beschichtung aufgebracht wird. - Die Nickel-Diamant-Beschichtung erweist sich jedoch als nachteilig, wenn die Verarbeitung von Chemiefasern vorgesehen ist. Bei der Verarbeitung von Chemiefasern, insbesondere zur Herstellung von groben Garnen mit Garnnummern unter Nm 14, ist ein stabiler Spinnprozess unter Beibehaltung aller Qualitätsmerkmale des ausgesponnenen Garnes schwierig zu erreichen. Die mit der Nickel-Diamant-Beschichtung versehenen Garniturringe weisen eine hohe Oberflächenrauigkeit auf, die zu einer Beschädigung des zu einzelnen Fasern aufgelösten Chemiefasermateriales führt, was im nachfolgenden Spinnprozess eine signifikante Zunahme von Fadenbrüchen zur Folge hat. Ebenso ist auf Grund der Beschädigungen der Chemiefasern eine Reduzierung der Festigkeitswerte und der Dehnungswerte zu verzeichnen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beschichtung eines Garniturringes einer Auflösewalze zur Verarbeitung von Chemiefasern bereitzustellen, durch das eine maßhaltige Oberfläche mit hoher Verschleißbeständigkeit des Garniturringes erreicht wird. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Garniturring für eine Auflösewalze bereitzustellen, der sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit unter Berücksichtigung der angestrebten Garnqualität bei der Verarbeitung von Chemiefasern auszeichnet.
- Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 sowie des Vorrichtungsanspruches 9 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8 sowie der Unteransprüche 10 und 11.
- Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Beschichtung eines Garniturringes einer Auflösewalze vorgeschlagen, der mit mindestens zwei Schichten versehen wird, wobei auf den Garniturring eine Grundbeschichtung aus einem Nichteisenmetall aufgebracht wird, der Garniturring mit mindestens einer weiteren, hartstoffkörperfreien Schicht auf Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung beschichtet wird, und der beschichtete Garniturring anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, der unterhalb der Anlasstemperatur des Grundmateriales des Garniturringes liegt. Die zuerst aufgebrachte Grundbeschichtung dient als Trägerschicht für die im nachfolgenden Verfahrensschritt aufzutragende Verschleiß- und Korrosionsschutzschicht aus einer Nickel-Phosphor-Legierung. Ein wesentlicher Vorteil der Nickel-Phosphor-Beschichtung besteht in der konstanten Maßhaltigkeit, das heißt, der gleichmäßigen Schichtverteilung auf der Oberfläche des Garniturringes, die durch den Verzicht auf Hartstoffkörper erreicht wird. Es wird gegenüber der Beschichtung gemäß dem Stand der Technik eine sehr gleichmäßige Oberflächentopographie erreicht, die dem aufzulösenden Chemiefasermaterial nur wenig Widerstand entgegenbringt. Neben der Korrosionsbeständigkeit weist die Nickel-Phosphor-Beschichtung also hervorragende tribologische Eigenschaften hinsichtlich Reibungs- und Verschleißschutz auf. Das aufzulösende Chemiefasermaterial weist daher geringere Beschädigungen durch die Oberfläche des Garniturringes auf, als es im Stand der Technik mit konventioneller Nickel-Hartstoff- Beschichtung der Fall ist. Der Verzicht auf die Hartstoffkörper in der Beschichtung, durch die gemäß dem Stand der Technik der Verschleißschutz des Garniturringes erreicht wird, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, indem die anschließende Wärmebehandlung unterhalb der Anlasstemperatur des Grundmateriales des Garniturringes durchgeführt wird, wodurch eine hohe Härte der Oberfläche erreicht wird. Hierbei ist ein Härteanstieg auf bis zu 1200 HV der Nickel-Phosphor-Schicht erreichbar.
- Dabei sollte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb von 320°Celsius durchgeführt werden. Auf diese Weise lässt sich ein Härteabfall von den Spitzenbereich des Garniturringes bildenden Reißelementen vermeiden. Zudem lässt sich das Auftreten von Mikrorissen in der Beschichtung reduzieren, die bedingt durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Grundmateriales des Garniturringes und der Beschichtung bei oberhalb von 320°C liegenden Temperaturen verstärkt auftreten.
- Vorteilhafterweise sollte die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von mehr als 3 Stunden bis zu 6 Stunden durchgeführt werden, um die angestrebte Härte der Oberfläche des Garniturringes zu erreichen.
- Gemäß Anspruch 4 wird vorgeschlagen, dass die abschließende Wärmebehandlung des Garniturringes unter Ausschluss von Sauerstoff durchgeführt wird. Der Ausschluss von Sauerstoff bei der Wärmebehandlung führt dazu, dass es zu keinen Verfärbungen der Garniturringe kommt. Die Durchführung der Wärmebehandlung unter Sauerstoffausschluss kann beispielsweise unter einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuumofen erfolgen.
- Vorteilhafterweise kann die Beschichtung mit einer Gesamtstärke zwischen 10 μm und 40 μm ausgeführt werden, vorzugsweise zwischen 15 μm und 30 μm. Die aufzubringende Schichtstärke richtet sich nach der Beanspruchung und dem Anwendungsbereich des Garniturringes, insbesondere nach den Eigenschaften des aufzulösenden Chemiefasermateriales.
- In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf die als zweite Schicht aufgebrachte erste Nickel-Phosphor-Schicht eine zweite Nickel-Phosphor-Schicht aufgebracht wird, deren Aufbringung in einem Beschichtungsbad mit identischen Parametern durchgeführt wird, wie die Aufbringung der ersten Nickel-Phosphor-Schicht.
- Zur Aufbringung der zweiten Nickel-Phosphor-Schicht kann die innere Mantelfläche des Garniturringes nach der Aufbringung der ersten Nickel-Phosphor-Schicht abgedeckt werden, bevor der Garniturring dem Beschichtungsbad erneut zugeführt wird, um eine zweite Nickel-Phosphor-Schicht aufzutragen. Auf diese Weise wird die Beschichtung der Innenseite des Garniturringes mit einer weiteren Schicht vermieden, so dass bei der Anordnung des Garniturringes auf einem dem Antrieb dienenden Walzenkörper mittels Gleit- oder Spielsitz die hierfür erforderlichen Passungsmaße eingehalten werden, während die äußere Fläche des Garniturringes mit der angestrebten Schichtdicke der Verschleißschicht versehen wird. Durch die Abdeckung der Innenseite des Garniturringes wird erreicht, dass die zweite Nickel-Phosphor-Schicht lediglich auf der Außenseite des Garniturringes aufgebracht wird, die unmittelbar mit dem aufzulösenden Chemiefasermaterial in Berührung kommt.
- Dabei kann die erste Nickel-Phosphor-Schicht in einer Stärke zwischen 5 μm und 10 μm aufgebracht werden. Dies dient in erster Linie dem Korrosionsschutz der Innenseite des Garniturringes, der auf den Walzenkörper aufgepresst wird.
- Gemäß Anspruch 9 kann die zweite Nickel-Phosphor-Schicht in einer Stärke zwischen 10 μm und 25 μm aufgebracht werden. Durch die Aufbringung der dritten Schicht wird in Verbindung mit der zweiten Schicht die erforderliche Stärke der Verschleißschutzschicht des Garniturringes erreicht. Gemäß Anspruch 9 wird ein Garniturring für eine Auflösewalze vorgeschlagen, dessen Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist, die mindestens zwei Schichten aufweist, wobei der Garniturring mit einer Grundbeschichtung aus einem Nichteisenmetall und mindestens einer weiteren, hartstoffkörperfreien Schicht auf Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung versehen ist. Bei der Verarbeitung von Chemiefasern mit einem erfindungsgemäß beschichteten Garniturring wird auch bei groben Garnen mit Garnnummern unter Nm 14 ein stabiler Spinnprozess unter Beibehaltung aller Qualitätsmerkmale des ausgesponnenen Garnes erreicht. Die Zahl der Fadenbrüche bei der Verarbeitung von Chemiefasern lässt sich gegenüber der Verwendung von Garniturringen mit einer Nickel-Diamant-Beschichtung deutlich senken.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen darstellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Auflösewalze mit einem rotierbar gelagerten, zylindrischen Walzenkörper; -
2 einen Garniturring im Schnitt. - Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen darstellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt eine Auflösewalze mit einem rotierbar gelagerten, zylindrischen Walzenkörper sowie einer Sägezahngarnitur. Die in1 mit1 bezeichnete, in einem nicht dargestellten Auflösewalzengehäuse rotierende Auflösewalze ist in Verbindung mit Offenend-Spinnvorrichtungen grundsätzlich bekannt. Die Auflösewalze1 hat die Aufgabe, ein ihr über eine Speisewalze zugeführtes Faserband in Einzelfasern zu zerlegen. Die Einzelfasern werden anschließend über einen Faserleitkanal in ein Spinnorgan, beispielsweise einen Spinnrotor, eingespeist. - Derartige Auflösewalzen
1 laufen während des Spinnprozesses üblicherweise mit Drehzahlen zwischen 6000 und 12000 U/min. - Die Auflösewalze
1 verfügt über eine Lagerwelle2 , auf der endseitig ein so genannter Antriebswirtel3 festgelegt ist. Der Antriebswirtel3 wird während des Spinnbetriebes durch einen nicht dargestellten Tangentialriemen beaufschlagt. Die Lagerwelle ist über Wälzlager4 rotierbar innerhalb eines Lagergehäuses5 gelagert. Das Lagergehäuse5 ist seinerseits in einer nicht dargestellten Lagerkonsole eines Auflösewalzengehäuses festgelegt und dort über ein Sicherungselement, welches den Kunststoffring6 tangential durchfasst, arretiert. - Frontseitig ist auf der Lagerwelle
2 ein Walzenkörper7 angeordnet. Der Walzenkörper7 ist dabei über einen Presssitz drehfest mit der Lagerwelle2 verbunden. Der Walzenkörper7 verfügt über eine zylindrische Form und weist rückseitig einen Flansch8 auf. Die Oberfläche des Walzenkörpers7 ist dabei vorzugsweise glatt ausgebildet. Frontseitig verfügt die Auflösewalze1 über einen weiteren Flansch11 , der, zum Beispiel über einen Schraubenbolzen12 und eine Druckfeder13 , mit der Lagerwelle2 verbunden ist. - Auf der Oberfläche des zylindrischen Walzenkörpers
7 ist entweder direkt ein als Solidring30 ausgeführter Garniturring gemäß der2 festlegbar oder eine Sägezahngarnitur10 ist auf einem Trägerelement14 montiert, die Bestandteil eines Garniturringes17 sind. Die1 zeigt die Ausführungsform eines aus dem Sägezahngarnitur10 und dem Trägerelement14 gebildeten Garniturringes17 . Der vordere Flansch11 fixiert dabei im Montagezustand die Sägezahngarnitur10 auf dem Walzenkörper7 . Die Sägezahngarnitur10 weist einen schraubfederartig geformten Grundkörper15 auf, der im Querschnitt verschiedene Ausführungsformen aufweisen kann. - Die in
1 dargestellte Sägezahngarnitur10 ist mit den Windungen ihres Grundkörpers15 in eine schraubenförmig verlaufende Nut9 des Trägerelementes14 eingelassen. Der Grundkörper15 weist dabei eine etwa rechteckige Querschnittsform auf. Die Festlegung des Grundkörpers15 in der Nut9 erfolgt kraftschlüssig oder formschlüssig. Das Trägerelement14 wird mittels Gleit- oder Spielpassung auf dem Walzenkörper7 angeordnet, wodurch eine Auswechselbarkeit des Garniturringes17 erreicht wird. Die Sägezahngarnitur10 verfügt über eine Vielzahl von Reißelementen16 , die jeweils radial vom Grundkörper15 abstehen. - Die Darstellung in
2 zeigt einen als Solidring gefertigten und beispielsweise aus Stahl hergestellte Garniturring30 , der im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Basiskörper31 mit einer ringförmigen Zentrierschulter32 im Bereich seines Innendurchmessers besteht. Wie ersichtlich, ist der Garniturring30 auf seinem Außenumfang als Reißwerkzeug ausgebildet. Im Bereich des Außenumfanges des Garniturringes30 sind eine Vielzahl von Zähnen33 angeordnet, die durch Einfräsen einer in Umfangsrichtung schraubenförmigen Nut34 sowie im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse35 verlaufenden Einstichen36 gebildet sind. - Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des Trägerelementes
14 der Auflösewalze1 gemäß der1 beschrieben. Das Verfahren ist in derselben Weise auch auf den als Solidring ausgeführten Garniturring30 gemäß der2 anwendbar. Das Trägerelement14 wird mit einer mehrschichtigen, chemisch aufgebrachten Nickel-Phosphor-Beschichtung versehen, die dem Korrosions- und Verschleißschutz dient. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei mindestens zwei Schichten auf das Trägerelement14 aufgebracht, wovon die erste aufgebrachte Schicht als Grundbeschichtung und die mindestens eine darauf folgende als eine Verschleiß- und Korrosionsschutzschicht ausgebildet wird. - Vor Beginn des Beschichtungsverfahrens wird das Trägerelement
14 der Behandlung mit einer Beize zur Entfernung von Oxidschichten und zur Aktivierung der passiven Oberfläche unterzogen. Hierdurch wird eine Erhöhung der Reaktivität der Oberfläche durch Entfernen oder chemische Umwandlung von inaktiver Substanz auf der Oberfläche des Trägerelementes14 erreicht. Die Aktivierung der Oberfläche des Trägerelementes14 ist Voraussetzung für den nachfolgenden Beschichtungsprozess, um eine ausreichende Benetzung beziehungsweise Haftung der Beschichtungen zu gewährleisten. - Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine Grundbeschichtung aus einem Nichteisenmetall wie Nickel aufgebracht, die das Trägerelement
14 vollständig umgibt. Die Stärke der Grundbeschichtung beträgt zwischen 0,5 μm und 3 μm. Die aufgebrachte Grundbeschichtung ist dabei als eine reine Trägerschicht für die nachfolgenden Beschichtungen zu sehen. - Im Anschluss daran wird in einem chemischen Bad mindestens eine zweite Schicht, eine Nickel-Phosphor-Schicht, die das Trägerelement
14 vollständig umgibt, aufgebracht, die dem Verschleißschutz dient. Da das Trägerelement14 auf den Walzenkörper7 der Auflösewalze1 aufgepresst wird, sollte auf seinem Innenumfang keine zu große Beschichtungsdicke aufgebracht werden, um die für den Gleitsitz auf dem Walzenkörper7 erforderlichen Passungsmaße einzuhalten. Daher wird der Beschichtungsvorgang mit dem Erreichen einer Schichtdicke der ersten Nickel-Phosphor-Schicht von etwa 5 μm bis 10 μm unterbrochen und in das Trägerelement14 eine Abdeckung eingebracht, die die Innenfläche vollständig abdeckt. Im Anschluss daran wird das Trägerelement14 ein weiteres Mal dem chemischen Bad zugeführt, um eine den Ansprüchen an die Verschleißfestigkeit entsprechende Schichtstärke der Verschleißschutzschicht zu erreichen, indem eine zusätzliche zweite Nickel-Phosphor-Schicht aufgebracht wird. Der Vorgang der Aufbringung der zweiten Nickel-Phosphor-Schicht auf die erste Nickel-Phosphor-Schicht erfolgt in dem chemischen Bad unter Beibehaltung der für die Aufbringung der ersten Nickel-Phosphor-Schicht eingestellten Badparameter. Die Stärke der dritten Schicht kann je nach dem Grad der Beanspruchung und der Anwendung zwischen 10 μm und 25 μm variieren. Die hierfür gewählte Konzentration des Phosphors im Nickelbad richtet sich nach der angestrebten Härte der Oberfläche. Mit zunehmendem Phosphoranteil lässt sich eine größere Härte der Oberfläche erreichen. - An den Abschluss des Beschichtungsvorganges schließt sich eine Wärmebehandlung an, um die Aushärtung der zu diesem Zeitpunkt noch relativ weichen Nickel-Phosphor-Beschichtung zu erreichen. Dieser Vorgang erfolgt in einer Atmosphäre unter Sauerstoffausschluss, beispielsweise in einem Vakuumofen oder unter Schutzgasatmosphäre. Dabei wird die Temperatur unterhalb des Anlassbereiches des zu härtenden Trägerelementes gewählt, also unterhalb von 320° Celsius, um einen Härteabfall im Bereich der Spitzen des Trägerelementes zu vermeiden. Um bei Temperaturen unterhalb von 320°C die angestrebte Härte der Oberfläche des Garniturringes
17 ,30 zu erreichen, wird die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von mehr als 3 Stunden bis zu 6 Stunden durchgeführt. - Zudem treten unterhalb dieser Temperatur weniger Mikrorisse auf, begingt durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Nickelschicht und der Stahlmatrix, wie bei Temperaturen oberhalb des Anlassbereiches üblich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Härteanstieg der Oberfläche des Garniturringes
17 ,30 auf bi zu 1200 HV erreichbar. Darüber hinaus wird die Haftfestigkeit erhöht, weil die Druckspannung erhöht wurde. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3515153 C2 [0003]
- - DE 19813991 A1 [0004]
Claims (11)
- Verfahren zur Beschichtung eines Garniturringes (
17 ,30 ) einer Auflösewalze (1 ) zur Auflösung von Chemiefasermaterial, auf den mindestens zwei Schichten durch chemisches Beschichten aufgebracht werden, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, – dass auf den Garniturring (17 ,30 ) eine erste Schicht als Grundbeschichtung aus einem Nichteisenmetall aufgebracht wird, – dass auf die Grundbeschichtung mindestens eine weitere, hartstoffkörperfreie Schicht auf Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung aufgebracht wird, und – dass der beschichtete Garniturring (17 ,30 ) anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, der unterhalb der Anlasstemperatur des Grundmateriales des Garniturringes (17 ,30 ) liegt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb von 320° Celsius durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von mehr als 3 Stunden bis zu 6 Stunden durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung unter Ausschluss von Sauerstoff durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Nickel-Phosphor-Schicht eine zweite Nickel-Phosphor-Schicht aufgebracht wird, deren Aufbringung in einem Beschichtungsbad mit identischen Parametern durchgeführt wird, wie die Aufbringung der ersten Nickel-Phosphor-Schicht.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche des Garniturringes (
17 ,30 ) nach der Aufbringung der zweiten Beschichtung abgedeckt wird, bevor der Garniturring (17 ,30 ) dem Beschichtungsbad erneut zugeführt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nickel-Phosphor-Schicht in einer Stärke zwischen 5 μm und 10 μm aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nickel-Phosphor-Schicht in einer Stärke zwischen 10 μm und 25 μm aufgebracht wird.
- Garniturring (
17 ,30 ) für eine Auflösewalze (1 ) zur Auflösung von Chemiefasermaterial, dessen Oberfläche mit einer mindestens zwei Schichten umfassenden Beschichtung gemäß dem Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 8 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Garniturring (17 ,30 ) eine Grundbeschichtung aus einem Nichteisenmetall und mindestens eine weitere, hartstoffkörperfreie Schicht auf Basis einer Nickel-Phosphor-Legierung aufweist. - Garniturring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Garniturring ein Solidring (
30 ) ist. - Garniturring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Garniturring (
17 ) ein Trägerelement (14 ) aufweist, das auf seiner Oberfläche mit einer Nut (9 ) zur Aufnahme einer Sägezahngarnitur (10 ) versehen ist.
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