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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein die Schotterstopfaggregate für Eisenbahngleise. Im einzelnen
bezieht sich diese Erfindung auf einen Hebe- und Absenkmechanismus
des Stopfkopfes zwischen einer oberen und einer unteren Position.
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Bei den Eisenbahnen ist es erforderlich,
die Gleise zu konsolidieren, indem die Schwellen durch ein „Stopfen" genanntes Verfahren
fest eingebettet werden. Dieses besteht darin, dass der Schotter
mittels Vorrichtungen, die Stopfaggregate genannt werden und tatsächlich vibrierende
Zangen sind, unter die Schwellen gebracht wird. Diese Zangen werden zu
beiden Seiten einer Schwelle in den Schotter gedrückt, wobei
sie mit einer bestimmten Frequenz, die an die Eigenfrequenz des
Schotters angrenzt, in Vibration versetzt werden und wobei die Zange
in eine Schließbewegung
versetzt wird, die die Verdichtung des Schotters unter der Schwelle
bewirkt.
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Bei einem solchen Stopfaggregat ist
der Stopfkopf, das heißt,
jener Teil, der mit vibrierenden Werkzeugen ausgestattet ist, welche
in den Schotter hineingedrückt
werden, vertikal beweglich zwischen einer oberen und einer unteren
Position montiert. In der oberen Position des Stopfkopfes können die Werkzeuge
die unteren Teile der Schienenspur der Stopfmaschine freigeben.
In der unteren Position kann der Stopfkopf den Schotter unter den
Schwellen verdichten. Diese untere Position ist je nach Schwellentyp
des zu stopfenden Bahngleises einstellbar; die Einstellung der unteren
Position erfolgt so, dass das freie untere Ende der Werkzeuge des
Stopfaggregats etwa 15 mm weit unter die Schwellen eingebracht wird.
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Die
1 und
2 des anliegenden schematischen
Zeichnungssatzes zeigen ein Stopfaggregat mit einem Hebe- und Absenkmechanismus
aktueller Bauweise, so wie er im Prinzip in den Dokumenten GB 968697
und
US 2926617 A offengelegt
ist, wobei die
1 eine
Ansicht von vorn und
2 eine
Ansicht von der Seite ist. Das Stopfaggregat umfasst ein vertikales
Chassis
1, das mit einer vertikalen linearen Führung
2 ausgestattet
ist, auf der ein Träger
3 für den Stopfkopf
montiert ist, der den eigentlichen Stopfkopf
4 trägt. An diesem
Kopf
4 sind symmetrisch, jeweils um paralle le und horizontale
Achsen
5 und
6 herum, mit Gelenkverbindung zwei
Werkzeughalter
7 und
8 befestigt, die jeweils
an ihren unteren Enden mit Stopfwerkzeugen
9 und
10 ausgerüstet sind.
Eine vom Mittelteil des Stopfkopfes
4 getragene motorisierte
Exzenter-Vorrichtung
11 versetzt die Werkzeuge
9 und
10 in
Vibration. Die jeweiligen oberen Enden der zwei Werkzeughalter
7 und
8 sind durch
einen hydraulischen Einstell-Zylinder
12 verbunden,
der horizontal angeordnet ist.
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Ein weiterer Hydraulikzylinder 13,
der vertikal angeordnet ist, sorgt für die Hebe- und Absenkbewegungen
des Stopfkopfes 4. Das untere Ende des Zylinders 13 ist
mit der unteren Traverse des Chassis 1 verbunden, wogegen
sein oberes Ende mit dem Träger 3 des
Stopfkopfes verbunden ist, um diesen Träger 3 entlang der
linearen Führung 2 zu
verschieben. Der Hub des Hydraulikzylinders 13 ist hier
mit C bezeichnet und entspricht dem Abstand zwischen der oberen
Position und der unteren Position der Stopfwerkzeuge 9 und 10 (siehe
im einzelnen unten in 1).
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Bei einer solchen bekannten Ausführung ist der
maximale Raumbedarf bezüglich
der Höhe
des Stopfaggregats abhängig
von der Länge
des ausgefahrenen Hydraulikzylinders 13. Dieser Raumbedarf ist
zur Zeit beträchtlich,
was insbesondere Sicherheitsprobleme aufwirft.
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In der Tat umfasst die Maschine eine
Plattform, die sich oberhalb des Chassis des Stopfaggregats befindet,
eine Plattform, auf die sich der Bedienungsmann stellen muß, um das
Stopfaggregat hydraulisch und mechanisch mit einer Hebevorrichtung zu
koppeln, wie etwa einem auf der Baustelle eingesetzten Hydraulikbagger.
Da sich die Plattform etwa 2 Meter über dem Boden befindet, besteht
für den Bedienungsmann
das Risiko, abzustürzen
und mehr oder weniger schwere Verletzungen davonzutragen. Außerdem besteht
das Risiko, dass der Bedienungsmann einen Stromschlag erhält, wenn
die Hebevorrichtung unter einer unter Spannung stehenden Fahrleitung
steht.
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Auf diesem Gebiet ist durch das Dokument CH
285054 A (auf dem die Präambel
des Anspruchs 1 beruht) auch ein Hebe- und Absenkmechanismus bekannt,
der einen praktisch senkrecht angeordneten Hydraulikzylinder umfasst,
wobei ein Ende des Zylinders am Chassis des Stopfaggregats angelenkt ist
und das andere Ende des Zylinders an einem Zwischenpunkt eines Zwischenglieds
angelenkt ist, das ein erstes Ende be sitzt, das aum eine horizontalen Achse
mit einer Kurbel gelenkig verbunden ist. Das zweite Ende des Zwischenglieds
ist mit Gelenkverbindung am Chassis des Stopfaggregats befestigt. Die
Kurbel ist am Träger
des Stopfkopfes schwenkbar montiert, wobei sich diese Kurbel von
ihrer Gelenkachse am ersten Ende des Zwischenglieds nach unten erstreckt
in Richtung auf das obere Ende des Stopfkopf-Trägers, an dem sie angelenkt
ist.
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Aufgrund dieser Konfiguration bleibt
die Gesamthöhe
des Mechanismus unter Berücksichtigung der
Länge der
Kurbel beträchtlich.
Außerdem
unterliegt die Kurbel beim Eindringen des Stopfkopfes in den Schotter
einer Druckbeanspruchung, also einer Knickung. Da sich die zwei
Gelenkverbindungen der Kurbel auf dem Zwischenglied beziehungsweise
auf dem Träger
des Stopfkopfes befinden, also an zwei beweglichen Teilen, ist die
Kurbel zudem instabil montiert, und zwar nahe bei den vibrierenden
Elementen, was Stöße, die
sich in der Frequenz der Vibrationen wiederholen, sowie störende Geräuschemissionen
verursacht. Eine solche Ausführung
ist demnach noch nicht zufriedenstellend.
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Die vorliegende Erfindung hat die
Aufgabe, die vorstehend dargestellten Nachteile insgesamt zu beseitigen,
und sie hat folglich das Ziel, den Raumbedarf bezüglich der
Höhe des
Hebe- und Absenkmechanismus, also den Raumbedarf des Stopfaggregats
selbst, deutlich so zu reduzieren, dass die Unfallrisiken für den Bedienungsmann
wegfallen, dass jedoch der tatsächlich
vom Stopfkopf ausgeführte vertikale
Hub beibehalten wird. Die Erfindung hat auch die Aufgabe, die Leistung
einer solchen Maschine erheblich zu steigern, indem die Hebe- und
Absenk-Geschwindigkeit des Stopfaggregats verdoppelt wird, jedoch
unter Beibehaltung des hydraulischen Durchsatzes, der jetzt dem
Hebe- und Absenk-Zylinder zugeführt
wird. Schließlich
hat die Erfindung die Aufgabe, die mechanischen Belastungen vor
allem der Kurbel beim Eindringen des Stopfkopfes in den Schotter
zu reduzieren und außerdem
die Lärmbelastigungen
während
des Betriebs zu vermindern.
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Daher bezieht sich die Erfindung,
wie sie Gegenstand des anliegenden Anspruchs 1 ist, im wesentlichen
auf einen Hebe- und Absenkmechanismus der in der Einleitung präzisierten
Art für
Schotterstopfaggregate, ein Mechanismus, der einen im wesentlichen
senkrecht angeordneten Hydraulikzylinder umfasst, dessen eines Ende
eine Gelenk verbindung am Chassis des Stopfaggregats besitzt und dessen
anderes Ende an einem Zwischenpunkt eines Zwischenglieds angelenkt
ist, das ein erstes Ende mit Gelenkverbindung um eine horizontale Achse
an einer Kurbel besitzt, wobei dieser Mechanismus dadurch gekennzeichnet
ist, dass das zweite Ende des Zwischenglieds eine Gelenkverbindun,
um eine horizontale Achse mit dem Träger des Stopfkopfes hat, während die
Kurbel schwenkbar am Chassis des Stopfaggregats montiert ist, und
zwar um eine horizontale Achse, die sich an einer senkrechten Fläche dieses
Chassis befindet.
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Folglich benutzt der Hebe- und Absenkmechanismus
für ein
Schotterstopfaggregat, der Gegenstand der Erfindung ist, einen Hydraulikzylinder,
dessen Hub mechanisch vergrößert wird
durch eine Vorrichtung mit Zwischenglied und Kurbel, die kombiniert
wird mit der vertikalen linearen Führung des Trägers des
Stopfkopfes. Die Kurbel sorgt für
die Führung
der Drehbewegung des Zwischenglieds an einem seiner Enden. Das andere
Ende des Zwischenglieds, das eine Gelenkverbindung zum Träger des Stopfkopfes
hat, gewährleistet
das Halten und die vertikale Verschiebung dieses Kopfes, wobei dieses andere
Ende vertikal durch die vertikale Führung des Trägers des
Stopfkopfes geführt
wird.
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In dem Maß, wie ein Ende des Zylinders praktisch
in der Mitte des Zwischenglieds angelenkt ist, ist der Hub des Stopfkopfes
zwischen seiner oberen Position und seiner unteren Position annähernd gleich
dem doppelten Hub des Zylinders.
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So ermöglicht die Erfindung, unter
Beibehaltung der gewöhnlichen
Amplitude des Hebe- und Absenk-Hubs des Stopfkopfes, den Hub beträchtlich
zu reduzieren, folglich die vom Zylinder, der die Hebe- und Absenk-Bewegung
bewirkt, zurückgelegte
Strecke, was die radikale Änderung
der Konfiguration des Stopfaggregats ermöglicht, indem sein Raumbedarf, insbesondere
bezüglich
der Höhe,
beträchtlich
verringert wird und als Folge davon eine deutliche Erhöhung der
Hebe- und Absenk-Geschwindigkeit dank der Vergrößerung des Zylinderhubs erreicht
wird. Die in der vorliegenden Erfindung vorgestellte Lösung ermöglicht auch
eine Reduzierung der Gesamthöhe des
ganzen Mechanismus (verglichen mit der Ausführung im Dokument CH 285054
A) durch die Wahl einer seitlichen Anordnung der Kurbel gegenüber dem
Chassis des Stopfaggregats.
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Infolgedessen kann sich der Bedienungsmann,
wenn er das Stopfaggregat mit einem Hydraulikbagger hydraulisch
und mechanisch koppeln will, von nun an auf eine Treppenstufe stellen,
die sich unten am Grundchassis des Stopfaggregats befindet, wodurch
jede erhöht
liegende Plattform wegfällt
und die damit verbundenen Unfallrisiken (Sturz, Stromschlag) beseitigt
werden und so die aktuellen Sicherheitsprobleme gelöst werden.
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Außerdem ermöglicht es die Erfindung, da hierbei
der Hub des Hebe-/Absenk-Zylinders
des Stopfkopfes durch einen Vergrößerungsmechanismus im wesentlichen
halbiert wird, die Hebe- und Absenk-Geschwindigkeiten des Stopfkopfes
praktisch zu verdoppeln und folglich die Leistung des Stopfaggregats
deutlich zu steigern.
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Die von der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagene Lösung
ist ebenso einfach wie wirtschaftlich. Einerseits ist der Mechanismus
selbst besonders einfach, weil er nur das Hinzufügen eines Zwischenteils und
einer Kurbel erfordert, während
die Länge
des Hydraulikzylinders reduziert wird. Andererseits werden die Außenmaße und das
Gewicht des Stopfaggregats reduziert, während die obere Plattform,
deren Schutzgeländer
und deren Zugangsleiter entfallen. Auch die Steigerung der Maschinenleistung,
die durch den Mechanismus für
die Hubvergrößerung des
Zylinders erreicht wird, stellt einen wichtigen wirtschaftlichen
Gewinn dar.
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Im Vergleich zu dem vorgenannten
Dokument CH 285054 A liefert die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene
Lösung
schließlich
eine Verringerung der mechanischen Belastungen während des Betriebs und eine
Reduzierung der Geräuschemissionen.
Insbesondere unterliegt die Kurbel während des Eindringens des Stopfkopfes
in den Schotter einer Zugkraft (und nicht mehr einer Druckkraft), wodurch
das Knicken der Kurbel in dieser Phase beseitigt werden kann, in
der die mechanischen Belastungen am stärksten sind. Außerdem besitzt
die Kurbel ein einziges bewegliches Gelenk, da diese Kurbel zwischen
einem feststehenden Chassis und dem Zwischenglied montiert ist,
was sie vollkommen stabil macht und von den vibrierenden Elementen
entfernt, woraus sich eine bedeutende Verringerung der Stöße und der
Lärmbelästigung
ergibt. Die erfindungsgemäße Lösung bringt
so eine fühlbare
Verbesserung durch eine überlegte
Anordnung der Kurbel und ihrer Gelenkverbindungen.
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Die Erfindung wird besser verstanden
werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung mit Bezug auf den anliegenden
schematischen Zeichnungssatz, der beispielhaft ein Ausführungsbeispiel
dieses Hebe- und Absenkmechanismus für ein Schotterstopfaggregat
darstellt:
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1 (bereits
erwähnt)
ist eine Vorderansicht eines Stopfaggregats mit Hebe- und Absenkmechanismus
nach dem Stand der Technik;
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2 (bereits
erwähnt)
ist eine Seitenansicht entsprechend der 1;
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3 ist
eine Vorderansicht eines Stopfaggregats mit Hebe- und Absenkmechanismus
entsprechend der vorliegenden Erfindung, in der Position „oben";
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4 ist
eine Seitenansicht entsprechend der 3;
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5 ist
eine andere Vorderansicht des Stopfaggregats mit Hebe- und Absenkmechanismus entsprechend
der Erfindung, in der Position „unten";
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6 ist
eine Seitenansicht entsprechend der 5;
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7 zeigt
eine Stopfmaschine nach dem Stand der Technik, die in Kombination
mit einem Hydraulikbagger (teilweise dargestellt) benutzt wird;
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8 ist
eine der 7 ähnliche
Ansicht, die den Einsatz einer erfindungsgemäßen Stopfmaschine in Kombination
mit einem Hydraulikbagger (teilweise dargestellt) zeigt;
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In den 3 bis 6 ist ein Stopfaggregat dargestellt,
dessen allgemein bekannte Elemente mit den gleichen numerischen
Kennziffern bezeichnet sind wie diejenigen der 1 und 2.
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So umfasst dieses Stopfaggregat immer
ein senkrechtes Chassis 1, das mit einer vertikalen linearen
Führung 2 ausgestattet
ist, an der ein Träger
für den
Stopfkopf 3 montiert ist, der den Stopfkopf 4 trägt. Zwei
Werkzeughalter 7 und 8, die jeweils um hori zontale
Achsen 5 und 6 angelenkt sind, tragen jeweils
Stopfwerkzeuge 9 und 10, die durch eine Exzenter-Vorrichtung 11 in
Vibration versetzt werden.
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Der Hebe- und Absenkmechanismus,
der insgesamt mit der Kennziffer 14 bezeichnet ist, besteht
aus einem Hydraulikzylinder 15, einem Zwischenglied 16 und
einer Kurbel 17.
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Der im wesentlichen senkrecht angeordnete Hydraulikzylinder 15 hat
einen Zylinderkörper,
der an seinem unteren Ende um eine horizontale Achse 18 gelenkig
am unteren Teil des Chassis 1 des Stopfaggregats befestigt
ist, insbesondere an einer Hülse 19, die
an der unteren Traverse des Chassis befestigt ist. Die Kolbenstange
des Zylinders 15 ist an ihrem oberen Ende um eine weitere
horizontale Achse 20 an einem praktisch auf halber Länge des
Zwischenglieds 16 gelegenen Punkt gelenkig montiert.
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Das Zwischenglied 16 ist
an einem Ende um eine horizontale Achse 21 am Träger 3 des
Stopfkopfes angelenkt. Das andere Ende des Zwischenglieds 16 ist
um eine horizontale Achse 22 mit einem Ende der Kurbel 17 gelenkig
verbunden.
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Die Kurbel 17 ist selbst
schwenkbar montiert, und zwar um eine feststehende horizontale Achse 23,
die sich an einer senkrechten Seite des Chassis 1 des Stopfaggregats
befindet. Die zuvor erwähnten verschiedenen
horizontalen Achsen 18, 20, 21, 22 und 23 sind
alle parallel zueinander und stehen senkrecht zur Ebene des Chassis 1.
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Die Betätigung des Hydraulikzylinders 15 verschiebt
das Zwischenglied 16 in seiner vertikalen Ebene. Bei seiner
Verschiebung wird das Zwischenglied 16 an einem Ende von
dem entsprechenden Ende der Kurbel 17 geführt, das
einen auf die Achse 23 zentrierten Kreisbogen beschreibt.
Das andere Ende des Zwischenglieds 16 wird auf einer vertikalen Bahn
geführt,
da es mit dem Träger 3 des
Stopfkopfes verbunden ist, der seinerseits von der vertikalen Führung 2 geführt wird,
die zum Beispiel von einer einzigen zentralen Führungssäule gebildet wird.
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Die 3 und 4 zeigen das Stopfaggregat mit
seinem Stopfkopf 4 in der oberen Position, wobei der Zylinder 15 so
ausgefahren ist, dass das Zwischenglied 16 sich oben befindet.
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Durch Einziehen des Zylinders 15 wird
das Zwischenglied in Richtung auf seine Absenkung geschwenkt, wobei
die Kurbel 17 den „Ausgleich" für die Änderung
der Länge
(in horizontaler Ausdehnung) des Zwischenglieds 16 gewährleistet.
Wenn der Zylinder 15 ganz eingezogen ist, ist das Zwischenglied 16 maximal
abgesenkt und der Stopfkopf 4 nimmt seine untere Position
ein – siehe
die 5 und 6.
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Die untere Position wird für die Stopfwerkzeuge 9 und 10 auch
in 3 vorgeführt, die
so den vertikalen Hub C des Stopfkopfes 4 sichtbar macht. Wie
diese 3 zeigt, ist der
Hub C1 des Zylinders 15 im wesentlichen gleich der Hälfte des
Hubes C des Stopfkopfes 4. Auf diese Weise gewährleistet
der Hebe- und Absenkmechanismus 14 die Verdopplung der
Bewegungen des Zylinders 15 und liefert so eine kompakte
Ausführung
des Stopfaggregats, insbesondere eine Reduzierung seines Raumbedarfs
in der Höhe.
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Das wird noch genauer gezeigt durch
die Gegenüberstellung
der 7 und 8. Die 7 zeigt eine Stopfmaschine 24 nach
dem Stand der Technik, das heißt,
mit einem den 1 und 2 entsprechenden Hebe- und
Absenkmechanismus, wobei die Maschine 24 im Kombination
mit einem Hydraulikbagger 25 benutzt wird, der teilweise
mit seinem Arm 26 dargestellt ist. Damit der Bedienungsmann
die Maschine 24 mit dem Bagger 25 mechanisch und
hydraulisch koppeln kann, ist im oberen Bereich des Grundchassis 27 dieser
Maschine 24 eine Plattform 28 mit Sicherheitsgeländer 29 vorgesehen;
die Maschine umfasst an der Seite auch noch eine Leiter 30 für den Zugang
zur Plattform 28. Unter Berücksichtigung der großen Höhe H der
Maschine 24 besteht für
den auf der Plattform 28 stehenden Bedienungsmann einerseits
Absturzgefahr und andererseits die Gefahr eines Stromschlags, wenn
die Maschine 24 unter einer unter Spannung stehenden Fahrleitung
aufgestellt ist. Im Vergleich hierzu zeigt die 8 eine Stopfmaschine 31 mit
erfindungsgemäßem Hebe-
und Absenkmechanismus 14. Die Gesamthöhe h dieser Maschine 31 ist
beträchtlich
reduziert, eine einfache seitliche Treppenstufe 32 in geringer
Höhe genügt, damit
der Bedienungsmann zum oberen Teil der Maschine 31 gelangen
kann, um die Arbeiten des mechanischen und hydraulischen Anschlusses
an den Arm 26 des Hydraulikbaggers 25 durchzuführen. So sind
die Verletzungsgefahren infolge eines Sturzes des Bedienungsmannes
oder eines Stromschlags beseitigt. Außerdem wird die Leistung der
Maschine durch die vorliegende Erfindung optimiert, denn unter Beibehaltung
des hydraulischen Durchsatzes der Pumpe (nicht gezeigt), die hier
den Zylinder 15 versorgt, werden die Geschwindigkeiten
der Hebe- und Absenk-Bewegung des Stopfaggregats praktisch verdoppelt
im Vergleich mit der Stopfmaschine 24 nach dem Stand der
Technik.
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Man würde den Rahmen der Erfindung,
so wie sie in den anliegenden Ansprüchen definiert ist, nicht verlassen,
wenn man Details der Konstruktion ändert oder die Zahl der Stopfwerkzeuge
vervielfacht.