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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenkomponente mit Drehantrieb,
insbesondere Drehkopf für Motorspindeln oder Drehtisch
für Werkstücke, nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
dem Stand der Technik sind durch Druckschriften wie
DE 202 02 998 U1 oder
EP 1 543 916 B1 Werkstücktische
bekannt, bei denen das Klemmmoment zur Klemmung des Rotationselements
mechanisch aufgebracht werden und durch hydraulische oder pneumatische
Kraft ergänzt werden kann.
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Die
Erzeugung von hydraulischen oder pneumatischen Kräften
erfordert fluidführende Gefäße, insbesondere
Druckleitungen und Druckkammern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschinenkomponente mit Drehantrieb,
insbesondere Drehkopf für Motorspindeln oder Drehtisch für
Werkstücke, mit wenigstens einer Rotationsachse vorzuschlagen,
welche einfacher herzustellen ist.
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Ausgehend
von einer Werkzeugmaschinenkomponente der eingangs genannten Art
wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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In
den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte
Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung
genannt und erläutert.
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Dementsprechend
zeichnet sich die Werkzeugmaschinenkomponente mit Drehantrieb zur
Drehung und/oder Positionierung von Werkstücken oder Werkzeugen,
insbesondere Drehkopf für Motorspindeln oder Drehtisch
für Werkstücke, mit wenigstens einer Rotationsachse
und mit einem Rotationselement, welches um eine Rotationsachse drehbar
ist, sowie mit einer mittels eines Spannelementes selbsttätig
verspannenden Klemmvorrichtung zur Klemmung des Rotationselements,
dadurch aus, dass das Spannelement als Tellerfeder ausgebildet ist,
deren Mittenachse koaxial zur Rotationsachse des Rotationselements
verläuft.
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Die
Verwendung einer Tellerfeder, deren Mittenachse koaxial zur Rotationsachse
des Rotationselements verläuft, ermöglicht eine
relativ einfache Herstellungsweise. Die Werkzeugmaschinenkomponente
ist vergleichsweise einfach zu dimensionieren. Außerdem
ermöglicht diese Bauweise eine fehlertolerante Herstellung.
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Derartige
Werkzeugmaschinenkomponenten werden beispielsweise für
spanende Bearbeitungen, wie Dreh- bzw. Fräsbearbeitungen,
eingesetzt. Unter anderem kann es sich dabei um Positioniersysteme
zur Positionierung bzw. um Drehsysteme zur Drehung von Werkstücken
oder Werkzeugen handeln. Darunter fallen unter anderem auch Drehköpfe für
Motorspindeln, wobei die Motorspindeln beispielsweise für
Fräsbearbeitungen für den Drehantrieb des Werkzeugs
sorgen und durch Verschwenken des gesamten Drehkopfes positioniert
werden können. Es kann sich dabei aber ebenso um Drehtische
handeln, welche als Werkstückträger dienen. Andererseits sind
hier derartige Werkzeugmaschinenkomponenten umfasst, welche für
Dreh- bzw. Fräsarbeiten geeignet sind, das heißt
für spanende Bearbeitungen, bei denen entweder das Werkzeug
oder das Werkstück während der Bearbeitung still
steht bzw. auch beide genannten Bearbeitungsmöglichkeiten
auf einer Werkzeugmaschine möglich sind. Gemeint sind aber
auch andere Werkzeugmaschinen, welche außer der spanabhebenden
Bearbeitung für andere Zwecke gedacht sind, beispielsweise
zum Polieren eines Werkstücks.
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Bei
einer spanenden Bearbeitung können sehr große
Kräfte auftreten und auf die Klemmung, z. B. die einer
positionierten Motorspindel, einwirken, insbesondere, wenn aus einem
massiven Werkstück eine entsprechende Menge an Material
abgenommen werden muss.
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Eine
sehr rasche und effektive Klemmung kann allerdings auch in Notsituationen
zwingend erforderlich sein, um Unfälle bzw. gefährliche
Situationen zu vermeiden, wenn also z. B. der Notausschalter betätigt
wird.
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Selbsttätig
verspannende Klemmvorrichtungen sorgen ohne Zutun des Benutzers
für eine Klemmung des Rotationselements. Treten jedoch,
wie bereits geschildert, sehr hohe Kräfte auf, welche am
geklemmten Rotationselement wirken, so muss in der Regel eine zusätzliche
Kraft zur Aufrechterhaltung der Klemmung des Rotationselements aufgebracht werden.
Dies geschieht meistens über eine zusätzliche
Beaufschlagung mit Druck und erfordert somit auch zusätzliche
Druckleitungen. Jede zusätzliche Druckleitung erhöht
die Gefahr einer Leckage und somit auch den Wartungsaufwand der
Werkzeugmaschine.
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Daher
umfasst die Klemmvorrichtung bei einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschinenkomponente als Spannelement eine Tellerfeder, deren Mittenachse
koaxial zur Rotationsachse des Rotationselements verläuft.
Im Gegensatz zur Verwendung vieler Federpakete um die Drehachse
herum ermöglicht eine Tellerfeder, deren Mittenachse koaxial
zur Rotationsachse des Rotationselements verläuft, eine besonders
günstige Kraftübertragung zur Herstellung der
Klemmung. Bei entsprechender Auslegung der Klemmvorrichtung kann
diese eine Tellerfeder somit ausreichend sein, das Rotationselement
effektiv zu verklemmen. Zusätzliche Druckleitungen zur
Verstärkung der Klemmung können vermieden werden.
Somit ermöglicht eine erfindungsgemäße
Werkzeugmaschinenkomponente außerdem eine besonders sichere
Bearbeitung von Werkstücken für den Benutzer.
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Besonders
günstig ist die Kraftübertragung, wenn die Tellerfeder
gleichmäßig an dem Bauteil aufliegt, welches die Klemmung
des Rotationselementes bewirkt. Diese Klemmwirkung kann infolge
einer gleichmäßigen Kraftübertragung
wesentlich effektiver arbeiten als eine Klemmung, die nur an einzelnen Stellen
angreift. Besonders vorteilhaft ist eine flächige Auflage,
da der Druck mit größer werdender Fläche
abnimmt und somit auch Bauteile gleichmäßig belastet
und auch geschont werden können. Deshalb liegt bei einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Tellerfeder
gleichmäßig auf einer Auflagefläche auf.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
Auflageelemente zur flächigen Auflage der Tellerfeder vorhanden
sind. Diese können insbesondere dazu dienen, Kräfte
aufzunehmen und somit andere Bauteile der Werkzeugmaschinenkomponente
zusätzlich zu schonen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt
die Tellerfeder zu beiden Seiten gleichmäßig jeweils
auf einer Auflagefläche auf. Die bereits genannten Vorteile
wie die günstige Kraftübertragung und die Möglichkeit,
einzelne Bauteile geringer zu belasten, gelten bei diesem Ausführungsbeispiel
in besonderem Maße.
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Grundsätzlich
kann es vorkommen, dass bei Maschinenbauteilen scharfkantige Auflagen
existieren, die zu einer Linienberührung führen.
Beispielsweise kann dies auch bei der Auflage der Tellerfeder gegeben
sein. Insbesondere bei einer Benutzung über längere
Zeiträume können durch die hohe Flächenpressung
im Kontakt Oberflächenbeschädigungen auftreten,
wodurch die Kontaktfläche vertieft werden kann. Bei derartigen
Beschädigungen verändert sich in der Regel der
Klemmspalt und somit auch der Lösedruck. Besonders zu bevorzugen
ist daher eine Weiterbildung der Erfindung, bei der der wenigstens
eine Kante der Tellerfeder abgerundet ist, also eine Phase aufweist.
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Um
entsprechend auch gleichmäßig eine Kraft zur Klemmung übertragen
zu können, umfasst also weiterhin ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Ringkolben.
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Des
Weiteren ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein
in Bezug auf das Rotationselement statisches Element vorhanden.
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Daneben
besitzt die Verwendung einer Tellerfeder auch noch weitere Vorteile.
Eine Ausführungsform der Erfindung erlaubt es, eine Tellerfeder zu
verwenden, die aus einem Flachmaterial gefertigt ist. Die einfache
Herstellungsweise kann hier zu einem erheblichen Kostenvorteil werden.
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Wie
bereits erwähnt ist durch den Einbau einer ringförmigen
Tellerfeder eine gleichmäßige Kraftverteilung
bei der Klemmung möglich. Bei bevorzugten Weiterbildungen
der Erfindung kann die Tellerfeder deswegen als Ringscheibe ausgebildet
sein.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht dabei
vor, dass das Rotationselement die Tellerfeder wenigstens teilweise
durchsetzt. Diese Anordnung ist insbesondere aus mechanischen Gründen
vorteilhaft und kann die Klemmung deutlich verbessern.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
wenigstens eine Bremsscheibe zur Klemmung vorhanden. Bremsscheiben
sind gängige Mittel, um eine hohe Reibungskraft zu einer
effektiven Klemmung zur Verfügung zu stellen. Außerdem können
Bremsscheiben in der Regel bei Bedarf mit relativ wenig Aufwand
und kostengünstig ausgetauscht werden. Dies ist insbesondere
deshalb notwendig, da die Bremsbeläge bei der Klemmung
einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Eine Bremsscheibe
kann vorteilhafterweise jedoch auch sehr flach ausgebildet sein.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, dass der
Durchmesser der Tellerfeder genauso groß ist wie der Durchmesser
des Ringkolbens und/oder der aktive Durchmesser der Bremsscheibe.
Sowohl aus Gründen der Kompaktheit als auch aus Gründen
einer vorteilhaften Kraftübertragung kann es sinnvoll sein,
diese Bauteile mit übereinstimmenden Durchmessern auszubilden.
Da es sich bei den Bauteilen um Ringe und nicht um linienförmige
mathematische Kreise handelt, ist in der Regel im Sinne der Erfindung
der aktive Durchmesser gemeint, also der mittlere Durchmesser des
Kreises, an dem z. B. die Kraftübertragung stattfindet.
Durch dieses Merkmal können diese Komponenten, welche bei
der Klemmung aufeinander einwirken, beispielsweise übereinander
angebracht werden. Zusätzliche Kraftübertragungsvorrichtungen,
welche unter Umständen Reibungsverluste mit sich bringen,
können folglich vermieden werden. Ebenso kann eine ungleiche
Proportionierung der einzelnen Komponente untereinander vermieden
werden. Beispielsweise kann zwar eine vergleichsweise groß ausgebildete
Tellerfeder eine relativ hohe Kraft ausüben, diese muss
jedoch durch die Reibung der Bremsscheibe auch derart umgesetzt
werden, dass die Klemmung den gestellten Anforderungen entspricht.
Dies könnte zu Problemen führen, falls die Bremsscheibe
zu klein gewählt würde. Die Klemmvorrichtung kann
somit in Bezug auf die Werkzeugmaschinenkomponente relativ groß ausgebildet
werden. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass Ausführungsformen der
Erfindung ebenso für Anwendungen ausgelegt werden können,
bei denen z. B. sehr hohe Klemmkräfte benötigt
werden.
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Da
das Rotationselement drehbar gegenüber dem statischen Element
gelagert ist, sind grundsätzlich zwei Ausführungsformen
der Erfindung denkbar, bei denen die Bremsscheibe entweder am Rotationselement
oder am statischen Element befestigt ist. Grundsätzlich
kann die Bremsscheibe an in radialer Richtung innen oder außen
liegenden Teilen der Werkzeugmaschinenkomponente befestigt sein. Die
Entscheidung über die Wahl einer dieser Ausführungsformen
wird in der Regel durch die Erfordernisse, welche an die entsprechende
Ausführungsform der Erfindung gestellt werden, bedingt.
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Des
Weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung einen
Gegenhalter als Reibfläche der Bremsscheibe bei der Klemmung
vor. Bei der Klemmung kann dabei die Bremsscheibe mittels des Ringkolbens
gegen diesen Gegenhalter gedrückt werden. Je stärker
der Ringkolben die Bremsscheibe gegen den Gegenhalter drückt,
umso stärker ist die Reibungskraft und somit die Klemmung.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung kann ebenso der Gegenhalter
eine Beschichtung aufweisen, um die Abnutzung bei der Klemmung reduzierbar
zu machen. Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, Reibflächen,
insbesondere bei der Klemmung, mit Bremsbelägen, Bremsscheiben
oder Klemmscheiben auszustatten.
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Außerdem
umfasst eine bevorzugte Ausführungsform eine Lösevorrichtung
zur aktiven Lösung der Klemmvorrichtung, d. h. dass eine
Aktivierung bzw. eine Betätigung, z. B. von Seiten des
Benutzers, zur Lösung erforderlich ist. Eine Lösevorrichtung,
die nur dann aktiviert werden muss, wenn das Werkzeug bzw. Werkstück
anders positioniert werden soll, bietet u. a. den Vorteil, dass
Energie eingespart werden kann, da sonst eine selbsttätige
Verklemmung bei den meist länger andauernden Bearbeitungsvorgängen
vorliegt; des Weiteren bietet sie eine erhöhte Sicherheit,
da das Rotationselement erst bei aktiver Lösung der Klemmung
drehbar wird. Grundsätzlich kann diese Lösevorrichtung
verschieden ausgebildet sein.
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Eine
vorteilhafte Möglichkeit, eine solche Lösevorrichtung
herzustellen, sieht eine Druckbeaufschlagung vor, welche eine Kraft
gegen die selbsttätig verspannende Tellerfeder erzeugt
und somit die Klemmung des Rotationselements löst. Dementsprechend
umfasst bei einem Ausführungsbeispiel die Lösevorrichtung
wenigstens eine Druckkammer zur Druckbeaufschlagung.
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Damit
die Kraft, welche zur Lösung der Klemmvorrichtung aufgebracht
werden muss, gleichmäßig auf die Tellerfeder einwirken
kann, umfasst die Lösevorrichtung bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung einen mit Druck beaufschlagbaren
Ringkolben.
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Um
eine ausreichend große Kraft zur Lösung der Klemmung
zur Verfügung zu stellen, ist es vorteilhaft, gängige
Techniken, welche beispielsweise im Zusammenhang mit Klemmsystemen
bei Werkzeugmaschinen verwendet werden, insbesondere hydraulische
bzw. pneumatische Mittel, einzusetzen. Eine derartige Lösevorrichtung
ermöglicht eine relativ kostengünstige Herstellung
einer solchen Werkzeugmaschinenkomponente. Bei einer vorteilhaften
Ausführung der Erfindung ist daher die Lösevorrichtung
hydraulisch bzw. pneumatisch mit Druck beaufschlagbar.
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Zusätzlich
kann jedoch auch die Verwendung weiterer Druckleitungen vermieden
werden, da die Klemmung vollständig selbsttätig
abläuft und keinerlei hydraulische oder pneumatische Verstärkung benötigt
wird. Somit könnten fluidführende Druckleitungen
eingespart werden. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung ist also genau ein Zufuhrkanal zur Druckbeaufschlagung
des Ringkolbens vorhanden. Dies ermöglicht eine Vielzahl von
Vorteilen, welche Sicherheitsaspekte betreffen, Kosteneinsparungen,
vereinfachte Herstellungsprozesse für die Werkzeugmaschinenkomponente,
während zudem der Wartungsaufwand verringert werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
der Gegenhalter den Ringkolben wenigstens teilweise umgibt, insbesondere
kann somit beispielsweise auch die Lösevorrichtung in den Gegenhalter
integriert werden. Besonders vorteilhaft ist hieran, dass der Gegenhalter
aus einem Stück gefertigt werden kann. Ist die Druckkammer
in den Gegenhalter integriert, kann somit das Risiko einer Leckage
von Druckleitungen noch einmal reduziert werden.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist deswegen die Druckkammer
in den Gegenhalter integriert.
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Ausführungsbeispiel
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
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1 einen
Drehtisch mit einer Klemmung mit innenliegender Bremsscheibe sowie
-
2 einen
Drehtisch mit einer Klemmung und außenliegender Bremsscheibe.
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1 zeigt
einen Drehtisch 1 mit einem Rotationselement 9 und
einem statischen Element 8. Am Rotationselement 9 ist
eine Bremsscheibe 5 durch Verschraubungen 20 befestigt.
Das statische Element 8 wiederum ist mit einer ringförmigen
Tellerfeder 4 versehen, welche auf Auflageelementen 11 aufliegt.
Die Tellerfeder 4 umgibt dabei zumindest einen Teil des
Rotationselements 9. Des Weiteren drückt die Tellerfeder 4 gegen
einen Ringkolben 2, der ebenfalls das Rotationselement 9 zumindest
teilweise umgibt. Die Tellerfeder 4 ist an ihrer Ober-
und Unterseite jeweils mit einer Phase 24 über
den gesamten Umfang versehen. Ein Teil des Ringkolbens 2 kann
dabei gegen die Bremsscheibe 5 und diese somit gegen den
Gegenhalter 6 drücken. Der Gegenhalter 6 ist
so ausgebildet, dass er in großen Teilen den Ringkolben 2 umgibt.
Des Weiteren ist im Gegenhalter 6 eine ringförmige
Druckkammer, welche zur Lösung der Klemmung den Ringkolben 2 mit Druck
beaufschlagen kann. Nach außen hin ist die Druckkammer 3 durch
Dichtelemente 10, welche im Ringkolben 2 angebracht
sind, abgedichtet. Ist die Lösung der Klemmvorrichtung
nicht aktiviert, so drückt die Tellerfeder 4,
welche auf den Auflageelementen 11 aufliegt, gegen den
Ringkolben 2. Eine Teilfläche des Ringkolbens 2 drückt
die Bremsscheibe 5 gegen den Gegenhalter 6, welcher
durch Schraubmittel 21 mit dem statischen Element 8 fest verbunden
ist. Somit ist in diesem Fall das Rotationselement 9 gegenüber
dem statischen Element 8 geklemmt und in seiner Rotationsbewegung
um die Rotationsachse 7 gehindert.
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Wird
jedoch der Ringkolben 2 über die Druckkammer 3 mit
Druck beaufschlagt, so drückt der Ringkolben 2 die
Tellerfeder 4 zusammen. Die Bremsscheibe 5 wird
folglich nicht mehr geklemmt, wodurch das Rotationselement 9 um
die Rotationsachse 7 rotieren kann. Besonders vorteilhaft
ist an dieser Ausführung der Erfindung, dass der Ringkolben 2,
der Gegenhalter 6, die Bremsscheibe 5 und die
Tellerfeder 4 zumindest teilweise ähnliche bzw. vergleichbare
Durchmesser aufweisen. Bei der Klemmung wie auch beim Lösen
der Klemmung ermöglicht dies eine besonders günstige
Kraftübertragung. Die Klemmvorrichtung ist insgesamt relativ kompakt
verwirklicht und ermöglicht auch bei einer Wartung einen
relativ einfachen Austausch von Teilen.
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2 zeigt
einen ähnlichen Drehtisch 12 mit einem statischen
Element 18 und einem Rotationselement 19, an dem
eine Bremsscheibe 15 durch Verschraubungen 23 befestigt
ist. Im Gegensatz zu Drehtisch 12 in 2,
welcher eine außenliegende Bremsscheibe 15 umfasst,
ist in 1 ein Drehtisch 1 mit einer innenliegenden
Bremsscheibe 5 abgebildet. In analoger Weise liegt die
Tellerfeder 4 in 2 auf Auflageelementen 11 auf
und drückt bei einer Klemmung gegen den Ringkolben 13,
welcher teilweise vom Gegenhalter 16 umgeben wird. Die
Tellerfeder 4 ist an ihrer Ober- und Unterseite jeweils
mit einer Phase 24 über den gesamten Umfang versehen.
In analoger Weise sind ebenso Dichtelemente 10 in den Ringkolben 13 integriert.
Der Gegenhalter 16 ist über Schraubmittel 22 fest
als Bestandteil des statischen Elements 18 integriert.
Zur Lösung der Klemmung ist eine Druckkammer 14 vorhanden.
Ist die Klemmung gelöst, so kann auch hier das Rotationselement 19 um
die Rotationsachse 17 gegenüber dem statischen
Element 18 rotierten.
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Allen
Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen der Erfindung
ist gemeinsam, dass das Spannelement als Tellerfeder ausgebildet
ist, deren Mittenachse koaxial zur Rotationsachse des Rotationselements
verläuft.
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- 1
- Drehtisch
- 2
- Ringkolben
- 3
- Druckkammer
- 4
- Tellerfeder
- 5
- Bremsscheibe
- 6
- Gegenhalter
- 7
- Rotationsachse
- 8
- statisches
Element
- 9
- Rotationselement
- 10
- Dichtung
- 11
- Auflageelement
- 12
- Drehtisch
- 13
- Ringkolben
- 14
- Druckkammer
- 15
- Bremsscheibe
- 16
- Gegenhalter
- 17
- Rotationsachse
- 18
- statisches
Element
- 19
- Rotationselement
- 20
- Verschraubung
- 21
- Verschraubung
- 22
- Verschraubung
- 23
- Verschraubung
- 24
- Phase
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20202998
U1 [0002]
- - EP 1543916 B1 [0002]