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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Bohrmaschine
oder einen Schrauber, mit einer Spindel zum Antrieb eines Werkzeugs,
mit einem von einem Motor antreibbaren Antriebselement, das mit
der Spindel über eine Spindelarretierung koppelbar ist,
mit einem die Spindel antreibenden Abtriebselement, das über
eine Mehrzahl von Klemmelementen, die zwischen Mitnehmern am Antriebselement
und Nockenelementen am Abtriebselement mit Spiel beweglich gehalten
sind, vom Antriebselement antreibbar. 46I
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Bei
der bekannten Werkzeugmaschine ist eine Spindelarretierung vorgesehen,
die mittels Klemmelementen zwischen einem umgebenden Gehäusering,
Mitnehmern vom Antriebszahnrad und Nocken von einem mit der Spindel
drehfest verbundenen Nockenrad wirken. Bei Antrieb in Arbeitsrichtung
wird das Drehmoment über die Mitnehmer des Antriebszahnrades,
die Rollen und die Nocken des Nockenelementes formschlüssig
auf die Spindel übertragen. Bei entgegengesetzter Drehrichtung
führen die Rollen zu einer Klemmwirkung zwischen dem umgebenden
Gehäusering und dem Nockenring, so dass eine Spindelarretierung
erreicht ist.
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Eine
derartige Spindelarretierung ermöglicht es beispielsweise,
dass ein Werkzeug, das in einem von der Spindel angetriebenen Bohrfutter
gespannt ist, mittels einer Hand gelöst werden kann.
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Um
ein Kleben der Klemmelemente durch Fetteinwirkung zu vermeiden und
um so die Spindelarretierung sicherzustellen, sind die Rollen durch Federelemente,
die die Nocken des Nockenelementes durchsetzen, entgegen der Arbeitsrichtung
vorgespannt.
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Die
bekannte Werkzeugmaschine weist zwar eine grundsätzlich
funktionsfähige Spindelarretierung auf, jedoch unterliegt
die Spindelarretierung teilweise einem hohen Verschleiß,
da sich infolge der zahlreichen miteinander zusammenwirkenden Teile ein
relativ großes Spiel ergibt. In ungünstigen Fällen kann
außerdem die Spindelarretierung nicht mit der notwendigen
Präzision gewährleistet werden. Außerdem
besteht die Gefahr, dass die Rollen infolge zu großer Toleranzen
verkanten, was wiederum zu einem Ausfall führen kann. Außerdem
besteht die Gefahr, dass die Spindelarretierung bei unsachgemäßer Behandlung
z. B. bei falscher Montage eines Bohrfutters mit zu hohem Drehmoment
auf der Spindel überlastet wird und somit beschädigt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, dass ein vorzeitiger Verschleiß der
Spindelarretierung möglichst weitgehend vermieden wird.
Auch soll eine möglichst präzise und dauerhafte
Funktion der Spindelarretierung gewährleistet sein.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Werkzeug gemäß der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, das die Klemmelemente axial
zwischen dem Antriebselement und einer Anlaufscheibe auf der Spindel
gehalten sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Da
die Klemmelemente axial zwischen dem Antriebselement und einer Anlaufscheibe
auf der Spindel gehalten sind, kann die Spindel nunmehr in axialer
Richtung wandern und ist somit toleranzunabhängig. So wird
ein vorzeitiger Verschleiß der Spindelarretierung weitgehend
vermieden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe bei einer
Werkzeugmaschine gemäß der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass eine Anlaufscheibe vorgesehen
ist, an der Federelemente ausgebildet sind, durch welche die Klemmelemente
beim Antrieb der Spindel in einer Arbeitsrichtung zumindest teilweise
entgegen der Arbeitsrichtung vorgespannt werden.
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Auch
auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
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Da
nämlich die Federelemente mit der Anlaufscheibe kombiniert
sind, werden wiederum Toleranzen auf diese Weise reduziert, und
es wird eine parallele Verschiebung der Klemmelemente zum Ansprechen
der Spindelarretierung ermöglicht. So wird ein Verkippen
der Rollelemente verhindert und eine saubere Drehmomentübertragung
zu jeder Zeit durch eine Linienberührung gewährleistet.
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Gemäß einer
weiteren Alternative der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Werkzeugmaschine gemäß der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass den Klemmelementen
am Abtriebselement jeweils Führungskurven zugeordnet sind,
die bei Arretierung der Spindel durch Klemmwirkung jeweils eine Endstellung
der Klemmelemente definieren, durch die ein maximal übertragbares
Reibungsmoment festgelegt ist, bei dessen Überschreiten
ein Durchrutschen der Klemmelemente erfolgt.
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Auch
auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
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Durch
den Aufbau der Spindelarretierung in der Weise, dass beim Ansprechen
der Spindelarretierung ein maximal übertragbares Reibungsmoment festgelegt
ist, bei dessen Überschreiten ein Durchrutschen der Klemmelemente
erfolgt, wird eine Überlastung der Spindelarretierung in
jedem Falle vermieden, so dass eine dauerhafte Funktion der Spindelarretierung
gewährleistet ist.
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In
zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist das
Abtriebselement als drehfest mit der Spindel verbundener Nockenring
ausgebildet.
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Gleichermaßen
ist die Anlaufscheibe vorzugsweise drehfest mit der Spindel verbunden.
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Auf
diese Weise werden die Toleranzen minimiert und eine saubere Führung
der Klemmelemente gewährleistet.
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Die
Klemmelemente sind vorzugsweise zwischen den Mitnehmern des Antriebselementes,
einem am Gehäuse festgelegten Außenring und der Anlaufscheibe
gehalten.
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Auf
diese Weise ist eine sichere Funktion der Klemmelemente gewährleistet
und durch die Verwendung eines separaten Außenrings kann
ein geeignetes Stahlteil benutzt werden, während das Gehäuse
aus Kunststoff oder einem anderen Werkstoff bestehen kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Klemmelemente entlang
der Führungskurven jeweils zwischen einer ersten und einer zweiten
Endposition bewegbar, wobei die erste Endposition durch eine formschlüssige
Anlage des Klemmelementes am Nockenelement definiert ist, und wobei
die zweite Endposition durch eine Begrenzung vorzugsweise in Form
eines Radius an der Führungskurve definiert ist, der an
den Außenumfang des zugeordneten Klemmelementes angepasst
ist.
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Auf
diese Weise ergibt sich beim Antrieb der Spindel in Arbeitsrichtung
eine formschlüssige Drehmomentübertragung, während
in umgekehrter Drehrichtung durch den Radius eine Endstellung definiert ist,
durch die eine maximale Reibwirkung vorgegeben ist. Dieses durch
Reibung übertragene Drehmoment kann nun so dimensioniert
werden, dass eine Überlastung der Spindelarretierung in
jedem Falle vermieden wird.
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Die
Klemmelemente sind vorzugsweise als Rollen oder gegebenenfalls als
Kugeln ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Federelemente als
von der Anlaufscheibe zu den Klemmelementen hin vorstehende Federzungen
ausgebildet.
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Auf
diese Weise ist eine einfache Herstellung der Anlaufscheibe mit
daran ausgebildeten Klemmelementen als Stanz- und Biegeteil ermöglicht.
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In
zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung stehen
die Federzungen von randseitigen Ausnehmungen der Anlaufscheibe
aus zu den Klemmelementen hin vor.
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Auf
diese Weise ergibt sich eine gute Übertragung der Federwirkung
auf die Klemmelemente.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Federelemente jeweils
als von einer Ausnehmung in der Anlaufscheibe hervorstehende, parallel
zu einer Tangentialrichtung verlaufende Elemente ausgebildet.
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Vorzugsweise
sind hierbei die Enden der Federelemente als Federzungen ausgebildet.
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Auch
auf diese Weise kann die Anlaufscheibe gemeinsam mit den Federelementen
als Stanz- und Biegeteil hergestellt werden. Dabei wird eine relativ
geringe Biegebelastung der Federzungen erreicht, so dass einer Bruchgefahr
im Dauerbetrieb entgegengewirkt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Abtriebselement drei
in Winkelabständen von 120° zu einander versetzte
Nockenelemente auf, denen jeweils in beiden Drehrichtungen je ein
Klemmelement zugeordnet ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anlaufscheibe zwischen
Antriebselement und Nockenring oder auf der dem Antriebselement
abgewandten Seite des Nockenrings angeordnet ist.
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Mit
beiden Anordnungen lässt sich ein platz- und gewichtsgarende
Anordnung erreichen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung berühren die Federelemente
der Anlaufscheibe die als Rollen ausgebildeten Klemmelemente linienförmig.
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Hierdurch
ist eine besonders gute Führung gewährleistet
und einem Verkanten wird entgegen gewirkt.
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Es
versteht sich, das die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in
der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen
Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuges;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Antriebselementes in Form eines Zahnrades
gemäß 1;
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3 einen
Schnitt durch das Elektrowerkzeug gemäß der Linie
III-III gemäß 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführung der Anlaufscheibe;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung der
Anlaufscheibe;
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6 eine
vergrößerte Teildarstellung des als Nockenring
ausgebildeten Abtriebselementes mit einer zugeordneten Rolle in
beiden Endpositionen;
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7 einen
vergrößerten Ausschnitt aus 3,
aus dem die Stellung der Klemmelemente bei Antrieb der Werkzeugmaschine
in Arbeitsrichtung ersichtlich ist und
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8 eine 7 entsprechende
Darstellung, aus der die Stellung der Klemmelemente bei Bewegung
der Spindel entgegen der Arbeitsrichtung (Klemmwirkung) ersichtlich
ist.
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Eine
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine am Beispiel
einer Ausführung als Bohrmaschine ist in 1 vereinfacht
dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Die
Werkzeugmaschine 10 weist einen Motor 14 auf,
von dessen Motorwelle 16 ein Ritzel 17 angetrieben
wird, das mit einem Antriebselement 18 kämmt,
das als Zahnrad ausgebildet ist. Das Zahnrad 18 sitzt frei
drehbar auf einer Spindel 22, die an zwei Lagern 26 und 28 drehbar
gelagert ist. Am äußeren Ende der Spindel 22 ist
ein Gewindestutzen 24 vorgesehen, auf dem beispielsweise
ein Bohrfutter 34 aufgeschraubt sein kann. In das Bohrfutter 34 eingesetzt
ist beispielhaft dargestellt ein Werkzeug 36 in Form eines
Bohrers. Das Zahnrad 18 treibt ein Abtriebselement 20 an,
das als Nockenring ausgebildet ist und über einen Zweikant 32 drehfest
mit der Spindel 22 verbunden ist.
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Wie
näher aus 3 ersichtlich ist, weist das Zahnrad 18 drei
in Richtung zum Nockenrad 20 hin hervorstehende Mitnehmer 40 auf,
die sich in Umfangsrichtung jeweils um 120° zu einander
versetzt erstrecken. Das Antriebselement 18 oder der Nockenring 20 weisen
drei zugeordnete Nockenelemente 44 auf, die nach außen
hervorstehen. Beidseits eines jeden Nockenelementes 44 ist
ein Klemmelement 46 in Form einer Rolle vorgesehen, so dass
zwischen jedem Mitnehmer 40 des Zahnrades 18 und
jedem Nocken 44 des Nockenelementes 20 eine Rolle 46 um
ein gewisses Maß beweglich angeordnet ist. Der Nockenring 20 ist
somit mit einem gewissen Spiel von etwa 10° relativ zum
Zahnrad 18 drehbeweglich. Die Mitnehmer 40, Rollen 46 und
Nocken 44 sind von einem Außenring 30 umschlossen, der
fest im Gehäuse 12 eingepresst ist. Unmittelbar angrenzend
an den Nockenring 20 ist auf der Spindel 22 eine
Anlaufscheibe 33 mittels eines Zweikants, der an einer
zentralen Ausnehmung 48 der Anlaufscheibe 33 ausgebildet
ist, festgelegt. Die Anlaufscheibe 33 ist scheibenförmig
ausgebildet und weist bei der Ausführung gemäß 4 jeweils
zwei von einer randseitigen Ausnehmung 50 ausgehende Federelemente 52 auf,
die in Richtung zu den Klemmelementen 46 oder Rollen hin
vorstehen. Die Federelemente 52 der Anlaufscheibe 33 greifen
somit jeweils an den dem Zahnrad 18 abgewandten Enden der
Klemmelemente oder Rollen 46 jeweils im Bereich zwischen
Rolle 46 und Nockenelement 44 an. Die Federelemente 52 enden
jedoch in Axialrichtung vor den jeweiligen Rollen 46.
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In 5 ist
eine alternative Ausführung der Anlaufscheibe perspektivisch
dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 33a bezeichnet.
Die Anlaufscheibe 33a weist auf ihrer Fläche jeweils
drei längliche Ausstanzungen 56 auf, die sich
parallel zu einer Tangentialrichtung erstrecken und deren Mittelposition
jeweils um 120° zu einander versetzt ist. Aus jeder Ausstanzung 56 heraus
steht ein Federelement 52a nach außen hervor,
an dessen beiden Enden jeweils eine Federzunge 54a vorgesehen
ist. Es sind somit wie bei der Anlaufscheibe 33 insgesamt
sechs Federzungen 54a ausgebildet, deren Position den jeweiligen
Rollen 46 zugeordnet ist.
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Sowohl
die Anlaufscheibe 33 als auch die Anlaufscheibe 33a können
aus Federstahl durch Ausstanzen und anschließendes Biegen
und Härten hergestellt sein. Bei der Ausführung
der Anlaufscheibe 33a gemäß 5 ergibt
sich eine geringere Biegebelastung auf die Federzungen 54a,
wodurch die Standzeit verbessert wird und ein etwaiges Abbrechen
der Federzungen 54a vermieden wird.
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Bei
Antrieb des Zahnrades 18 in Arbeitsrichtung werden die
Rollen 46 von den Mitnehmern 40 des Zahnrades 18 unmittelbar
gegen die Nocken 44 des Nockenrings 20 gedrückt,
so dass sich eine formschlüssige Drehmomentübertragung
ohne Zwischenlage der Federelemente 52 ergibt.
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Aus 2 ist
ferner ersichtlich, dass am Zahnrad 18 jeweils in einer
Mittelposition zwischen zwei benachbarten Mitnehmern 40 ein
gegenüber der Stirnfläche nach außen
hin leicht hervorstehender Mininocken 42 ausgebildet ist.
Die Mininocken 42 dienen zum Lösen der Rollen 46 bei
Fetteinwirkung vom Nocken 44 des Nockenrings 20.
Die Rollen 46 weisen eine etwas größere
Ausdehnung in Axialrichtung auf, so dass diese etwa mittig von den
Nockenelementen 44 berührt werden können
und sowohl in Richtung zum Zahnrad 18 hin als auch in Richtung zur
Anlaufscheibe 33 hin einen gewissen Überstand aufweisen.
Auf der Seite der Anlaufscheibe 33 greifen die Federzungen 54 am Überstand
der Rollen 46 an.
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Am
Nockenring 20 ist jeder Rolle 46 eine Führungskurve 47 zugeordnet.
Die Führungskurve 47 ist derart ausgebildet, dass
sich einerseits gemäß 6 eine erste
Endposition 46I ergibt, in der
die Rolle 46 unmittelbar am Nockenelement 44 des
Nockenrings 20 liegt. Von dieser mit 46I bezeichneten Endposition
aus verläuft die Führungskurve 47 zunächst
geradlinig, wobei diese leicht radial nach außen geneigt
ist, so dass sich der Abstand der Führungskurve 47 nach
außen hin verringert. Die Führungskurve 47 endet
an einer Begrenzung 58, an der ein Radius R ausgebildet
ist. Der Radius R ist dem Außenradius der Rollen 46 angepasst,
so dass sich bei Anlaufen einer Rolle 46 an dem Radius 58 eine Anlage
der Rolle 46 an der Führungskurve 47 ergibt, durch
die ein Weiterlaufen der Rolle 46 nach außen hin
begrenzt ist, wodurch eine zweite Endposition 46II definiert
ist. Eine Rolle 46 kann sich somit entlang der Führungskurve 47 zwischen
der ersten Endposition 46I und
einer zweiten Endposition 46II nach
außen hin bewegen, in der sich eine Keilwirkung zusammen
mit dem Außenring 30 ergibt, da sich der Abstand
der Führungskurve 47 von der ersten Endposition 46I in Richtung zur zweiten Endposition 46II hin verringert. Es ergibt sich somit
eine Klemmwirkung und ein Reibschluss zwischen Nockenring 20,
Rolle 46 und Außenring 30, sobald die
Rolle 46 eine gewisse Position erreicht hat, an der ein
Reibschluss auftritt. Das maximal übertragbare Reibmoment
und somit das maximal übertragbare Drehmoment zwischen
Nockenring 20 und Außenring 30 ist durch
die zweite Endposition 46II begrenzt.
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Wird
das Zahnrad 18 in Arbeitsrichtung angetrieben, so drücken
die Mitnehmer 40 des Zahnrades jeweils drei der Rollen 46 gegen
ein zugeordnetes Nockenelement 44 des Nockenrings 20.
Diese Situation ist in 7 dargestellt (Rolle 46III ). Die Rolle 46III bewirkt
somit eine formschlüssige Drehmomentübertragung
vom Mitnehmer 40 über die Rolle 46III unmittelbar auf das Nockenelement 44.
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Zur
selben Zeit ist die Rolle auf der gegenüberliegenden Seite
des Nockenelementes 44, die in 7 mit 46IV bezeichnet ist, von der Federzunge 54a des
jeweiligen Federelementes 54 aus nach rechts hin zum Arretieren
vorgespannt.
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Wird
nun die Drehrichtung umgekehrt, indem z. B. das Werkzeug 36 aus
dem Bohrfutter 34 gelöst wird, so möchte
die Spindel 22 nach rechts drehen. Die Spindel 22 wird
dabei arretiert, da die linke Rolle 46III gemäß 8 an
der Führungskurve 47 des Nockenrings 20 und
am Außenring 30 verklemmt. Dabei bereitet die
Federzunge 54a der linken Feder die Rolle 46III zum Arretieren vor und die Federzunge 54a der
rechten Feder bereitet die Rolle 46IV für
ein späteres Arretieren vor.
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Bei
der Montage des Bohrfutters 34 wird dieses durch ein definiertes
Drehmoment auf der Spindel 22 über die Spindelarretierung 23 montiert.
Die Spindelarretierung 23 ist nur für ein gewisses
Drehmoment ausgelegt. Um zu verhindern, dass bei falscher Montage
mit zu hohem Drehmoment die Spindelarretierung 23 beschädigt
oder zerstört wird, ist die von der Spindelarretierung übertragbare
Reibungskraft begrenzt. Sobald die Rollen 46 in die zweite
Endposition 46III gemäß 6 gelangen
und somit eine Weiterbewegung der Rollen 46 zur Erhöhung
der Klemmwirkung verhindert ist, ergibt sich ein maximales Reibmoment,
das zwischen dem Nockenring 20, den Rollen 46 und
dem Außenring 30 übertragen werden kann.
Wird ein höheres Drehmoment aufgebracht, so rutschen die
Rollen 46 am Außenring 30 durch. Eine Überlastung
der Spindelarretierung 23 ist somit ausgeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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