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Die vorliegende Erfindung betrifft ein variables Getriebe zur rotatorisch-translatorischen Bewegungstransformation.
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Getriebe, die eine rotatorische, in eine translatorische Bewegung oder eine translatorische, in eine rotatorische Bewegung tranformieren, sind seit langem bekannt.
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Ein Beispiel für ein derartiges Getriebe ist eine Zahnstange, in das ein Zahnritzel kämmend eingreift. Da bei einem derartigen Getriebe die beiden Getriebeteile häufig in einem festen Abstand zueinander gelagert sind, ist eine variable Veränderung des Getriebes nicht möglich.
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Derartige Getriebe werden beispielsweise in Werkzeugmaschinen eingesetzt, bei denen ein Werkzeugschlitten auf einer Schiene fahrbar ist, in dem eine eingeleitete rotatorische Bewegung über ein Zahnrad an eine Zahnstange und in eine translatorische Bewegung des Schlittens überführt wird. Bei derartigen Getrieben besteht jedoch das Problem, dass das Getriebe nicht variabel einsetzbar ist, da das Getriebe lediglich an die vorhandene Zahnstange angepasst ist. Die Verwendung einer anderen Zahnstange, insbesondere einer gekrümmten Zahnstange, ist bei einem derartigen Getriebe nicht oder nur beschränkt möglich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein variables Getriebe zur rotatorisch-translatorischen Bewegungstransformation zur Verfügung zu stellen, bei dem das Getriebe auf eine einfache Art und Weise an unterschiedliche Schienen und/oder Zahnstangen, insbesondere an unterschiedliche Krümmungen von Schienen und/oder Zahnstangen, anpassbar ist.
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Zur Lösung dienen die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist ein variables Getriebe zur rotatorisch-translatorischen Bewegungstransformation vorgesehen mit einem Getriebekörper und mit einer Führungsschiene mit einer Zahnung und mit zwei seitlichen Führungskanten, wobei der Getriebekörper auf der Führungsschiene in einer translatorischen Bewegung führbar ist. An dem Getriebekörper sind mindestens vier Führungsrollen angeordnet, die mit den seitlichen Führungskanten der Führungsschiene zusammenwirken, derart, dass der Getriebekörper die Führungsschiene mit den Führungsrollen umgreift.
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In dem Getriebekörper ist mindestens ein Kämmrad drehbar gelagert, das in die Zahnung der Führungsschiene kämmend eingreift, derart, dass eine rotatorische Bewegung des Kämmrades die translatorische Bewegung des Getriebekörpers auf der Führungsschiene bewirkt. Dabei sind die Führungsrollen schwenkbar an dem Getriebekörper befestigt, derart, dass der Getriebekörper an die Krümmung der Führungsschiene anpassbar ist.
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Durch die verschwenkbare Befestigung der Führungsrollen an dem Getriebekörpern ist eine Anpassung des variablen Getriebes an unterschiedliche Führungsschienen, und insbesondere an unterschiedliche Krümmungen von Führungsschienen, möglich, indem der Abstand der Führungsrollen zu dem Getriebekörper und der Winkel der Führungsrollen an die Krümmung der Führungsschiene angepasst wird. Dabei verbleibt der Abstand zwischen dem Kämmrad, das in dem Getriebekörper drehbar gelagert ist, und der Zahnung gleich, so dass ein optimaler Eingriff zwischen dem Kämmrad und der Zahnung möglich ist. Das Getriebe ist somit optimal an die Führungsschiene anpassbar, wobei neben einer gekrümmten Führungsschiene auch eine gerade Führungsschiene verwendbar ist, indem die vier Führungsrollen entsprechend verschwenkt werden, so dass sie in einer Ebene verlaufen.
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Bei einem erfindungsgemäßen variablen Getriebe kann vorgesehen sein, dass das Kämmrad ein Schneckenrad, Zahnrad oder Kronenrad ist.
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Ein derartiges Kämmrad ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Übertragung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung.
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Im Rahmen der Erfindung bedeutet die rotatorisch-translatorische Bewegungstransformation selbstverständlich auch, dass eine translatorische Bewegung in eine rotatorische Bewegung mit Hilfe des erfindungsgemäßen variablen Getriebes umgeformt werden kann, indem beispielsweise der Getriebekörper auf der Führungsschiene mit anderen Mitteln translatorisch angetrieben wird und über die Zahnung eine rotatorische Bewegung des Kämmrades erzeugt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen variablen Getriebe kann vorgesehen sein, dass die Zahnung mittig an der Führungsschiene angeordnet ist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils zwei Führungsrollen an einer Seite des Getriebekörpers angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen, dass die Führungsrollen als Doppelrolle ausgebildet sind, die eine zwischen den Doppelrollen gebildete Nut aufweisen. An dieser Nut kann jeweils eine der seitlichen Führungskanten der Führungsschiene eingreifen. Die Doppelrolle jeder Führungsrolle umgreift somit die Führungskanten der Führungsschiene jeweils. Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Führung des Getriebekörpers auf der Führungsschiene möglich, indem sich der Getriebekörper über die Doppelrollen an der Führungsschiene abstützen kann, wobei gleichzeitig die Doppelrolle verhindert, dass der Getriebekörper von der Führungsschiene abgehoben werden kann. Dadurch wird die Gefahr verringert, dass der Getriebekörper von der Führungsschiene abkippt. Mit Hilfe der Doppelrollen als Führungsrolle ist es sogar möglich, das variable Getriebe über Kopf zu verwenden, da der Getriebekörper mit Hilfe der Doppelrollen an der Führungsschiene gehalten wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Führungsrollen jeweils über eine orthogonal zu der Führungsschiene angeordnete Achse gelagert sind, wobei vorzugsweise jede Achse jeweils an einem Schwenkhebel befestigt ist, der vorzugsweise eine orthogonal zu der Achse verlaufende Schwenkachse besitzt. In diesem Zusammenhang bedeutet eine orthogonal zu der Führungsschiene angeordnete Achse bei einer gekrümmten Führungsschiene, dass die Achse orthogonal zu einer Tangente an der Führungsschiene an dem Punkt, an dem die Führungsrolle an der Führungsschiene angreift, verläuft.
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Durch eine derartige Anordnung der Führungsrollen ist in vorteilhafte Weise eine Anpassung der Führungsrollen an die Führungsschiene möglich. Insbesondere durch das Vorsehen der orthogonal zu der Führungsschiene angeordneten Achse, wobei die Achse an einem Schwenkhebel befestigt ist, der eine orthogonal zu der Achse verlaufende Schwenkachse besitzt, ist eine Einstellung des Abstandes zwischen der Führungsrolle und dem Getriebekörper sowie ein Einstellen des Winkels der Führungsrolle in vorteilhafter Weise möglich.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass zwei an einer Seite des Getriebekörpers angeordnete Führungsrollen über ihre jeweiligen Schwenkhebel miteinander gekoppelt sind, vorzugsweise über eine Verzahnung, derart, dass die Schwenkhebel der Führungsrollen einer Seite eine gleichförmige Schwenkbewegung in entgegengesetzte Richtung ausführen. Durch die gekoppelte Bewegung der Schwenkhebel der Führungsrolle in entgegengesetzte Richtung können die Führungsrollen in vorteilhafter Weise an die Krümmung der Führungsschiene angepasst werden. Gleichzeitig ermöglicht die Kopplung der Schwenkhebel bei einem variablen Getriebe, bei dem die Führungsrollen als Doppelrollen ausgeführt sind, dass keine weitere Fixierung der Führungsrollen in der Verschwenkstellung notwendig ist, da die Führungsrollen durch die seitlichen Führungskanten der Führungsschiene sowie der gekoppelten Schwenkhebel festgelegt sind.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass zwei an den beiden Seiten des Getriebekörpers gegenüberliegende Führungsrollen miteinander gekoppelt sind, vorzugsweise über eine Verbindungsstange zwischen den Schwenkhebeln. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass alle vier Führungsrollen miteinander gekoppelt sind und bei dem Anpassen des variablen Getriebes an die Krümmung einer Führungsschiene eine gleichförmige Schwenkbewegung ausführen können. Dadurch ist die Anpassung des Getriebes an die Krümmung einer Führungsschiene in besonders einfacher Art und Weise möglich, wobei gleichzeitig der konstruktive Aufwand gering gehalten wird.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Führungsrollen einer Seite verschiebbar an dem Getriebekörper angebracht sind, derart, dass die Führungsrollen von der Führungskante der Führungsschiene wegbewegbar sind. Auf diese Weise ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Getriebekörper von der Führungsschiene abzunehmen, indem die Führungsrollen von der Führungskante der Führungsschiene wegbewegt werden. Beim Aufsetzen des Getriebes werden die Führungsrollen dann wieder an die Führungskante der Führungsschiene herangeschoben. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Führungsschiene teilbar ist und dass der Getriebekörper an der Teilung der Führungsschiene auf die Führungsschiene aufgeschoben wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die zwei Führungsrollen einer Seite über ihre jeweiligen Schwenkhebel an einer Platte verschwenkbar angeordnet sind, derart, dass die Führungsrollen über die Platte von der Führungskante der Führungsschiene wegbewegbar sind, vorzugsweise gegen eine Federkraft mindestens einer Feder. Dadurch wird das Abnehmen des Getriebekörpers von der Führungsschiene in besonderem Maße vereinfacht, da zwei Führungsrollen mit einem Handgriff von der Führungsschiene wegbewegt werden können, so dass der Getriebekörper abgenommen werden kann. Durch das Vorsehen einer Feder wird ermöglicht, dass die Führungsrollen durch die Federkraft an die Führungskante gedrückt werden, so dass keine weitere Befestigung der Führungsrollen in der Einsatzposition notwendig ist.
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Beim Aufsetzen des variablen Getriebes auf die Führungsschiene drückt die Federkraft die Führungsrollen automatisch in die Einsatzposition.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Platte über einen Exzenterhebel bewegbar ist. Dadurch wird in einer besonders einfachen Art und Weise ermöglicht, die Platte und somit die Führungsrollen von den Führungskanten wegzubewegen, indem der Exzenterhebel betätigt wird.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen variablen Getriebes auf einer ersten Führungsschiene,
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2 eine zweite schematische perspektivische Darstellung des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen variablen Getriebes,
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3 eine schematische Seitenansicht des in 1 dargestellten variablen Getriebes auf einer zweiten Führungsschiene sowie
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4 eine schematische perspektivische Darstellung des in 1 dargestellten variablen Getriebes auf einer Rippenführungsschiene.
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In den 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes variables Getriebe 1 zur rotatorisch-translatorischen Bewegungstransformation dargestellt. Das Getriebe weist einen Getriebekörper 3 auf, der auf einer Führungsschiene 5 verfahrbar gelagert ist.
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Die Führungsschiene 5 weist mittig eine Zahnung 7 sowie zwei seitliche Führungskanten 9 auf.
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An dem Getriebekörper 3 sind vier Führungsrollen 11 angeordnet, die mit den seitlichen Führungskanten 9 der Führungsschiene 5 zusammenwirken. Dabei sind jeweils zwei Führungsrollen 11 an einer Seite des Getriebekörpers 3 angebracht.
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Die Führungsrollen 11 bestehen jeweils aus einer Doppelrolle, die eine obere Rolle 11a und eine untere Rolle 11b aufweist. Dabei sind die Rollen 11a, 11b jeweils so angeordnet, dass zwischen ihnen eine Nut 12 gebildet ist, wobei jeweils eine der seitlichen Führungskanten 9 in die Nut 12 eingreift.
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Mit Hilfe der Führungsrollen 11 umgreift der Getriebekörper 3 somit die Führungsschiene 5.
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Die Führungsrollen 11 sind jeweils auf einer Achse 13 gelagert, die im Einsatzzustand orthogonal zu der Führungsschiene 5 verläuft. Die Achsen 13 sind ferner an einem Schwenkhebel 15 befestigt, der eine orthogonal zu der Achse 13 verlaufende Schwenkachse besitzt und über den die Achse 13 und somit die Führungsrollen 11 an dem Getriebekörper 3 befestigt sind.
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Die Schwenkhebel 15 von zwei an einer Seite des Getriebekörpers 3 angeordneten Führungsrollen 11 sind dabei gegenläufig zueinander angeordnet, so dass die Führungsrollen 11, die an einer Seite des Getriebekörpers 3 angeordnet sind, eine Schwenkbewegung in entgegengesetzte Richtung ausführen können.
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Auf diese Weise wird ermöglicht, dass das variable Getriebe 1 Führungsschienen 5 mit einer unterschiedlichen Krümmung aufweist.
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In 1 ist beispielsweise ein erfindungsgemäßes variables Getriebe 1 mit einer Führungsschiene 5 mit einem mittleren Krümmungsradius dargestellt, in 3 das erfindungsgemäße variable Getriebe 1 mit einer Führungsschiene 5 mit kleinem Krümmungsradius und in 4 ist das variable Getriebe mit einer Führungsschiene 5, die als Gerade ausgeführt ist, dargestellt.
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Bei dem in 4 dargestellten variablen Getriebe 1 besitzt die Führungsschiene 5 somit einen ”unendlichen” Radius.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Führungsrollen 11 an einer Seite des Getriebekörpers 3 miteinander gekoppelt, indem die Schwenkhebel 15 über eine Verzahnung ineinander greifen. Dadurch führen die Schwenkhebel 15 der Führungsrollen 11 einer Seite des Getriebekörpers 3 eine gleichförmige Schwenkbewegung in entgegengesetzter Richtung aus. Ferner können die Schwenkhebel 15 der Führungsrollen 11, die an einer Seite des Getriebekörpers 3 angeordnet sind, mit den Schwenkhebeln 15 der Führungsrollen 11, die an der gegenüberliegenden Seite des Getriebekörpers 3 angeordnet sind, gekoppelt sein, beispielsweise über eine Verbindungsstange oder, wie in den 1 bis 4 dargestellt, über eine gemeinsame Verschwenkwelle 26, die in der geometrischen Schwenkachse der Schwenkhebel 15 verläuft und die in dem Getriebekörper 3 gelagert ist. Die Schwenkhebel 15 sind mit der Verschwenkwelle 26 formschlüssig verbunden.
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Durch die Kopplung der Führungsrollen 11 miteinander wird ermöglicht, dass der Getriebekörper 3 in vorteilhafter Weise auf unterschiedlichen Führungsschienen 5 lagerbar ist, so dass dieser stets mit einem gleichbleibenden Abstand im Mittelbereich des Getriebekörpers 3 zu der Führungsschiene 5 verbleibt.
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In dem Getriebekörper 3 ist ein Schneckenrad 23 angeordnet, das in dem Getriebekörper 3 drehbar gelagert ist und in die Zahnung 7 kämmend eingreift. Das Schneckenrad 23 besitzt eine Antriebswelle 25, die aus dem Getriebekörper 3 herausragt. Über die Antriebswelle 25 kann eine rotatorische Bewegung in das Schneckenrad 23 eingeleitet werden, wobei eine rotatorische Bewegung des Schneckenrades 23 eine translatorische Bewegung des Getriebekörpers 3 auf der Führungsschiene 5 bewirkt, indem das Schneckenrad 23 mit der Zahnung 7 zusammenwirkt.
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Die Führungsrollen 11 halten den Getriebekörper 3 bei unterschiedlichen Krümmungen der Führungsschiene 5 stets in einem derartigen Abstand von der Führungsschiene 5, dass das Schneckenrad 23 optimal in die Zahnung 7 eingreifen kann.
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Dabei stützt sich der Getriebekörper über die obere Rolle 11a der als Doppelrolle ausgeführten Führungsrollen 11 auf der Führungsschiene 5 ab.
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Die untere Rolle 11b der jeweils als Doppelrolle ausgeführten Führungsrollen 11 hingegen verhindert, dass der Getriebekörper 3 von der Führungsschiene 5 beispielsweise durch Kippen herunterfallen kann. Durch die als Doppelrollen ausgeführten Führungsrollen 11 ermöglicht das variable Getriebe 1 sogar, dass die Führungsschiene 5 über Kopf verwendet wird, da aufgrund der Führungsrollen 11 ein Herunterfallen des Getriebekörpers 3 von der Führungsschiene 5 verhindert wird.
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Um zu ermöglichen, dass der Getriebekörper 3 von der Führungsschiene 5 abgenommen werden kann, sind zwei sich auf einer Seite des Getriebekörpers 3 befindliche Führungsrollen 11 verschiebbar an dem Getriebekörper 3 angebracht, derart, dass die Führungsrollen 11 von der Führungskante 9 der Führungsschiene 5 wegbewegbar sind. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Führungsrollen 11 aus dem Eingriff mit den seitlichen Führungskanten 9 der Führungsschiene 5 bewegt werden, so dass ein Abnehmen des Getriebekörpers 3 von der Führungsschiene 5 möglich ist.
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In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel des variablen Getriebes 1 sind die Führungsrollen 11 dabei über die Schwenkhebel 15 verschiebbar auf der Verschwenkwelle 21 angeordnet. Dabei werden die Führungsrollen 11, die an einer Seite des Getriebekörpers 3 angeordnet sind, über eine gemeinsaure Platte 27 entgegen der Federkraft von Federn 29 von den Führungskanten 9 der Führungsschiene 5 bewegt. Die Feder 29 kann dabei beispielsweise auch auf der Verschwenkwelle 26 angeordnet sein.
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Über die Platte 27 wird ermöglicht, dass die beiden Führungsrollen 11, die an einer Seite des Getriebekörpers 3 angeordnet sind, gleichzeitig und gemeinsam aus der Einsatzstellung in die Stellung, in der der Getriebekörper 3 von der Führungsschiene 5 abnehmbar ist, bewegt werden. Dabei kann an der Platte 27 beispielsweise ein Exzenterhebel 31 angeordnet sein, über den die Bewegung der Führungsrollen 11 bewirkt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nicht in den Figuren dargestellt ist, wird der Getriebekörper 3 separat auf der Führungsschiene 5 angetrieben, so dass der Getriebekörper 3 eine translatorische Bewegung auf der Führungsschiene 5 ausführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit dem erfindungsgemäßen variablen Getriebe aus einer translatorischen Bewegung eine rotatorische Bewegung erzeugt, indem die translatorische Bewegung des Getriebekörpers 3 auf das Schneckenrad 23 einwirkt und dieses aufgrund des Zusammenwirkens mit der Zahnung 7 eine rotatorische Bewegung erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 25 eine Abtriebswelle.
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Das erfindungsgemäße variable Getriebe muss nicht zwangsläufig ein Schneckenrad aufweisen, sondern es können auch andere Kämmräder, wie beispielsweise ein Zahnrad oder ein Kronenrad, verwendet werden.
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Die Zahnung muss nicht zwangsläufig mittig auf der Führungsschiene angeordnet sein, sondern kann auch seitlich versetzt auf der Führungsschiene angeordnet sein.
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Die Führungsrollen müssen nicht zwangsläufig miteinander gekoppelt sein, sondern können auch einzeln verschwenkbar sein, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine separate lösbare Fixierung notwendig ist, um die Führungsrollen in der entsprechenden Winkelposition, die an die Krümmung der Führungsschiene angepasst ist, zu fixieren und somit eine optimale Stellung des Getriebekörpers zu der. Führungsschiene zu ermöglichen.
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Die an den beiden Seiten des Getriebekörpers gegenüberliegenden Führungsrollen müssen nicht zwangsläufig über eine Verschwenkwelle miteinander verbunden sein, sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass diese unabhängig von der Lagerung der Schwenkhebel über eine Verbindungsstange gekoppelt sind.
