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Die
Erfindung betrifft eine Rundknetmaschine zum Rundkneten vorzugsweise
stangenförmiger Werkstücke W mit
einer um eine Durchlaufachse A des Werkstückes W angeordneten Hämmervorrichtung
und darin radial gegeneinander wirkende, hubbewegbare Werkzeuganordnungen,
welche an Gleit- und Kontaktflächen
relativ zueinander und/oder miteinander bewegbare Bauteile, vorzugsweise
Stößel, Ausgleichsplatte,
Werkzeugträger
sowie Werkzeug umfassen, und einem Hubantrieb, welcher in Richtung
der Durchlaufachse A Hubbewegungen der Werkzeuganordnungen erzeugt.
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Als
Rundkneten wird ein Freiformen zur Querschnittsverminderung an Werkstücken aus
Metall mit zwei oder mehreren Werkzeuganordnungen bezeichnet. Die
Werkzeuganordnungen umschließen
oszillierend den zu vermindernden Querschnitt ganz oder teilweise,
wirken gleichzeitig radial und/oder laufen relativ zum Werkstück um. Nahezu jeder
metallische Werkstoff kann mit Rundknetverfahren bearbeitet werden,
sofern eine ausreichende Dehnbarkeit des Materials vorhanden ist.
Auch gesinterte Werkstoffe können
rundgeknetet werden. Halbzeuge, beispielsweise aus Wolfram- und
Nickellegierungen, können
ebenfalls auf Rundknetmaschinen bearbeitet werden, wobei in Ausnahmefällen das Material
auch in erwärmtem
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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Beim
Rundkneten üben
die gegeneinander wirkenden Werkzeuganordnungen in schneller Folge auf
das umschlossene Werkstück
radiale Druckkräfte aus,
indem sie zur Werkstückachse
hin wegbegrenzte Hübe
ausführen.
Es wird dabei zwischen dem Vorschubverfahren zur Erzeugung langer
reduzierter Querschnitte bei vergleichsweise flachen Übergangswinkeln
und dem Einstechverfahren zur örtlichen
Querschnittsverminderung bzw.- zur Erzeugung steiler Übergangswinkel
unterschieden. Die Verringerung des Außendurchmessers führt bei
massiven Stäben
zu einer Verlängerung
des Werkstückes
an den Enden. Rohre unterliegen einem komplizierteren Werkstofffluss.
Längenzunahme,
Innendurchmesserabnahme und Änderung
der Wanddicken erfolgen wechselseitig in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften
und der Werkzeuggeometrie. In jedem Falle bleibt das Gesamtvolumen
konstant, da überwiegend
inkompressible Werkstoffe bearbeitet werden. Dabei sind Toleranzen
je nach Werkstückdurchmesser
beziehungsweise Werkstückwerkstoff
zwischen +/– 0,02
mm und +/– 0,2
mm herstellbar.
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Es
sind im Stand der Technik Rundknetmaschinen allgemein bekannt, welche
durch ihren Hubantrieb unterschieden werden. Beispiele sind der
Exzenterhubantrieb oder der Rollenhubantrieb.
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Beim
Exzenterhubantrieb sind Exzenterwellen in einem das Werkstück umgebenden
Gehäuse angeordnet
und wirken durch die Exzenterdrehung entsprechend ihrer Exzentrizität auf die
ihr zugeordnete Werkzeuganordnung ein, welche in Ausnehmungen mit
Längsführungen
aufgenommen sind.
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Beim
Rollenhubantrieb ist eine Hämmerwelle
um die Durchlaufachse A des Werkstücks W drehbar oder fest angeordnet.
Die Hämmerwelle
weist radiale Ausnehmungen auf, in denen Werkzeuganordnungen hubbewegbar
aufgenommen sind. Die Hämmerwelle
mit den Werkzeuganordnungen ist von einer Rollenbahn umgeben. In
der Rollenbahn sind Rollen in einem Rollenkäfig gehaltenen. Die Stößel der
Werkzeuganordnungen weisen jeweils einen Kopf auf, welcher in die
Rollenbahn übersteht.
Bei Drehung der Hämmerwelle
relativ zum Rollenkäfig überrollen
die Rollen in der Rollenbahn werkstückseitig die Köpfe und
auf der dem Werkstück
entgegengesetzten Seite stützen
sie sich an einem Lauf- oder Lagerring ab. Das Überrollen erzeugt eine Hubbewegungen
der Werkzeuganordnungen in Richtung der Durchlaufachse A. In der
Regel werden die Werkzeuganordnungen bei rotierenden Hämmerwellen
nach dem Überrollen
wieder von den Fliehkräften
oder Rückholfedern
in ihre Ruhelage gedrückt.
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Die
EP 0919310 B1 beschreibt
eine Rundknetmaschine mit Exzenterhubantrieb, deren Stößel in Längsführungen
geführt
sind. Die Längsführungen sind
ihrerseits gegenüber
dem Gehäuse
schwenkbar gehalten. Hierdurch werden Schwenkbewegungen ermöglicht,
die von den Hubbewegungen überlagert werden.
Die
EP 0476350 A1 offenbart
einen Rollenhubantrieb, bei dem die Stößel hubbewegbar in Führungen
geführt
sind, so dass das Werkzeug definierte Hubbewegungen ausführt.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken
in derartigen Rundknetmaschinen hat es sich gezeigt, dass der Hub
der einzelne Werkzeuge variiert. Auch ist die Kraftübertragung
auf das Werkstück
an jedem Werkzeug aufgrund unterschiedlicher Reibungsverhältnisse
in den einzelnen Werkzeuganordnungen verschieden. Hierzu wurde festgestellt,
dass die Oberflächen
der sich berührenden
Bauteile der einzelnen Werkzeuganordnungen herstellungs- und abnutzungsbedingte
Unterschiede aufweisen. Aus diesem Grunde geraten bei der Bearbeitung
mit Rundknetmaschinen des Standes der Technik die Werkzeuge häufig aus
der Zentrierung und müssen
in bestimmten Wartungsintervallen nachgestellt werden. Durch diese
Unterschiede der Werkzeuganordnungen wirken die Kräfte der
Werkzeuge bei der Bearbeitung nicht immer wie vorgesehen radial
auf die Durchlaufachse A gerichtet. Desweiteren sind die auf das
Werkstück
wirkenden Kräfte
durch derartige Unterschiede nicht immer gleich groß. Die Werkstücke werden
somit beim Reduzieren des Querschnitts gewalkt. Dieses Walken ermöglicht nur
geringe Genauigkeit bei der Herstellung, die für viele Anwendungsfälle mit
höheren
Genauigkeitsanforderungen nicht ausreichend ist. Die Vorteile des
Kaltformens sind daher für
diese Anwendungsfälle
nicht nutzbar. Darüber hinaus
wirken die Kräfte
bei diesem Walken auch nachhaltig auf die Bauteile der Rundknetmaschine zurück, so dass
diese höher
belastet werden und schneller verschleißen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Rundknetmaschine zur Verfügung zu
stellen, mit der die vorgenannten Nachteile überwunden werden und insbesondere
eine Werkstückbearbeitung
mit großer Genauigkeit
bei geringem Verschleiß und
damit geringem Wartungsaufwand gegenüber herkömmlichen Rundknetmaschinen
ermöglicht
wird.
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Eine
Lösung
dieser Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine dadurch
erreicht, dass die Gleit- und Kontaktflächen der Bauteile der Werkzeuganordnung
durch Mittel zur Gleitlagerung einander zugeordnet sind und dass
das Mittel zur Gleitlagerung vorzugsweise während der Hubbewegung die Bauteile
in eine optimale Kraftübertragungsposition
ausrichtet.
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Für die Gleitlagerung
kommen alle die Flächen
der Bauteile des Kraftübertragungswegs
in Betracht, welche die Kraft vom Hubantrieb zum Werkzeug übertragen.
Dies sind vorzugsweise Stößel, Ausnehmungen,
Werkzeugträger
und Werkzeuge, welche an ihren Gleitflächen relativ zueinander und zum
Gehäuse
oder der Hämmerwelle
sowie an den Kontaktflächen
miteinander bewegbar sind. Aber auch Ausgleichsplatten und keilförmige Zwischenstücke können mit
der erfindungsgemäßen Gleitlagerung
versehen sein. Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass
durch die Gleitlagerung die gesamte Anordnung der Bauteile der Werkzeuganordnung
in die für
die Kraftübertragung
günstigste Lage
gedrückt
und dort entsprechend dem Hub bewegt werden. Damit wird erreicht,
dass Unterschiede bei der Übertragung
der Hubkraft in jeder Werkzeuganordnung der Rundknetmaschine durch
die Gleitlagerung ausgeglichen werden.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Mittel
zur Gleitlagerung eine Gleitschicht erzeugt, welche die Reibung
zwischen den relativ zueinander bewegten Bauteilen vermindert. Dabei
werden Unterschiede der Oberflächen der
entsprechenden Bauteile oder Gehäusebereiche ausgeglichen. Über die
Gleitschicht werden die Hubkräfte
von einem Bauteil auf das nächste übertragen, ohne
dass die Kontaktflächen
sich berühren.
Auch bildet die Gleitschicht zwischen den relativ zueinander bewegten
Bauteilen eine Schmierung, womit die Bildung von Abrieb vermindert
wird.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass
das Mittel zur Gleitlagerung das Werkzeug in eine zentrierte Stellung
zur Durchlaufachse A beziehungsweise zum Werkstück ausrichtet. Das Werkzeug
wird so in eine Position gebracht, die für die Kraftübertragung auf das Werkstück am günstigsten
ist. Mit dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass sich die Kräfte der
aufeinander gerichteten, jeweils gleichzeitig auf das Werkstück einwirkenden,
gegenüberliegenden
Werkzeuge im wesentlichen gegenseitig aufheben, so dass am Werkstück weitgehend
unerwünschte
Querkräfte
und somit das Walken des Werkstücks
vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
wird durch diese erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
erreicht, daß hohe Bearbeitungsgenauigkeiten
möglich
sind und das Material des Werkstücks
gleichmäßig bearbeitet wird.
Darüber
hinaus wird erreicht, dass die Werkzeugbewegungen auf einander abgestimmt
erfolgen. Es werden Toleranzverbesserungen bis zu 50 % möglich, so
dass Toleranzen je nach Werkstückdurchmesser
und Werkstückwerkstoff
zwischen +/– 0,01
mm und +/– 0,1
mm herstellbar sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen abgestimmten Kraftübertragung
der Werkzeuge sind feinere Maße
an Werkstücken
herstellbar. Die Vorteile des Kaltformens können somit für Anwendungen
genutzt werden, die bisher aufgrund spezifischer Besonderheiten,
insbesondere geringerer Toleranzen, von der Herstellung durch Kaltformung
ausgeschlossen waren.
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Je
nach Querschnittsabnahme und Verfestigungsverhalten des Werkstoffes
werden durch das Rundkneten mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
Steigerungen der Zugfestigkeit am Werkstück erreicht. Dieser Vorteil
der Kaltumformung erlaubt, weniger feste Ausgangsmaterialien einzusetzen
und dadurch einen zusätzlichen
Kostenvorteil zu nutzen und gleichzeitig die Belastbarkeit des Werkstückes zu
erhöhen.
Zusätzlich
steigern die Druckeigenspannungen in der Oberfläche die Biegewechselfestigkeit
des Werkstücks.
Ferner können
Querschnitte in der Regel ohne zwischengeschaltete Wärmebehandlung
weiter umgeformt werden. Erfahrungsgemäß werden beim Rundkneten mit
der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
pro Arbeitsgang größere Querschnittsabnahmen
als bei herkömmlichen
Rundknetmaschinen erreicht.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
werden dadurch zur Verfügung
gestellt, dass das Mittel zur Gleitlagerung magnetische, insbesondere
elektromagnetische Führungselemente
umfassen, welche mittels magnetischer Induktion eine Gleitschicht
erzeugen und die Bauteile der Werkzeuganordnung relativ zueinander ausrichten.
Desweiteren sind Wälzkörper oder
pneumatische Führungselemente
als Mittel zur Gleitlagerung möglich,
welche mechanisch oder mit pneumatischem Druck die Bauteile der
Werkzeuganordnung relativ zueinander ausrichten.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine wird dadurch
erreicht, dass das Mittel zur Gleitlagerung eine hydraulische Flüssigkeit
umfasst, welche die Gleit- und Kontaktflächen der Bauteile der Werkzeuganordnung
beaufschlagt. Vorzugsweise gelangt die hydraulische Flüssigkeit
dabei über
Taschen an den Bauteilen zu den Gleit- und Kontaktflächen. Als
Taschen werden dabei Ausformungen auf den jeweiligen Flächen der Bauteile
vorgesehen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist auch vorgesehen,
dass die Taschen eine Form aufweisen, welche den Aufbau eines partiellen hydraulischen
Drucks zwischen den Gleit- und Kontaktflächen unterstützen. Hierbei
wird durch die Relativbewegung und die Form der Taschen der partielle Druck
an den hierfür
vorgesehenen Stellen erzeugt. Der partielle Druck wird so vorteilhafterweise
genutzt, um die Bauteile entsprechend in eine optimale Kraftübertragungsposition
zu drücken,
während
die Bauteile sich relativ zueinander bewegen.
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Zur
Erzeugung der hydraulischen Gleitlagerung ist erfindungsgemäß auch vorgesehen,
dass externe druckerzeugende Mittel, vorzugsweise eine Hydraulikpumpe,
den hydraulischen Druck erzeugen. Als druckübertragendes Medium dient hydraulische Flüssigkeit,
welche die Bauteile der Werkzeuganordnung beaufschlagt. Insbesondere
wenn nur geringer partieller Druck zur Ausrichtung der Bauteile
erzeugt werden kann, werden die Bauteile durch Beaufschlagung mit
externen Druck in die optimale Kraftübertragungsposition ausgerichtet.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Rundknetmaschine wird dadurch erreicht,
dass Werkzeug und Werkzeugträger
miteinander verbunden und mittels Gleitlagerung relativ zueinander
bewegbar sind.
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Unabhängig von
der Position des Werkstücks
und der übrigen
Werkzeuganordnung kann es erforderlich sein, das Werkzeug auszurichten.
Vorteilhafterweise kann dies dadurch erreicht werden, dass das Werkzeug
relativ zum Werkzeugträger
und damit auch zu den anderen Kraftübertragungskomponenten verstellbar
ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Werkzeug entweder
zu zentrieren oder gezielt in eine nichtzentrierte Stellung zum
Werkstück zu
bringen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführung
der Rundknetmaschine wird mit einem Rollenhubantrieb erreicht. Dieser
weist in einer um die Durchlaufachse A des Werkstücks W drehbar
angeordneten Hämmerwelle
radiale Ausnehmungen auf. In den Ausnehmungen sind die Werkzeuganordnungen
hubbewegbar aufgenommen. Eine Rollenbahn mit in einem Rollenkäfig gehaltenen
Rollen umgibt die Hämmerwelle,
wobei die Stößel Köpfe aufweisen,
welche in die Rollenbahn überstehen.
Beim Überrollen
der Köpfe
durch die Rollen werden Hubbewegungen der Werkzeuganordnungen in
Richtung der Durchlaufachse A erzeugt. Dabei ist vorgesehen, dass
das Mittel zur Gleitlagerung während
der Hubbewegung die Rollen beziehungsweise den Kopf in eine optimale Kraftübertragungsposition
ausrichtet. Mit dieser Ausführungsform
wird erreicht, dass Kraftunterschiede, die durch die Bauteile dieses
Hubantriebs bedingt sind, ebenfalls ausgeglichen werden können.
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Da
nahezu jeder metallische Werkstoff mit dem erfindungsgemäßen Rundknetverfahren
bearbeitet werden kann, sofern er eine ausreichende Dehnung aufweist,
sind die Einsatzmöglichkeiten vielfältig. Die
Bearbeitung von gesinterten Werkstoffen ist dabei ebenso vorteilhaft
möglich,
wie die Bearbeitung von Legierungen, beispielsweise aus Wolfram
oder Nickel, wobei in Ausnahmefällen
das Material auch in erwärmten
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft veranschaulicht.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
mit Rollenhubantrieb im Querschnitt senkrecht zur Durchlaufachse
A mit Ausnehmungen und Taschen für
eine hydraulische oder pneumatische Gleitlagerung;
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2 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
mit Rollenhubantrieb im Querschnitt senkrecht zur Durchlaufachse
A mit Ausnehmungen für hydraulische
Gleitlagerung;
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1 zeigt
eine Rundknetmaschine 1 mit Rollenhubantrieb zum Rundkneten
stangenförmiger Werkstücke W bestehend
aus einem Gehäuse 2,
in dem eine um die Durchlaufachse A des Werkstückes W gelagerte Hämmerwelle 3 angeordnet
ist. Die Hämmerwelle 3 weist
gegeneinander wirkende und hubbewegbare Werkzeuganordnungen 4 auf,
welche in radiale Ausnehmungen 5 aufgenommen sind. Die Werkzeuganordnungen 4 umfassen
jeweils einen Stößel 6,
der werkstückseitig
an vorzugsweise keilförmige
Ausgleichsplatten 7 anliegt. An der Ausgleichsplatte 7 ist
mittels Werkzeugträger 8 wenigstens
ein Werkzeug 9 befestigt. Der Rollenhubantrieb weist in
einer um die Hämmerwelle 3 geführten Rollenbahn 10 Rollen 11 auf,
welche in einem Rollenkäfig 12 gehalten
sind und sich gegen einen Lauf- oder Lagerring abstützen. An
der dem Werkzeug 9 entgegengesetzten Seite weist der Stößel 6 einen
Kopf 13 auf, welcher in die Rollenbahn 10 hineinragt.
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Bei
Drehung des Rollenkäfigs 12 in
der Rollenbahn 10 relativ zur Hämmerwelle 3 werden
die Rollen 11 über
die Köpfe 13 der
Stößel 6 geführt. Jeder
Stößel 6 führt während des Überrollens
eine Hubbewegung aus, wobei die Ausgleichsplatte 7 und
das Werkzeug 9 in Richtung der Durchlaufachse A des Werkstücks W bewegt
werden. Dabei beaufschlagen alle Werkzeuge 9 der Hämmerwelle 3 das
Werkstück W
gleichzeitig.
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In
der Zeichnung ist die Durchlaufachse A senkrecht zur Bildebene durch
das Werkstück
W dargestellt. Im günstigsten
Falle weisen alle Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 14 der Werkzeuganordnungen 4 im
Kraftübertragungsweg
die erfindungsgemäße Gleitlagerung
auf.
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Die
Ausnehmungen 5 der Hämmerwelle 3 sind
mit Taschen 15 versehen. Die Taschen 15 sind mit
einem nicht in der Zeichnung dargestellten Reservoir verbunden,
in dem eine hydraulische Flüssigkeit enthalten
ist. Durch die Taschen 15 gelangt die hydraulische Flüssigkeit
an die Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 14 der Werkzeuganordnungen 4 und
des Hubantriebs. Durch die hydraulische Flüssigkeit wird ein partieller
Druck erzeugt, der die Bauteile der Werkzeuganordnungen 4 im
wesentlichen gleichmäßig beaufschlagt.
Durch externe druckerzeugende Mittel, wie beispielsweise eine Hydraulikpumpe,
die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann der Druck im Reservoir
erhöht
und somit die Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 14 weiter beaufschlagt
werden. Durch die Einwirkung der hydraulischen Flüssigkeit auf
diese Flächen 14 werden
die diesen entsprechend zugeordneten Bauteile der Werkzeuganordnungen 4 in
Ihrer Lage während
der Hubbewegung zentriert. Darüber
hinaus werden die Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 14 mit der hydraulischen
Flüssigkeit ständig benetzt,
so dass eine Schmierung erzeugt wird, welche die Reibung zwischen
den bewegbaren Bauteilen vermindert. Die Ausrichtung der Bauteile
in den Ausnehmungen 5 und die Verminderung der Reibung
bewirken, dass die Werkzeuganordnungen 4 im wesentlichen
gleiche Bedingungen der Kraftübertragung
aufweisen. Hierdurch wirken im wesentlichen gleiche Hubkräfte von
jedem Werkzeug 9 aus zentriert auf das Werkstück W ein.
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Unerwünschte Krafteinwirkungen
auf die Werkzeuge 9 oder die Werkzeuganordnungen 4 werden
vorteilhafterweise von der Gleitlagerung aufgefangen und ausgeglichen.
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2 zeigt
eine Rundknetmaschine 1 zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W wie
in 1 mit einer hydraulischen Gleitlagerung. Die Ausnehmungen 5 sind
dabei mit externen druckerzeugenden Mittel, beispielsweise einer
Hydraulikpumpe, ausgestaltet. Während
die Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 14 mit
Druck beaufschlagt werden, können
die Bauteile in ihrer Lage in der Ausnehmung 5 ausgerichtet
werden. Hierdurch werden die Vorteile der Erfindung erreicht werden,
ohne dass besondere Ausformungen 15 an den Gleit-, Roll-
und Kontaktflächen 14 notwendig
sind.
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Erfindungsgemäß ist der
Einsatz einer magnetischen oder pneumatischen Gleitlagerung bei
dieser Ausgestaltung ebenso möglich
wie eine Gleitlagerung durch Wälzkörper, welche
in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Dabei werden die Bauteile
der Werkzeuganordnungen 4 in den Ausnehmungen 5 so mit
der entsprechenden Gleitlagerung gekoppelt, dass die gewünschte Ausrichtung
der Bauteile möglich
ist.