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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Erzeugung einer Zugkraft in einem Seil, welche insbesondere
bei einer Feststellbremse (Parkbremse) eines Fahrzeugs verwendet
wird.
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Vorrichtungen
zur Erzeugung einer Zugkraft werden beispielsweise in Verbindung
mit Feststellbremsen von Fahrzeugen oder Handbremsen von Fahrrädern verwendet.
Bei Fahrzeugen werden häufig
Seilzugbremsen verwendet, welche mittels eines Handbremshebels aktivierbar
sind. Über
den Handbremshebel wird eine Kraft in einen Seilzug übertragen,
welcher die Bremsbacken für
die Feststellbremse an eine Bremsscheibe anlegt. Es sind ferner
Feststellbremsen bekannt, welche anstelle des Handbremshebels einen
hydraulischen oder elektrischen Antrieb verwenden, um die Kraft
auf die Feststellbremse zu übertragen.
Insbesondere die letztgenannten, sogenannten automatischen Parkbremsen, sind
relativ teuer und aufwendig hinsichtlich ihrer Bauweise.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung einer Zugkraft in einem Seil mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass es sehr einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Erfindungsgemäß kann eine
Betätigungskraft über ein
einziges Bauteil in ein Seil eingeleitet werden. Erfindungsgemäß wird die
Krafteinleitung dabei mittels einer flexiblen Umhüllung, im
Weiteren „Hülse" genannt, realisiert,
in welcher zumindest ein Teil des Seils verläuft. Die Hülse weist ein freies und ein
festes Hülsenende
auf und die Krafteinleitung erfolgt am freien Hülsenende. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Relativposition
des freien Hülsenendes
relativ zum Seil verändert.
Somit wird die Relativposition des Seils zur Hülse geändert, wobei die auf die Hülse eingeleitete
Kraft in das Seil übertragen
wird. Da das Seil und die Hülse
jeweils eine definierte Länge
aufweisen, welche nicht veränderbar
ist, wird die in die Hülse
eingebrachte Kraft mittels der Relativverschiebung zwischen Hülse und Seil
auf das Seil übertragen
und steht am Seil als Zugkraft zur Verfügung. Wenn das Seil beispielsweise
mit einer Bremseinrichtung verbunden ist, kann somit die Zugkraft
auf die Bremseinrichtung übertragen
werden und somit beispielsweise eine Feststellbremse eines Fahrzeugs
aktiviert werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um
eine möglichst
einfache Kraftübertragung
von der Hülse
auf das Seil sicherzustellen, ist die Hülse mit dem darin verlaufenden
Seil vorzugsweise in einem Bogen verlegt. Vorzugsweise ist der Bogen
derart gewählt,
dass der Bogen über
einen Winkel von ca. 20° bis
360° verläuft. Besonders bevorzugt
ist die Hülse
in einem Bogen ca. 75° bis
180° verlegt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung
eine erste und eine zweite Hülse,
wobei das freie Hülsenende
der ersten Hülse
dem freien Hülsenende
der zweiten Hülse
gegenüberliegt.
Das Seil verläuft
dabei durch beide Hülsen
und das eine Ende des Seils ist mit einer ersten Zugeinrichtung,
wie z.B. einer Feststellbremse, und das andere Ende des Seils ist
mit einer zweiten Zugeinrichtung verbunden. Dadurch kann erfindungsgemäß über eine
Krafteinleitung auf das einzige Seil die Kraft auf zwei Zugeinrichtungen,
wie z.B. Feststellbremsen, ermöglicht
werden. Dabei wird automatisch ein betragsmäßig gleicher Kraftbetrag in beide
Zugeinrichtungen eingeleitet.
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Vorzugsweise
umfasst die Krafterzeugungseinrichtung einen Elektromotor und einen
Spindeltrieb. Der Spindeltrieb ist einerseits mit dem Elektromotor
und andererseits mit wenigstens einem freien Hülsenende verbunden. Der Spindeltrieb
wandelt dabei eine Rotationsbewegung des Elektromotors in eine translatorische
Bewegung des freien Hülsenendes
um, wodurch die Krafteinleitung über
die Hülse auf
das Seil erfolgt.
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Vorzugsweise
ist an einem Außenumfang des
freien Hülsenendes
ein Gewinde angeordnet, welches sich mit einem Innengewinde einer
Hohlwelle des Spindeltriebs in Verbindung befindet. Die Hohlwelle
wird dabei vom Elektromotor angetrieben. Dadurch kann ein besonders
kompakter Aufbau realisiert werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Hohlwelle des Spindeltriebs ein erstes und
ein zweites Innengewinde, welche gegenläufig zueinander ausgebildet
sind. Das erste Innengewinde befindet sich dabei mit einem freien
Hülsenende
einer ersten Hülse
im Eingriff und das zweite Innengewinde befindet sich mit einem freien
Hülsenende
einer zweiten Hülse
im Eingriff.
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Besonders
bevorzugt sind die beiden Enden des Seils jeweils mit einer Feststellbremseinrichtung eines
Fahrzeugs verbunden.
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Um
eine einfache und kompakte Realisierung insbesondere des Spindeltriebs
zu ermöglichen, ist
an dem freien Hülsenende
der Hülse
ein vergrößertes Querschnittsmaß vorgesehen.
Dadurch kann beispielsweise auf einfache Weise ein Außengewinde
für die
Hülse an
einem vergrößerten Durchmesser vorgesehen
werden.
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Vorzugsweise
weist das freie Hülsenende eine
elliptische Querschnittsform auf, um eine Rotation des freien Hülsenendes
zu blockieren und die Rotationsbewegung der Hohlwelle in eine translatorische
Bewegung umzuwandeln.
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Die
vorliegende Erfindung wird besonders bevorzugt in Verbindung mit
einer Feststellbremse eines Fahrzeugs verwendet. Dabei kann erfindungsgemäß sichergestellt
werden, dass über
ein einziges gemeinsames Seil eine gleichmäßige Zugkraft an zwei Feststellbremseinrichtungen
bereitgestellt wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zur Erzeugung einer Zugkraft in einem Seil mit einer definierten
Länge wird
eine Kraft aus einer Krafterzeugungseinrichtung wie z.B. einem Elektromotor
auf eine Hülse übertragen,
in welcher das Seil verläuft, wobei
die Hülse
ein frei bewegliches Hülsenende
und ein fest angeordnetes Hülsenende
aufweist. Durch die Kraftübertragung
ergibt sich eine Relativverschiebung zwischen der Hülse und dem
Seil, wodurch die auf die Hülse übertragene
Kraft in das Seil als Seilzugkraft übertragen wird.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung einer
Zugkraft gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
in der Ausgangsposition,
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2 eine
schematische Darstellung der in 1 gezeigten
Vorrichtung in der betätigten
Position,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Krafterzeugungseinrichtung,
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4 eine
perspektivische Ansicht eines in der Krafterzeugungseinrichtung
von 3 verwendeten Hülsenendes und
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5 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Zugkraft
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine
Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Zugkraft gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Die Vorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels
erzeugt eine Zugkraft in einer Feststellbremseinrichtung eines Fahrzeugs,
welche zwei Feststellbremsen (nicht dargestellt) umfasst.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 1 zur
Erzeugung einer Zugkraft ein durchgehendes Seil 2, eine
erste Hülse 3 und
eine zweite Hülse 4.
Das Seil 2 ist mit seinem einen Ende mit dem ersten Hebel 6 für eine Feststellbremse
verbunden und mit seinem zweiten Ende mit einem zweiten Hebel 7 für eine Feststellbremse
verbunden. Die nicht gezeigten Feststellbremsen sind an einer Hinterachse
eines Fahrzeugs angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich
ist, ist das Seil 2 durch die erste Hülse 3 und durch die
zweite Hülse 4 geführt und
weist eine definierte Länge
zwischen der Befestigung am ersten Hebel 6 und der Befestigung
am zweiten Hebel 7 auf. Das Seil 2 ist dabei in
Form einer Badewannen-ähnlichen
Kurve mit einem mittleren, flachen Teil A, einem rechten Wandteil
B, einem linken Wandteil C und zwei bogenförmigen Bereichen E und F, welche
die Wandteile B, C mit dem flachen Teil A verbinden (vgl. 1 und 2).
Ein Winkel α zwischen dem
flachen Teil A und dem Wandteil B bzw. dem flachen Teil A und dem
Wandteil C beträgt
in der in 1 gezeigten Ausgangsstellung
circa 75°.
Der Winkel ist dabei zwischen dem flachen Teil A und den beiden
Wandteilen B, C gleich gewählt.
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Die
beiden Hülsen 3 und 4 sind
jeweils flexibel ausgebildet und führen das Seil 2 in
sich. In den 1 und 2 ist ein
Abstand zwischen dem Seil und einer Innenwand der Hülse für eine bessere
Darstellbarkeit übertrieben
dargestellt. In Wirklichkeit ist ein Abstand zwischen dem Seil und
der Innenwand der Hülse 3 bzw. 4 sehr
klein gewählt,
jedoch so, dass eine Relativbewegung der Hülse zum Seil möglich ist.
Die erste Hülse 3 weist
ein freies Hülsenende 3a und
ein festes Hülsenende 3b auf.
Das feste Hülsenende 3b ist
beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen befestigt. Die zweite Hülse 4 weist
ebenfalls ein freies Hülsenende 4a und
ein festes Hülsenende 4b auf,
wobei das feste Hülsenende 4b ebenfalls
am Rahmen befestigt ist. Die beiden Hülsen 3, 4 nehmen das
Seil 2 in sich auf und sind derart zueinander angeordnet,
dass sich die freien Hülsenenden 3a und 4a einander
gegenüberliegen.
In den 1 und 2 ist eine Krafterzeugungseinrichtung,
welche in diesem Ausführungsbeispiel
einen Elektromotor und einen Spindeltrieb umfasst, mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet.
Die Krafterzeugungseinrichtung 5 ist im Detail in 3 gezeigt.
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Die
Krafterzeugungseinrichtung 5 umfasst einen Elektromotor 14 und
einen Spindeltrieb 9. Zwischen dem Elektromotor 14 und
dem Spindeltrieb 9 ist ein Getriebe 13 angeordnet.
Der Spindeltrieb 9 umfasst eine Hohlwelle 10 mit
einem ersten Innengewinde 11 und einem zweiten Innengewinde 12.
Die beiden Innengewinde 11, 12 sind dabei gegenläufig zueinander
ausgebildet. Die Hohlwelle 10 des Spindeltriebs 9 ist über Lager 15, 16 an
einem Gehäuse 17 gelagert.
Das Getriebe 13 befindet sich mit einer Außenverzahnung 10a,
z.B. einer Stirnradverzahnung, der Hohlwelle 10 im Eingriff.
Das freie Hülsenende 3a der
ersten Hülse 3 ist
im Vergleich zur Hülse 3 mit
einem vergrößerten Durchmesser
gebildet. Am Ende des freien Hülsenendes
ist ein Außengewinde 3c angeordnet,
welches sich mit dem ersten Innengewinde 11 des Spindeltriebs 9 im
Eingriff befindet. Das Hülsenende 4a der
zweiten Hülse 4 ist
in gleicher Weise aufgebaut und ein Außengewinde 4c befindet
sich mit dem zweiten Innengewinde 12 des Spindeltriebs 9 im
Eingriff. Die Gewinde zwischen den freien Hülsenenden 3a und 4a und
der Hohlwelle 10 sind vorzugsweise selbsthemmend ausgeführt.
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Im
Gehäuse 17 ist
eine Öffnung 18 zur Durchführung der
ersten Hülse 3 und
eine Öffnung 19 zur
Durchführung
der zweiten Hülse 4 gebildet. Dabei
ist ein vorbestimmtes kleines Spiel zwischen den Hülsenenden 3a, 4a und
den Öffnungen 18, 19 vorgesehen.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des freien Hülsenendes 4b der zweiten
Hülse 4.
Das freie Hülsenende 4a weist
einen elliptischen Querschnitt auf und weist am äußersten Endbereich das Außengewinde 4c auf
(vgl. 3). Das freie Hülsenende 3a ist wieder
gleich aufgebaut. Das freie Hülsenende 4a bzw. 3a ist
jeweils aus einem nicht flexiblen Material hergestellt, während die
restliche Hülse 3 bzw. 4 aus einem
flexiblen Material, insbesondere Kunststoff, hergestellt ist.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 insbesondere
unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt
den Ausgangszustand der Vorrichtung 1 vor der Ausführung eines
Feststellbremswunsches eines Fahrers. Wie in 1 gezeigt,
ist zwischen dem freien Hülsenende 3a und
dem freien Hülsenende 4a ein
Abstand a vorhanden, in welchem das Seil 2 ohne Hülse angeordnet
ist. Zwischen dem festen Hülsenende 3b der
ersten Hülse 3 und
dem Befestigungspunkt R des Seils 2 am ersten Hebel 6 ist
ein Abstand b vorhanden. Zwischen dem festen Hülsenende 4a der zweiten
Hülse 4 und
einem Befestigungspunkt S des Seils 2 am Hebel 7 ist
ein Abstand c vorhanden. Die Abstände b, c sind dabei gleich.
Es sei angemerkt, dass die Abstände
b, c jedoch auch unterschiedlich sein können. Das Seil 2 weist
dabei eine definierte und nicht veränderbare Länge zwischen den Befestigungspunkten
am ersten Hebel 6 und zweiten Hebel 7 auf.
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Wenn
nun ein Fahrer einen Befestigungswunsch hat, kann er bei einer automatischen
Parkbremse einen Schalter oder Hebel betätigen, so dass der Feststellbremswunsch
an eine Steuerung weitergeleitet wird. Die Steuerung aktiviert nun
die Krafterzeugungseinrichtung 5. Insbesondere aktiviert
die Steuerung den Elektromotor 14, welcher über das Getriebe 13 und
das Außengewinde 10a der
Hohlwelle 10 die Hohlwelle antreibt, so dass diese in einer ersten
Rotationsrichtung rotiert. Da sich die Außengewinde 3c bzw. 4c der
Hülsen 3, 4 mit
den Innengewinden 11 bzw. 12 im Eingriff befinden,
werden diese voneinander wegbewegt, da die Gewinde gegenläufig ausgebildet
sind und die elliptische Form der Hülsenenden eine Rotation verhindert.
Hierdurch wird eine translatorische Kraft F1 auf die erste Hülse 3 bzw.
eine translatorische Kraft F2 auf die zweite Hülse 4 erzeugt. Dadurch
wird der ursprüngliche
Abstand a zwischen den freien Hülsenenden 3a, 4a vergrößert. 2 zeigt
den festgestellten Zustand der Feststellbremse. Der Abstand zwischen
dem freien Hülsenende 3a und
dem freien Hülsenende 4a hat sich
dabei von a auf a' vergrößert. Da
sowohl die Länge
des Seils 2 sich nicht verändert hat als auch die Längen der
Hülsen 3 und 4 sich
nicht verändert
haben, hat sich entsprechend der Abstand zwischen dem festen Hülsenende 3b und
dem Befestigungspunkt R des Seils am ersten Hebel 6 und
der Abstand c zwischen dem festen Hülsenende 4b und dem
Befestigungspunkt S am zweiten Hebel 7 jeweils verändert. Genauer
hat sich der Abstand b auf den Abstand b' verkürzt und der Abstand c hat sich
auf den Abstand c' verkürzt. Weiterhin
hat sich ein Winkel α zwischen
dem flachen Teil A und dem Wandteil B bzw. C auf α' vergrößert. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
hat sich der Winkel von α =
75° auf
ungefähr α' = 80° vergrößert.
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Wie
in 2 durch die gestrichelten Hebel angedeutet, haben
sich die Hebel 6, 7 somit aufgrund der über die
Hülsen 4, 5 eingebrachten
Kraft in Richtung der festen Hülsenenden 3b bzw. 4b um
einen Drehpunkt D gedreht. Die Verkürzung der Abstände b auf
b' und c auf c' haben zur Vergrößerung des
Abstandes von a auf a' geführt. Dies
kann durch folgende Formel ausgedrückt werden: a' = a + (c – c') + (b – b')
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Um
zu verhindern, dass sich bei einer Rotation der Hohlwelle 10 die
Hülsenenden 3a, 4a drehen,
weisen diese eine elliptische Querschnittsform auf. Die Hülsenenden 3a, 4a sind
ferner als separate Bauteile ausgeführt und über eine formschlüssige Verbindung
mit den Hülsen 3, 4 verbunden.
Hierdurch wird die auf das freie Hülsenende 3a, 4a übertragene
axiale Kraft F1, F2 auf die Hülse 3 bzw. 4 übertragen.
Es sei angemerkt, dass eine Verbindung zwischen den Hülsenenden 3a, 4a und
den Hülsen auch
stoffschlüssig,
z.B. mittels Kleben, vorgesehen werden kann, oder dass die Hülsen und
die Hülsenenden
einstückig
gebildet sind.
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Durch
das Auseinanderbewegen der beiden freien Hülsenenden 3a und 4a sind
somit die bogenförmigen
Bereiche E und F der ersten Hülse 3 bzw. der
zweiten Hülse 4 stärker gebogen
worden und gleichzeitig wurde die auf die Hülsen 3, 4 ausgeübte Zugkraft
F1 bzw. F2 auf das Seil 2 übertragen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Erzeugung einer Zugkraft symmetrisch angeordnet ist, kann sichergestellt
werden, dass an beiden Seilenden jeweils eine gleiche Zugkraft erzeugt
wird. Erfindungsgemäß werden
die Relativpositionen der freien Hülsenenden 3a und 4a relativ
zum Seil 2 verändert,
was bei gleich bleibender Seillänge
und gleich bleibenden Hülsenlängen zu
einer Übertragung
der Kraft auf das Seil 2 führt, da die anderen Hülsenenden 3b und 4b feststehend
ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist hierbei
lediglich ein einziges Bauteil in Form der Krafterzeugungseinrichtung 5 notwendig,
um beide Feststellbremsen zu aktivieren. Die Krafteinleitung in
die Feststellbremsen erfolgt dabei gleichmäßig und gleichzeitig. Dabei
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen einfachen und kompakten Aufbau auf und kann sehr kostengünstig bereitgestellt
werden.
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Für ein Lösen der
Feststellbremse wird der Elektromotor 14 lediglich in der
entgegengesetzten Richtung bewegt, so dass sich ebenfalls die Hohlwelle 10 in
entgegengesetzter Richtung dreht und sich die beiden freien Hülsenenden 3a und 4a wieder
aufeinander zubewegen.
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Es
sei angemerkt, dass die Krafteinbringung in die freien Hülsenenden 3a und 4a auch
mechanisch bei Verwendung einer üblichen
Handbremse oder auch hydraulisch erfolgen kann. Aufgrund der definierten
Längen
des Seils 2 und der Hülsen 3, 4 erfolgt
dabei eine sofortige Krafteinleitung an den Seilenden, sobald die
freien Hülsenenden 3a, 4a auseinander
bewegt werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 eine Vorrichtung 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen technisch
gleiche Teile bezeichnen.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel
die Anordnung des Seiles 2 unterschiedlich vorgenommen
wurde. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die
gebogenen Bereiche E bzw. F der Hülse 3 bzw. 4 in
einem 180°-Bogen
vorgesehen. Die Hülsen 3 und 4 sind
an einer Halterung 20 abgestützt. Die Hülsen 3, 4 sind
dabei jeweils durch die Halterung 20 geführt. Aufgrund
dieser Anordnung überkreuzt
sich das Seil an einer Stelle. Somit weist das zweite Ausführungsbeispiel
eine unterschiedliche Verlegeart des Seils 2 mit den entsprechenden
Hülsen 3 und 4 auf,
wodurch es möglich
wird, größere Änderungen
der Relativposition der freien Hülsenenden 3a bzw. 4a relativ
zum Seil 2 sicherzustellen.