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Die
Erfindung betrifft einen Führungswagen für ein
Linearwälzlager gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Linearwälzlager im Sinne der vorliegenden
Erfindung sind beispielsweise Kugel- und Rollenschienenführungen,
Kugelbüchsen und Ball-Splines.
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Aus
der
DE 20 2004
002 258 U1 ist ein Linearwälzlager in Form einer
Kreuzrollenführung bekannt. Gemäß der
1 der
DE 20 2004 002 258
U1 umfasst das Linearwälzlager eine sich in einer Längsrichtung
erstreckende Führungsschiene
3, auf der ein U-förmiger
Führungswagen
4 über eine Vielzahl von
rollenförmigen Wälzkörpern
11 längsbeweglich
abgestützt ist. Gemäß der
2 der
DE 20 2004 002 258
U1 sind in dem Führungswagen gesonderte Wälzflächenteile
21 mit
Wagenwälzflächen
8;
9 für die
Wälzkörper vorgesehen. Gemäß der
4a der
DE 20 2004 002 258 U1 ist zwischen den Wälzflächenteilen
und dem Hauptkörper des Führungswagens eine Klebstoffschicht
39a;
39b vorgesehen,
um die genannten Teile fest miteinander zu verbinden. Die
DE 20 2004 002 258
U1 schlägt vor, eine kombinierte Klebe-/Einpressverbindung
zwischen dem Wälzflächenteil und dem Hauptkörper
vorzusehen. Durch die entsprechenden Presskräfte soll eine
möglichst dünne Klebeschicht erzielt werden, so
dass die Steifigkeit des Linearwälzlagers durch die Klebeschicht,
die einen gegenüber Stahl geringen E-Modul aufweist, möglichst
wenig beeinträchtigt wird.
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Nachteilig
an dieser Ausführung ist der hohe Platzbedarf der Klebe-/Einpressverbindung,
da an dem Wälzflächenteil ein besonderer Fortsatz
vorgesehen werden muss, der in eine Nut am Hauptkörper eingreift.
Darüber hinaus müssen zur Herstellung der Klebstoffschicht
diverse Klebstoffzuführkanäle im Führungswagen
vorgesehen werden, deren Herstellung aufwändig ist. Weiter
kann mit der vorgeschlagenen Lösung keine beliebig dünne
Klebstoffschicht bereitgestellt werden, so dass die Steifigkeit
des Linearwälzlagers dennoch herabgesetzt ist.
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Aus
der
EP 1 808 608 A1 ist
ein weiteres Linearwälzlager bekannt, bei dem an der Führungsschiene
gesonderte Wälzflächenteile vorgesehen sind, die
mit einem Hauptkörper der Führungsschiene verklebt
sind. Gemäß der
8 der
EP 1 808 608 A1 liegt
eines der Wälzflächenteile
1b unmittelbar
an einer Anschlagkante
15 des Hauptkörpers
12 der Führungsschiene
11 an.
Die Klebstoffschicht ist ausschließlich abseits der Anschlagkante
15 vorgesehen.
Mit der Anschlagkante
15 soll eine Ausrichtung des Wälzflächenteils
1b gegenüber
dem Hauptkörper der Führungsschiene bewerkstelligt
werden. Am gegenüberliegenden Wälzflächenteil
1c ist
keine derartige Anschlagkante vorgesehen. Das Wälzflächenteil
1c wird
stattdessen mit der Lehre
6 in die gewünschte
Position gebracht, so dass die Schienenwälzflächen
für die Wälzkörper den Abstand aufweisen,
der für eine störungsfreie und genaue Führungsfunktion
des Linearwälzlagers benötigt wird.
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Der
Nachteil der Ausführung gemäß
EP 1 808 608 A1 besteht
darin, dass die Klebstoffschichten sehr dick sind, wodurch die Steifigkeit
des Linearwälzlagers stark vermindert wird. Hinzuweisen
ist außerdem darauf, dass die genannte Anschlagkante sehr
schmal und außermittig angeordnet ist, so dass sie nahezu
keine Last überträgt und folglich nicht Steifigkeit
erhöhend wirkt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Klebeverbindung anzugeben,
die eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Dabei soll der für
den Führungswagen erforderliche Bauraum nicht erhöht
werden.
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Gemäß dem
selbstständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass zwischen
dem Wälzflächenteil und dem Hauptkörper
ein dünnes Blech mit wenigstens einem Durchbruch angeordnet
ist, wobei die Klebstoffschicht innerhalb des Durchbruchs vorgesehen
ist. Demgemäß wird das Wälzflächenteil
unmittelbar über das Blech am Hauptkörper abgestützt,
so dass für die Gesamtsteifigkeit des Linearwälzlagers die
Steifigkeit des Bleches maßgeblich ist, während die
Steifigkeit der Klebstoffschicht in den Hintergrund tritt. Der Klebstoff
ist in den Durchbrüchen des Bleches angeordnet, wobei seine
Funktion im Wesentlichen darin besteht, das Wälzflächenteil
an Ort und Stelle zu halten, also im Wesentlichen eine Querverlagerung
desselben bezüglich der Blechebene zu verhindern. Die Gesamtquerschnittsfläche
der Durchbrüche und die tragende Fläche des dünnen Bleches
sind so aufeinander abgestimmt, dass das Linearwälzlager
die gewünschte Steifigkeit aufweist, wobei die Klebeschicht
ihre Haltefunktion sicher erfüllt. Die Dicke des dünnen
Bleches entspricht der Dicke der Klebeschicht und ist folglich sehr
dünn. Dementsprechend benötigt die vorliegende
Klebung sehr wenig Platz. Bei dem dünnen Blech handelt
es sich vorzugsweise um ein ebenes Blech, das zwischen ebenen Flächen
an dem zugeordneten Wälzflächenteil und dem Hauptkörper
eingebaut ist. Das Blech besitzt vorzugsweise eine Form, die an
das Wälzflächenteil angepasst ist, wobei insbesondere
die Breite des Bleches im Wesentlichen gleich der Breite des Wälzflächenteils
ist. Hierdurch wird eine höchstmögliche Steifigkeit
des Linearwälzlagers erreicht. Soweit im Rahmen der vorliegenden
Anmeldung von Durchbrüchen die Rede ist soll damit ausgesagt
werden, dass das entsprechende Blech quer zur Blechebene durchbrochen
ist. Vom Schutz sollen demgemäß auch Durchbrüche
erfasst sein, die zur Seite des Bleches hin offen sind.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es
kann eine Vielzahl von Durchbrüchen vorgesehen sein, die
vorzugsweise mittels eines photochemischen Ätzverfahrens
in das dünne Blech eingearbeitet sind. Mit der Vielzahl
von Durchbrüchen soll erreicht werden, dass die Lastübertragung
zwischen Wälzflächenteil und Hauptkörper
möglichst gleichmäßig verteilt stattfindet.
Da das erfindungsgemäße Blech sehr dünn
ist, kann die Vielzahl von Durchbrüchen in einem Arbeitsgang
mittels eines photochemischen Ätzverfahrens in das dünne
Blech eingearbeitet werden, so dass die Herstellung des Bleches
besonders kostengünstig ist. Besonders bevorzugt ist daran
gedacht, das Blech mit einem kontinuierlichen Ätzverfahren
herzustellen, so dass ein im Wesentlichen endloses Blech entsteht, welches
nur noch auf die gewünschte Länge abgeschnitten
werden muss. Hierdurch können die Herstellkosten noch weiter
gesenkt werden.
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Das
dünne Blech kann aus gehärtetem Federstahl bestehen
um auszuschließen, dass es durch die im Betrieb des Linearwälzlagers
auftretenden Beanspruchungen plastisch verformt wird. Derartige plastische
Verformungen können Maßänderungen am
Führungswagen zur Folge haben, die wiederum die Führungsgenauigkeit
des Linearwälzlagers herabsetzen. Hierbei ist insbesondere
an Fälle gedacht, in denen kleinflächige Spannungskonzentrationen auftreten,
die dazu führen könnten, dass die Fließgrenze
des Bleches an den betreffenden Stellen überschritten wird.
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Das
Blech kann eine Dicke zwischen 20 μm und 200 μm
aufweisen. Somit hat die Klebstoffschicht in den Durchbrüchen
eine Dicke, die besonders günstige Lastübertragungseigenschaften
aufweist. Gleichzeitig lassen sich die Durchbrüche in einem derartigen
Blech problemlos mit dem genannten Ätzprozess herstellen.
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Der
wenigstens eine Durchbruch kann im Wesentlichen rechteckig ausgeführt
sein, wobei sich die längere Seite des Rechtecks parallel
zur Längsrichtung erstreckt. Bei dem Wälzflächenteil
handelt es sich vorzugsweise um ein langgestrecktes Bauteil, das
sich parallel zur Längsrichtung erstreckt. Wie bereits
angesprochen ist es beabsichtigt, möglichst die ganze Fläche
des dünnen Bleches gleichmäßig mit Durchbrüchen
zu versehen, um eine möglichst gleichförmige Lastübertragung
zu ermöglichen. Gleichzeitig sollen die Durchbrüche
aber eine gewisse Mindestgröße nicht unterschreiten,
damit der Klebstoff problemlos in die Durchbrüche eingebracht werden
kann. Die vorgeschlagenen rechteckigen Durchbrüche können
bezüglich der Längsrichtung problemlos nebeneinander
und hintereinander in dem dünnen Blech vorgesehen werden,
wobei das gesamte Blech gleichmäßig mit Durchbrüchen
bedeckt ist. Die Länge der Rechtecke ist vorzugsweise zwischen
5- und 20-mal so groß wie deren Breite. Soweit die Rechtecke
als im Wesentlichen rechteckig bezeichnet werden ist hiermit gemeint,
dass unvermeidbare Ausrundungen der Ecken des Rechtecks nicht vom
Schutz ausgeschlossen sein sollen. Derartige Ausrundungen können
sich bei sehr schmalen Rechtecken durchaus über eine vollständige
kurze Rechteckseite erstrecken, so dass das Rechteck eine langlochartige
Form aufweist.
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Es
können mehrere parallele Reihen von rechteckigen Durchbrüchen
vorgesehen sein, die versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch
ergibt sich ein besonders flexibles Blech, das sich möglichen
Unebenheiten des zugeordneten Wälzflächenteils
und des Hauptkörpers problemlos anpassen kann, ohne dass
es zu plastischen Verformungen kommt.
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Die
Längserstreckung des dünnen Blechs kann kürzer
sein als die Längserstreckung des Wälzflächenteils,
wobei das Blech so angeordnet ist, dass an wenigstens einem, vorzugsweise
an beiden Längsenden des Wälzflächenteils
ein freitragender Bereich vorhanden ist, der nicht von dem Blech
abgestützt ist. Aus der
DE 103 03 948 A1 ist es bekannt, ein Wälzflächenteil
eines Linearwälzlagers endseitig mit einem freitragenden
Bereich zu versehen, so dass sich ein besonders störungsarmer
Wälzkörpereinlauf ergibt. Dieser freitragende
Bereich kann mit der vorgeschlagenen Ausführungsform auf
besonders kostengünstige Weise geschaffen werden. Die oben
genannte Dicke des Bleches ist ausreichend, um die hierbei auftretenden
Verformungen zu ermöglichen.
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In
wenigstens einem Durchbruch des dünnen Blechs kann ein
Sensor angeordnet sein der ein Signal abgibt, das von der Kraft
abhängig ist, welche die Wälzkörper auf
das Wälzflächenteil ausüben. Bei einem
Linearwälzlager besteht regelmäßig das
Bedürfnis, die Kraft zu bestimmen, mit der es belastet wird.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass zwischen dem Wälzflächenteil
und dem Hauptkörper ein druckempfindlicher Sensor, beispielsweise eine
Piezokeramik, vorgesehen wird. Für einen derartigen Sensor
muss eine geeignete Aufnahme bereitgestellt werden, so dass der
Sensor nur mit einem Teil der vom Wälzflächenteil übertragenen
Kraft belastet wird. Hierdurch soll einerseits vermieden werden,
dass die Steifigkeit des Linearwälzlagers durch die Anwesenheit
des Sensors vermindert wird. Gleichzeitig soll eine Überlastung
des Sensors vermieden werden. Durch die Anordnung des Sensors, vorzugsweise
einer Piezokeramik, in einem Durchbruch des dünnen Blechs kann
dieses Ziel auf besonders kostengünstige Weise erreicht
werden. Der entsprechende Durchbruch für den Sensor weist
vorzugsweise eine Form auf, die an die Anforderungen des Sensors
angepasst ist und die von der Form der Durchbrüche für
den Klebstoff abweicht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen
grobschematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen
Linearwälzlagers;
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2 eine
Draufsicht des dünnen Blechs;
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3 einen
grobschematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Linearwälzlagers; und
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4 eine
Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des dünnen
Bleches.
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Ein
erfindungsgemäßes Linearwälzlager kann
dadurch geschaffen werden, dass bei dem aus der
DE 10 2007 056 862 bekannten
Linearwälzlager die einstückig am Hauptkörper
ausgeführten Wagenwälzflächen durch die
im Folgenden beschriebenen Wälzflächenteile mit
den Wagenwälzflächen ersetzt werden. Die
DE 10 2007 056 862 wird
daher in vollem Umfang in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden
Anmeldung gemacht.
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1 zeigt
einen grobschematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen
Linearwälzlagers 10. Das Linearwälzlager 10 umfasst
eine sich in eine Längsrichtung 12 erstreckende
Führungsschiene 11 aus gehärtetem Wälzlagerstahl,
wobei die Längsrichtung 12 senkrecht zur Zeichenebene
ausgerichtet ist. Die Führungsschiene 11 besitzt über
ihre gesamte Längserstreckung eine im Wesentlichen konstante Querschnittsform,
wobei insgesamt vier ebene Schienenwälzflächen 14 für
die im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Wälzkörper 13 vorgesehen sind.
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Der
Führungswagen 30 besitzt eine im Wesentlichen
U-förmige Querschnittsform, wobei er die Führungsschiene 11 mit
seinen beiden U-Schenkeln so umgreift, dass seine vier Wagenwälzflächen 36 zugeordneten
Schienenwälzflächen 14 parallel beabstandet
gegenüberstehen, so dass die Wälzkörper 13 unter
einer vorgegebenen Vorspannung zwischen den genannten Wälzflächen 14; 36 aufgenommen sind.
Die Wälzkörper 13 sind in Form von vier
endlos umlaufenden Reihen vorgesehen, die jeweils um 90° geneigt
zueinander angeordnet sind, so dass das Linearwälzlager 10 bezüglich
jeder Belastungsrichtung die gleiche Tragfähigkeit aufweist.
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Die
Wagenwälzflächen 36 sind jeweils an einem
gesonderten Wälzflächenteil 32 aus gehärtetem Wälzlagerstahl
vorgesehen, wobei alle Wälzflächenteile 32 in
Form eines Rechteckprismas ausgeführt sind. Die Wälzflächenteile 32 sind über
das erfindungsgemäße dünne Blech 50 am
U-förmigen Stahl-Hauptkörper 31 des Führungswagens
abgestützt, wobei in diesem Bereich auch die nachfolgend beschriebene
Klebstoffschicht vorgesehen ist. Die Klebstoffschicht ist unter
anderem auch deshalb notwendig, damit die Schleifbearbeitung der
vier Wagenwälzflächen 36 stattfinden
kann, wenn die zugeordneten Wälzflächenteile 32 bereits
in den Hauptkörper 31 eingebaut sind, so dass
deren relative Lage besonders genau ausgeführt werden kann. Während
des Betriebes des Wälzlagers werden die Wälzflächenteile
allein durch die Vorspannkräfte der Wälzkörper 13 an
Ort und Stelle gehalten. Die Klebstoffschicht dient in diesem Fall
nur dazu, ein allmähliches Wandern der Wälzflächenteile
gegenüber dem Hauptkörper zu verhindern. Ein derartiges
Wandern kann beispielsweise durch die beim Betrieb des Linearwälzlagers
auftretenden Schwingungen hervorgerufen werden.
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2 zeigt
eine Draufsicht des dünnen Bleches 50, welches
aus gehärtetem Federstahl hergestellt ist, wobei seine
Dicke etwa 50 μm beträgt. Die Rechteckform des
Bleches ist insbesondere hinsichtlich der Breite an das zugeordnete
Wälzflächenteil angepasst. Es sind mehrere Reihen
von rechteckigen Durchbrüchen 51 in dem Blech
vorgesehen, wobei benachbarte Reihen in Längsrichtung 12 versetzt zueinander
angeordnet sind. Die Durchbrüche 51 werden mit
einem photochemischen Ätzverfahren hergestellt.
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Hierbei
wird das Blech 51 zuerst beidseitig mit einer lichtempfindlichen
Lackschicht versehen, auf die mit Hilfe einer Maske das vorliegende
Rechteckmuster aufbelichtet wird. Anschließend wird der Fotolack
entwickelt, wobei er an den belichteten Stellen, nämlich
den Stellen mit den zu ätzenden Durchbrüchen 51,
entfernt wird, während er an den verbleibenden unbelichteten
Stellen stehen bleibt. Die so behandelten Bleche werden in eine
Säure getaucht, so dass das Metall an den Stellen, an denen
kein Fotolack mehr vorhanden ist, herausgeätzt wird, bis Durchbrüche
vorhanden sind. Zuletzt wird der verbleibende Fotolack vom Blech
entfernt.
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3 zeigt
einen grobschematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Linearwälzlagers im Bereich des tragenden Wälzkontaktes.
Zu erkennen ist, wie die Reihe von Wälzkörpern 13 zwischen
der Schienenwälzfläche 14 an der Führungsschiene 11 und
der Wagenwälzfläche 36 am Wälzflächenteil 32 angeordnet
ist. Das Wälzflächenteil 32 ist über
das erfindungsgemäße dünne Blech 50 am Hauptkörper 31 des
Führungswagens abgestützt. Es ist darauf hinzuweisen,
dass die Schnittebene in 3 mitten durch die Durchbrüche 51 verläuft,
so dass nur noch die zwischen den Durchbrüchen vorhandenen
Stege des Bleches 50 zu erkennen sind. Die Längserstreckung 53 des
Bleches 50 ist kleiner als die Längserstreckung 33 des
Wälzflächenteils 32, so dass das Wälzflächenteil 32 an
beiden Enden einen freitragenden Bereich 35 aufweist, der
nicht von dem Blech 50 abgestützt ist. Das Wälzflächenteil kann
dementsprechend von Vorspannkräften der Wälzkörper 13 nach
unten gebogen werden, so dass sich eine Einlaufschräge
für die Wälzkörper 13 ergibt, die
einen besonders sanften Ablauf des Linearwälzlagers zur
Folge hat.
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Die
Durchbrüche 51 sind mit einem Klebstoff gefüllt,
so dass sich mehrere Klebstoffschichten 33 ergeben, deren
Dicke der Dicke des Bleches entspricht. Zum Aufbringen des Klebstoffes
wird das Blech 50 in den flüssigen Klebstoff eingetaucht,
wobei dieser aufgrund der Oberflächenspannung in den Durchbrüchen 51 gehalten
wird. Anschließend wird der überschüssige
Klebstoff an der Oberfläche des Bleches 51 abgestreift,
so dass das Blech unmittelbar an den angrenzenden Bauteilen aufliegen
kann. Danach wird das so vorbehandelte Blech zwischen dem zugeordneten
Wälzflächenteil 32 und dem Hauptkörper
eingebaut, wobei die genannten Bauteile so lange fixiert werden,
bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Die Wagenwälzflächen 36 werden
nach dem Klebevorgang in einer Aufspannung des Hauptkörpers 31 geschliffen,
so dass deren relative Lage besonders genau hergestellt werden kann.
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In
einem der Durchbrüche 51 ist ein piezokeramischer
Sensor 52 vorgesehen. Die Piezokeramik 52 erzeugt
abhängig von der Druckkraft, die auf sie einwirkt, eine
elektrische Spannung. Somit kann mit Hilfe des Sensors die Kraft
bestimmt werden, die die Wälzkörper 13 auf
das Wälzflächenteil 32 ausüben. Aus
dieser Kraft kann wiederum auf die äußere Belastung
geschlossen werden, die auf das Linearwälzlager einwirkt.
Gegebenenfalls ist zu diesem Zweck an jedem Wälzflächenteil 32 ein
entsprechender Sensor vorzusehen, damit auch richtungsveränderliche
Kräfte erfasst werden können.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des dünnen Blechs 50.
Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch,
dass neben den Durchbrüchen 51 mitten im Blech 50 auch Durchbrüche 51a vorhanden
sind, die zur Seite des Blechs 50 hin offen sind.
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- 10
- Linearwälzlager
- 11
- Führungsschiene
- 12
- Längsrichtung
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Schienenwälzfläche
- 30
- Führungswagen
- 31
- Hauptkörper
- 32
- Wälzflächenteil
- 33
- Längserstreckung
des Wälzflächenteils
- 33
- Klebstoffschicht
- 35
- freitragender
Bereich
- 36
- Wagenwälzfläche
- 50
- dünnes
Blech
- 51
- Durchbruch
- 51a
- seitlich
offener Durchbruch
- 52
- Sensor
- 53
- Längserstreckung
des Bleches
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202004002258
U1 [0002, 0002, 0002, 0002, 0002]
- - EP 1808608 A1 [0004, 0004, 0005]
- - DE 10303948 A1 [0014]
- - DE 102007056862 [0021, 0021]