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Die
Erfindung betrifft eine Wellenkupplung sowie die Verwendung einer
Wellenkupplung für
einen elektrischen Schalter. Darüber
hinaus betrifft die Vorrichtung einen elektrischen Schalter.
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Bei
einem Einbau von elektrischen Schaltgeräten in Schaltergehäuse, Kapselungen
beziehungsweise Schaltschränke
und dergleichen kommt es häufig
zu Maßabweichungen,
die beispielsweise durch Fertigungstoleranzen oder Ungenauigkeiten beim
Einbau entstehen. Insbesondere wenn das Schaltgerät beispielsweise
an der Rückwand
eines Schaltschrankes befestigt ist und ein Schaltgriff an der als
Tür ausgebildeten
Vorderwand des Schaltschrankes vorgesehen ist, können Maßabweichungen dazu führen, dass
ein Zusammenwirken von der Betätigungswelle
des Schaltgerätes
und dem Türkupplungsdrehantrieb
erschwert oder verhindert wird.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lösungen zum Ausgleich derartiger
Fehlanpassungen bekannt. So beschreibt beispielsweise
DE 39 39 715 A1 eine Anordnung
mit drei gleitverschieblich aneinander liegenden Kupplungsscheiben,
die mittels Schrauben aneinander fixiert und von an den Kupplungsscheiben
eingehängten
Formfedern zentriert werden. Von Nachteil hierbei ist es, dass der
Zusammenbau der Kupplung verhältnismäßig aufwendig
ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Toleranzausgleich
zwischen einer ersten Welle und einer damit zu verbindenden zweiten
Welle beziehungsweise einem anderen Bauteil auf konstruktiv einfache
Art und Weise bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wellenkupplung nach Anspruch 1 beziehungsweise
durch die weiteren in den unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Erfindungsgegenstände
gelöst.
Danach ist eine Wellenkupplung mit wenigstens einem einer Welle
zugeordneten Gleitstück
vorgesehen, das zur Bildung einer quer beweglichen Kupplung unter
Ausbildung einer Spielpassung in einem Kupplungsgehäuse einliegt,
wobei wenigstens ein Federelement vorgesehen ist, welches das Gleitstück beaufschlagt, wenn
sich dieses außerhalb
seiner Ruhelage befindet.
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Diese
Wellenkupplung kann dabei sowohl dazu dienen, zwei Wellen miteinander
zu verbinden. Es ist aber auch eine Verwendung möglich, bei der eine Welle mit
einem anderen Bauteil über
die Kupplung verbunden wird. Dabei ist wesentlich, dass die Bewegungen
der angetriebenen Welle mit gleicher Drehzahl und Drehrichtung auf
die zweite Welle beziehungsweise das zweite Bauteil übertragen
wird.
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Die
Anordnung der Kupplung ist vorzugsweise derart getroffen, dass die
Kupplungsteile im Betrieb dauernd ineinander greifen. Diese Dauerkupplung
ist insbesondere als bewegliche Kupplung ausgebildet, die eine gewisse
Beweglichkeit der Kupplungsteile ermöglicht. Insbesondere ist eine
radiale Verschiebung der Kupplungsteile gewährleistet, so dass eine quer
bewegliche Kupplung gebildet wird. Sind die Achsen der Wellen in
geringem Abstand parallel gegeneinander verschoben, so wie dies
beispielsweise bei einem ungenauen Einbau eines elektrischen Schaltgerätes in einem
Schaltschrank mit einem dazugehörigen
Drehgriff in der Schaltschranktür der
Fall sein kann, so ist eine radiale gegenseitige Verschieblichkeit
der ineinander greifenden Kupplungsteile gegeben. Um eine Querverschieblichkeit zu
gewährleisten,
liegt ein Gleitstück
einer Welle unter Ausbildung einer Spielpassung in einem Gehäuse ein.
Damit ist die gegenseitige Lage von Gleitstück beziehungsweise Welle und
Kupplungsgehäuse
bei einer Bewegung der Kupplungsteile gewährleistet. Das vorhandene Spiel
definiert zugleich den maximal möglichen
Ausgleichsbereich bei Maßabweichungen.
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Die
erfindungsgemäße Wellenkupplung zeichnet
sich dadurch aus, dass wenigstens ein Federelement zur Beaufschlagung
des Gleitstückes vorgesehen
ist. Dabei dient dieses Federelement dazu, das Gleitstück bei einer
Abweichung aus dessen Ruhelage wieder in dieselbe zurückzuführen. Mit
anderen Worten erfolgt stets eine Zentrierung der Wellenkupplung
in Bezug auf die Wellenachsen. Auch bei gegeneinander verschobenen
Wellenachsen ist eine sichere Kupplung der Kupplungsteile und damit eine
sichere Übertragung
der Drehbewegung bei gleichzeitigem Toleranzausgleich gewährleistet.
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Ein
besonders wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Wellenkupplung gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist ihr einfacher Aufbau
und die sich daraus ergebende besonders einfache Montage. Die Kupplung
muss nicht mittels kompliziert handhabbarer Schraubverbindungen aus
Einzelteilen zusammengestellt werden. Es ist lediglich erforderlich,
Gleitstücke
und Federelemente auf einfache Art und Weise in ein bereitgestelltes Kupplungsgehäuse einzulegen.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es
ist möglich,
dass das Kupplungsgehäuse mit
einer zweiten Welle oder aber einem anderen Bauteil starr verbunden
ist. Vorzugsweise liegen jedoch ein erstes und ein zweites Gleitstück in einem gemeinsamen
Kupplungsgehäuse
ein, wobei jedes der Gleitstücke
einer Welle zugeordnet ist, so dass eine Kupplung zweier Wellen
gebildet wird.
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Ist
das Kupplungsgehäuse
dabei derart ausgebildet, dass das erste Gleitstück ein Spiel in einer ersten
Querrichtung und das zweite Gleitstück ein Spiel in einer hierzu
senkrecht verlaufenden zweiten Querrichtung aufweist, so ergibt
sich eine universell einsetzbare Wellenkupplung, bei der ein Toleranzausgleich
in sämtlichen
radialen Richtungen möglich ist.
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Die
den Gleitstücken
zugeordneten Federelemente sind dementsprechend vorzugsweise über Kreuz
angeordnet, so dass das jeweilige Spiel der Gleitstücke in Querrichtung
durch ein entsprechendes Federelement beaufschlagt ist.
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Um
Winkelbewegungen der Kupplungsteile zu vermeiden, liegen die beiden
Gleitstücke
vorzugsweise mit ihren als Führungsflächen dienenden
Stirnseiten aufeinander auf. Mit anderen Worten wird in dieser Ausführungsform
der Erfindung die Spielpassung für
das Gleitstück
einerseits durch das Kupplungsgehäuse und andererseits durch
das zweite Gleitstück
vorgegeben. Vorteilhafterweise besteht dabei in Axialrichtung der
Wellen kein Spiel, so dass lediglich ein Ausgleich in Querrichtung
möglich
ist. Mit anderen Worten findet der Toleranzausgleich in einer senkrecht
zu den Wellenachsen liegenden Ausgleichsebene statt.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
als Federelement eine Biegungsfeder, insbesondere Stabfeder, vorgesehen.
Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Kraftwirkung innerhalb
eines kleinen Federhubes bereitgestellt. Das Federelement ist vorzugsweise
nicht fest eingespannt oder dergleichen, sondern liegt in dem Gleitstück einerseits
und dem Kupplungsgehäuse
andererseits lose ein. Die Form von Gleitstück und Kupplungsgehäuse legen
dabei den maximalen Federhub und damit den maximal möglichen
Toleranzausgleich fest.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kommt anstelle einer Biegungsfeder eine Druckfeder
zur Beaufschlagung des Gleitstückes zum
Einsatz. Die Druckfeder ist vorteilhafter Weise vorgespannt und
stützt
sich an dem Kupplungsgehäuse
ab.
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Mit
der Verwendung einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung in einer
Betätigungsvorrichtung für einen
elektrischen Schalter ist ein besonders sicherer Toleranzausgleich
bei Maßabweichungen möglich. Insbesondere
in den Fällen,
wo eine Verbindung zwischen einem elektrischen Schaltgerät und einem
Drehgriff oder dergleichen erforderlich ist, lassen sich Toleranzen
in der Lage der Verbindungselemente auf einfache Art und Weise ausgleichen.
Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf Schaltgeräte mit einem
Drehantrieb beschränkt.
Ein Einsatz ist auch bei Schaltgeräten mit Kipphebeln oder dergleichen
möglich.
Hierzu kann die Erfindung im Zusammenhang mit einem Umlenkantrieb
oder dergleichen zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
das mit Hilfe der Zeichnungen erläutert wird. Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Wellenkupplung für Wellenstück und Kupplungsstück,
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2 eine
Wellenkupplung mit teilweise entferntem Kupplungsgehäuse in Ruhelage,
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3 eine
Wellenkupplung mit teilweise entferntem Kupplungsgehäuse in einer
Auslenklage,
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4 eine
Detailansicht des Kupplungsstückes
in Ruhelage,
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5 eine
Detailansicht des Kupplungsstückes
in Auslenklage,
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6 eine
Detailansicht des Wellenstückes in
Ruhelage,
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7 eine
Detailansicht des Wellenstückes in
Auslenklage,
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8 eine
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform mit Druckfedern,
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Betätigungsvorrichtung mit Wellenkupplung
für einen elektrischen
Schalter.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Wellenkupplung 1 zur
Verbindung eines Kupplungsstücks 2 mit
einem Wellenstück 3.
Das Kupplungsstück 2 ist mit
einem ersten Gleitstück 4 fest
verbunden. Das Gleitstück 4 liegt
gemeinsam mit einem zweiten Gleitstück 5, das fest mit
dem Wellenstück 3 verbunden
ist (vergleiche 2) in einem Kupplungsgehäuse 6 ein.
Anstelle einer festen Verbindung zwischen den Gleitstücken 4, 5 und
dem Wellenstück 3 bzw.
dem Kupplungsstück 2 kann
auch eine beliebige lösbare Verbindung
zwischen diesen Bauteilen vorgesehen sein, beispielsweise eine Schnapp-
oder Rastverbindung.
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Das
Kupplungsgehäuse 6 besteht
aus zwei Gehäusehälften 7, 8,
die durch vier Niete 9 miteinander verbunden sind. Die
Niete 9 werden an den vorzugsweise aus einem Kunststoff
bestehenden Gehäusehälften 7, 8 angespritzt
und durch Öffnungen 10 am
entsprechenden Gegenstück
vernietet.
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Das
Kupplungsgehäuse 6 weist
zur Aufnahme der Gleitstücke 4, 5 zwei
quer zueinander angeordnete Aufnahmeräume 11, 12 auf.
Das an dem Kupplungsstück 2 angebrachte
quaderförmige
erste Gleitstück 4 liegt
dabei derart in dem ersten Aufnahmeraum 11 des Kupplungsgehäuses 6 ein,
dessen lange Seitenflächen 13 beidseitig
an den Innenflächen 14 des
Aufnahmeraumes 11 anliegen, während der Abstand von den kurzen
Seitenflächen 15 des Gleitstückes 4 zu
den entsprechenden Innenseiten des Aufnahmeraumes 11 variabel
ist. Aufgrund dieses Spieles ist ein Toleranzausgleich der Lage
der Achse 16 des Kupplungsstückes 2 zur Lage der
Achse 17 des Wellenstückes 3 in
einer ersten Querrichtung 18 möglich. Das an dem Wellenstück 3 angebrachte
quaderförmige
zweite Gleitstück 5 ist
um 90 Grad versetzt zu dem ersten Gleitstück 4 angeordnet. Entsprechend
ist auch der zweite Aufnahmeraum 12, der zur Aufnahme des
zweiten Gleitstückes 5 dient, zu
dem ersten Aufnahmeraum 11 um 90 Grad versetzt angeordnet.
Auch die langen Seitenflächen 19 des
zweiten Gleitstückes 5 werden
unmittelbar an den Innenseiten des Aufnahmeraumes 12 entlanggeführt, während die
kurzen Seitenflächen 20 von
den entsprechenden Innenseiten 21 des Aufnahmeraumes 12 beabstandet
sind. Auch hier ist damit ein Spiel des zweiten Gleitstückes 5 zum
Ausgleich von Toleranzen möglich.
Der Ausgleich ist dabei in einer zweiten Querrichtung 22 möglich, die
um 90 Grad zu der ersten Querrichtung 18 versetzt ist.
Die beiden Querrichtungen 18, 22 spannen eine
Ausgleichsebene 23 auf, in der ein Toleranzausgleich erfolgen
kann.
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Die
Stirnseiten 24, 25 der Gleitstücke 4, 5 liegen
aufeinander auf und bilden eine gegenseitige Begrenzung des jeweiligen
Aufnahmeraumes 11, 12, so dass Winkelabweichungen
der Achsen 16, 17 aus ihrer Parallelanordnung
vermieden werden.
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Beide
Aufnahmeräume 11, 12 weisen
in entgegengesetzter Richtung zeigende Durchführöffnungen 26, 27 auf,
in denen Kupplungsstück 2 beziehungsweise
Wellenstück 3 einliegen.
Durch diese Ausgestaltung der Wellenkupplung 1 ergibt sich
eine selbst tragende Kupplungsvorrichtung, bei der keine zusätzlichen
Halte- oder Befestigungselemente benötigt werden. Die Gleitstücke 4, 5 befinden
sich in einem im Wesentlichen abgeschlossenen Innenraum des Kupplungsgehäuses 6.
Sie sind somit staubgeschützt.
Darüber
hinaus können
auch weitere Abdichtungen an den Durchführöffnungen 26, 27 vorgesehen
sein, so dass der Innenraum auch dicht genug ist, um beispielsweise
flüssige
Schmierstoffe oder dergleichen aufzunehmen.
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Während in
der in 2 dargestellten Situation die Achsen 16, 17 des
Kupplungsstückes 2 und des
Wellenstückes 3 aufeinanderliegen,
ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Wellenkupplung 1 auch möglich, eine
Drehbewegung von dem Kupplungsstück 2 auf
das Wellenstück 3 (oder
umgekehrt) zu übertragen,
wenn die Achse 16 des Kupplungsstückes 2 parallel zu
der Achse 17 des Wellenstückes 3 versetzt ist. 3 zeigt
eine solche Situation, in der das Kupplungsstück 2 in eine äußere (hintere)
Auslenklage versetzt ist, während
das Wellenstück 3 sich in
einer äußeren (rechten)
Auslenklage befindet. In diesem Fall stößt die (hintere) kurze Seitenfläche des ersten
Gleitstückes 4 an
die hintere Innenseite (nicht abgebildet) des ersten Aufnahmeraumes 11 an,
während
die (rechte) kurze Seitenfläche 20 des
zweiten Gleitstückes 5 an
der rechten Innenseite 21 des zweiten Aufnahmeraumes 12 anliegt.
In dieser Lage ist eine maximale Verschiebung des Kupplungsstückes 2 sowie
des Wellenstückes 3 von
ihren Ruhe- oder Normallagen,
wie in 2 abgebildet, erreicht. Die maximale Auslenkung
aus der Ruhelage beträgt
im Fall einer Betätigungsvorrichtung
für einen
Türkupplungsdrehantrieb
beispielsweise +/– 5
mm.
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In
den 4 und 5 ist die Wellenkupplung 1 ohne
das an dem Wellenstück 3 angebrachte zweite
Gleitstück 5 abgebildet.
Die fehlende zweite Gehäusehälfte 8 des
Kupplungsgehäuses 6 erlaubt einen
Einblick in das Innere des ersten Aufnahmeraumes 11, der
sich unmittelbar an den hier freien zweiten Aufnahmeraum 12 anschließt. Das
an dem Kupplungsstück 2 befestigte
erste Gleitstück 4 weist eine
sich im Wesentlichen parallel zu den kurzen Seitenflächen 15 erstreckende,
die beiden langen Seitenflächen 13 miteinander
verbindende Aufnahmeöffnung 28 auf.
Die Aufnahmeöffnung 28 ist
als in Richtung Stirnseite 24 des Gleitstückes 4 offene
Nut ausgebildet und verläuft
in etwa in der Mitte des Gleitstückes 4.
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In
der Mitte der Aufnahmeöffnung 28 ist
deren Querschnitt stark verjüngt,
während
sich der Querschnitt von der Mitte aus in Richtung auf die langen
Seitenflächen 13 des
Gleitstückes 4 kontinuierlich
vergrößert. In
der Aufnahmeöffnung 28 liegt
eine runde Stabfeder 29 ein, die in der Ruhelage parallel zu
den kurzen Seitenflächen 15 des
Gleitstückes 4 verläuft. Die
Stabfeder 29 erstreckt sich zu beiden Seiten des Gleitstückes 4 über die
Aufnahmeöffnung 28 hinaus
in den Aufnahmeraum 11 hinein. Der Aufnahmeraum 11 weist
hierzu zu beiden Seiten des Gleitstückes 4 sich in Richtung
Federende verjüngende
Lageröffnungen 30 auf,
die bei einem Auslenken des Gleitstückes 4 aus seiner
Ruhelage ein Gegenlager für
die Stabfeder 29 bilden.
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Eine
solche Auslenkung ist in 5 abgebildet. Dabei ist das
Gleitstück 4 in
einer Auslenkrichtung 31 quer zur Lage der Achse 16 des
Kupplungsstückes 2 verschoben.
Die Stabfeder 29 liegt einerseits an der Verjüngung 32 der
Aufnahmeöffnung 28 an,
die als punktförmiges
Lager dient. Andererseits dienen die Lageröffnungen 30 im Aufnahmeraum 11 zu
beiden Seiten des Gleitstückes 4 als
Gegenlager. Durch die Wirkung der Stabfeder 29 wird das
Gleitstück 4 entgegen
der Auslenkrichtung 31 in Richtung auf seine Ruhelage beaufschlagt.
Die Tiefe der Lageröffnungen 30 und
die Länge
der Stabfeder 29 sind dabei derart bemessen, dass die Stabfeder 29 selbst bei
einer maximalen Auslenkung des Gleitstückes 4 aus dessen
Ruhelage sicher in den Lageröffnungen 30 einliegt.
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In
den 6 und 7 ist das an dem Wellenstück 3 angeordnete
zweite Gleitstück 5 abgebildet,
wie es in dem zweiten Aufnahmeraum 12 des Kupplungsgehäuses 6 einliegt.
Das erste Gleitstück 4 ist
nicht abgebildet, so dass wiederum der Blick in das Innere des Aufnahmeraumes 12 freigegeben
ist. Die Anordnung des Federelementes in Form einer Stabfeder 33 in
dem Gleitstück 5 entspricht
der aus den 4 und 5 bekannten
Lösung
mit einer Aufnahmeöffnung 34 im
Gleitstück 5.
Darüber
hinaus sind in dem Aufnahmeraum 12 des zweiten Gleitstückes 5 wiederum
Lageröffnungen 35 vorgesehen,
die als Gegenlager bei einer Auslenkung in Auslenkrichtung 36 dienen.
Eine solche Auslenkung zeigt 7, während 6 wieder
die Ruhelage ohne Auslenkung darstellt.
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Entsprechend
der versetzten Anordnung der Gleitstücke 4, 5 in
den Aufnahmeräumen 11, 12 sind auch
die Stabfedern 29, 33 in einem Winkel von 90 Grad
versetzt zueinander angeordnet. Mit anderen Worten kreuzen sich
die parallel zu den Auslenkrichtungen 31, 36 verlaufenden
Wirkungslinien der Federkräfte
der Stabfedern 29, 33.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Wellenkupplung 1 in
ihrer Ruhelage ist in 8 abgebildet. Anstel le der in
Aufnahmeöffnungen 28 der
Gleitstücke 4, 5 einliegenden
Stabfedern 29 werden Druckfedern 37 in Form von
Schraubenfedern eingesetzt, um die Gleitstücke 4, 5 bei
einer Verlagerung aus ihrer Ruhelage zu beaufschlagen. Die Druckfedern 37 sind
dabei zu beiden Seiten der Gleitstücke 4, 5 vorgesehen,
derart, dass sie in dem variablen Abstand 38 zwischen den
kurzen Seitenflächen 15, 20 der
Gleitstücke 4, 5 und
den entsprechenden Innenseiten 21 der Aufnahmeräume 11, 12 einliegen.
Zur Fixierung der Druckfedern 37 sind vorzugsweise sowohl
an den Seitenflächen 15, 20 der
Gleitstücke 4, 5 als
auch den Innenseiten 21 der Aufnahmeräume 11, 12 Befestigungselemente, beispielsweise
in Form von Aufnahmestiften beziehungsweise Aufnahmeöffnungen
vorgesehen (nicht abgebildet). Diese dienen zur Fixierung der Lage
der Federenden. Entsprechend dem Spiel der beiden Gleitstücke 4, 5 in
den beiden jeweils um 90 Grad versetzten Querrichtungen 18, 22 sind
die den Gleitstücken 4, 5 zugeordneten
Druckfederpaare 37 ebenfalls derart angeordnet, dass sich
deren Wirkungslinien in einem Winkel von 90 Grad kreuzen.
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In 9 ist
ein elektrischer Schalter 41 in einem Schaltschrank 42 abgebildet.
Die Explosionsdarstellung zeigt zudem die Schaltschranktür 43 mit Montageöffnung 44 und
einen dort montierbaren Drehgriff 45. Dieser wird bei geschlossener
Schaltschranktür 43 mit
dem Kupplungsstück 2 der
Wellenkupplung 1 verbunden. Dadurch kann durch Drehung des
Drehgriffes 45 um 90 Grad oder 180 Grad, je nach Ausführung, die
Drehbewegung des Drehgriffes 45 auf das Wellenstück 3 übertragen
werden, das durch eine Öffnung 46 in
das Schaltergehäuse 47 des
elektrischen Schalters 41 geführt ist und den entsprechenden
Schaltvorgang auslöst.