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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausrichteeinheit zur Winkelausrichtung eines als eine exzentrische Scheibe mit einem zentralen Durchbruch senkrecht zur Scheibenebene ausgebildeten Nockens um eine den zentralen Durchbruch mittig und koaxial durchsetzende Bezugsachse, umfassend eine Mehrzahl von Anlageelementen einer Aufnahme, in die der Nocken derart einsetzbar ist, dass sein Umfang an wenigstens zwei Anlagepunkten an Kontaktpunkten der Anlageelemente anliegt.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Montagevorrichtung, umfassend eine Mehrzahl derartiger Ausrichteeinheiten, wobei die Ausrichteeinheiten axial voneinander beabstandet und mit ihren Bezugsachsen fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
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Stand der Technik
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Derartige Ausrichteeinheiten und Montagevorrichtungen sind bekannt aus der
DE 600 33 207 T2 .
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Aus der
WO 2009/065970 A1 ist eine Vorrichtung zur Montage eines Verbundes aus einer Nockenwelle und einem Gehäuse bekannt. Diese Vorrichtung findet Anwendung bei einem Verfahren, bei dem eine Mehrzahl scheibenförmiger Nocken mit zentralem Durchbruch derart in Positionierscheiben eingesetzt werden, dass ihre zentralen Durchbrüche miteinander fluchten und ihre relativen Nockenwinkel der bei der zu fertigenden Nockenwelle gewünschten relativen Winkellage entsprechen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine relativ zu den Nocken stark unterkühlte Hohlwelle durch die Durchbrüche geschoben und zum Temperaturausgleich gebracht. Der Temperaturausgleich ist mit einer Vergrößerung des Wellendurchmessers relativ zu den Durchmessern der Nockendurchbrüche verbunden, sodass die Nocken lagerichtig mit der Welle verpresst werden. Als ein weiteres Merkmal umfasst die bekannte Montagevorrichtung eine Halterung für eine Zylinderkopfhaube, deren Wandungen kreisrunde Durchbrüche aufweisen, welche als Lagerstellen für die Nockenwelle dienen. Die Haube wird vor dem Einschieben der Welle über die in den Positionierscheiben gelagerten Nocken gestülpt, sodass die Haubendurchbrüche mit den Nockendurchbrüchen fluchten und die Welle in einem Arbeitsgang durch die Nockendurchbrüche sowie ihre Lagerstellen in der Zylinderkopfhaube geschoben werden kann. Die Positionierscheiben der bekannten Montagevorrichtung weisen als Ausnehmungen ausgebildete Aufnahmen auf, die eine Teilkontur der Kontur der Nocken als Negativprofil aufweisen. Nachteilig hierbei ist, dass für jeden Nockentyp und jede Phasenlage ein eigenes Ausrichtenest geschaffen werden muss. Dies macht Änderungen der Nockenwellenkonstellation sehr aufwendig.
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Die oben genannte
DE 600 33 207 T2 , deren Offenbarungsgehalt auf das Einwalzen einer Hohlwelle in phasenrichtig gehalterte Nocken mit nicht-runden Zentraldurchbrüchen beschränkt ist und die insbesondere weder ein thermisches Fügen der Nockenwelle noch die Montage eines monolithischen Hauben-Wellen-Moduls offenbart, schlägt universell konstruierte Ausrichteeinheiten zur Halterung der Nocken in unterschiedlichen Winkellagen vor. Diese Ausrichteeinheiten umfassen vier parallele, jeweils paarweise nebeneinander angeordnete Anlagearme, deren Spitzen mit Kontaktrollen bewehrt sind. Die beiden Armpaare greifen von gegenüberliegenden Seiten her federbeaufschlagt an der Außenkontur eines Nockens an. Die Winkellage des Nockens wird dabei durch den parallelen Abstand der Arme je eines Paares sowie durch deren relativen Versatz senkrecht dazu bestimmt. Es ist offensichtlich, dass die Phasenlage eines Nockens, dessen Außenkontur an vier Anlagepunkten von den Kontaktrollen der Arme kontaktiert wird, überbestimmt ist. Zudem ist die Einbringung eines Nockens in eine derartige Ausrichteeinheit zeitaufwendig und fehleranfällig, da der Nocken zunächst in eine provisorische Halterung eingebracht und aus dieser von den extern betätigten Anlagearmen gegriffen und ausgerichtet werden muss. Kompliziertheit, Zeitaufwand und Fehleranfälligkeit dieses Ansatzes müssen als nachteilig angesehen werden.
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Beiden vorgenannten, bekannten Vorrichtungen ist zudem der Nachteil gemeinsam, dass keine Kontrollmöglichkeit einer korrekten Positionierung des Nockens in der Positioniereinheit besteht.
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Eine Montagevorrichtung für eine Nockenwelle ist weiterhin aus der
DE 38 50 503 T2 bekannt. Bei dieser kann ein vollständiges Anliegen einer Nockenerhebung eines Nockens an einer Anlage und damit eine korrekte Ausrichtung des Nockens mittels eines als Tiefenlehre dienenden, in einer Durchgangsöffnung verschiebbar gelagerten Bolzens, der mittels eines Federelements gegen den Nocken beaufschlagt ist, kontrolliert werden.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Ausrichteeinheit zu verbessern und insbesondere derart weiterzubilden, dass ein Kontakt eines Nockens mit einem Anlagepunkt der Ausrichteeinheit auf einfache Weise detektiert werden kann.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass eines der Anlageelemente als ein an einem die Aufnahme tragenden Trägerkörper befestigter Dorn ausgebildet ist, dessen seinen Kontaktpunkt bildende Spitze aus elektrisch leitfähigem Material besteht, gegen den Trägerkörper elektrisch isoliert ist und mit einer elektrischen Ableitung elektrisch verbunden ist.
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Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens eines der Anlageelemente – insbesondere bei Überbestimmung der Nockenwinkellage auch mehrere Anlageelemente – mit einer speziellen Kontaktsensorik zu versehen, die Auskunft darüber gibt, ob der Nocken tatsächlich am Kontaktpunkt des Anlageelementes anliegt. Hierzu ist vorgesehen, dass das Anlageelement, dessen Kontaktpunkt bei korrekter Positionierung des Nockens dessen Anlagepunkt kontaktiert, elektrisch leitfähig aber gegenüber der übrigen Ausrichteeinheit elektrisch isoliert ist. Andererseits steht der elektrisch leitfähige Kontaktpunkt mit einer elektrischen Ableitung in elektrischem Kontakt, die ihrerseits an ein elektrisches Messgerät angeschlossen werden kann, welches auch mit der elektrischen Masse der Ausrichteeinheit verbunden ist. Das elektrische Messgerät ist bevorzugt ein Durchgangs- oder Widerstandsmesser, d.h. eine Vorrichtung, die eine geringe Spannung an einen zu testenden Stromkreis anlegt und den resultierenden Stromfluss misst. Ausbleiben eines messbaren Stromes wird als Unterbrechung des Stromkreises interpretiert.
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Der Trägerkörper und die Aufnahme der Ausrichteeinheit sind ebenso wie die Nocken typischerweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl gefertigt und somit elektrisch leitfähig. Der korrekt positionierte Nocken stellt somit einen Kurzschluss zwischen dem gegenüber der übrigen Ausrichteeinheit elektrisch isolierten Kontaktpunkt des Messdorns einerseits und der Aufnahme und dem Trägerkörper, d.h. insbesondere der elektrischen Masse der Gesamtvorrichtung andererseits dar. Beim Anlegen einer Spannung zwischen Masse und der elektrischen Ableitung des Messdorns fließt somit ein von dem Messgerät registrierbarer Strom. Ausbleiben dieses Stromes kann als mangelnde Anlage des Anlagepunktes des Nockens am Kontaktpunkt des Messdornes und somit als Fehlpositionierung des Nockens interpretiert werden.
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Der Begriff des Dorns ist hier weit zu verstehen und umfasst sämtliche lang erstreckten Fühler mit einem im Vergleich zur Nockenkonturoberfläche kleinen Kontaktpunkt. Auch der Begriff des Kontaktpunktes selbst ist weit zu verstehen und kann beispielsweise die starre Spitze eines Dornes sowie eine beweglich an der Dornspitze angebrachte Rolle oder Kugel umfassen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
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Günstigerweise ist der Dorn axial beweglich, besonders bevorzugt einstellbar an dem Trägerkörper befestigt. Hierdurch wird nicht nur erreicht, dass der Kontaktpunkt gemäß dem verwendeten Nockentyp und der gewünschten Phasenlage richtig positioniert ist. Insbesondere bei Systemen mit unter- oder exakt bestimmter Position der Nocken kann über die Einstellung des Dorns eine Definition der Nockenposition erreicht werden. Dies bedeutet, dass mit Hilfe der Einstellung des Nockens eine Feinjustierung der Nockenposition vorgenommen werden kann.
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Hierzu ist es besonders günstig, wenn der Dorn in Richtung auf sein seinem Kontaktpunkt entgegengesetztes Ende federvorgespannt ist und sich gegen eine am Trägerkörper abgestützte Einstellschraube abstützt. Auf diese Weise wird von dem Dorn selbst keine Anlagekraft auf den Nocken ausgeübt. Vielmehr stellt der Kontaktpunkt des Dorns für den Nocken eine feste Anlage dar, deren Position jedoch mittels der Einstellschraube, gegen die sich der Dorn abstützt, verändert werden kann.
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Bevorzugt ist der Dorn im Inneren des Trägerkörpers geführt. Beispielsweise kann eine sich an einem Kragen verjüngende Bohrung vorgesehen sein, die der Dorn durchsetzt. Eine den Dorn umgebende Spiralfeder kann sich einerseits an dem Kragen und andererseits an einer rückwärtigen Verbreiterung des Dornes abstützen. Der Dorn ist somit in der Richtung auf sein dem Kontaktpunkt entgegengesetztes Ende federvorgespannt. Die Einstellschraube, die bevorzugt eine Mikrometerschraube ist, kann in den Trägerkörper eingeschraubt sein und das rückwärtige Ende des Dornes entgegen der Federvorspannung kraftbeaufschlagen. Zur Verringerung der Reibung wird bevorzugt eine harte Kraftübertragungskugel zwischen Dorn und Bolzen eingesetzt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Dorn mit seinem seinen Kontaktpunkt tragenden Ende eine Innenfläche eines Ausrichtenestes durchsetzt, welches als ein weiteres Anlageelement mit wenigstens einem weiteren Kontaktpunkt wirkt und relativ zu der Aufnahme schwenkbeweglich um die Bezugsachse gelagert ist. Diese Weiterbildung baut auf der in der einleitend zitierten
WO 2009/065970 A1 offenbarten Vorrichtung auf, die Positionierscheiben mit an die Außenkontur des Nockens angepassten Ausnehmungen aufweist. Um dem bereits genannten Nachteil der mangelnden Flexibilität dieser bekannten Vorrichtung zu begegnen, ist gemäß der hier vorgeschlagenen Weiterbildung ein Ausrichtenest vorgesehen, das die Kontur des Nockens nur ungefähr repräsentiert und das gegenüber der Ausnehmung der Positionierscheibe schwenkbeweglich gelagert ist. Bei geeigneter Formgebung des Ausrichtenestes bietet dieses der Kontur des Nockens nur wenige, insbesondere nur zwei Kontaktpunkte. Bei der hier beschriebenen Weiterbildung der Erfindung wird die Innenfläche des Ausrichtenestes von dem Dorn durchsetzt, sodass der Kontaktpunkt des Dornes einen Kontaktpunkt des Ausrichtenestes ersetzt. Hierdurch wird erreicht, dass der Nocken an einem Kontaktpunkt des Ausrichtenestes sowie an dem Kontaktpunkt des Dornes anliegt. Beide sind bevorzugt beweglich, ersterer über die Schwenkbeweglichkeit des Ausrichtenestes und letzterer durch die Axialbeweglichkeit des Dornes. Auf diese Weise wird eine größtmögliche Flexibilität der Ausrichtung des Nockens erreicht, wobei es insbesondere bei Systemen mit unter- oder exakt bestimmter Position des Nockens völlig hinreichend ist, eine einzige Anlagekontrolle gemäß der vorliegenden Erfindung vorzusehen.
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Günstigerweise weist die Aufnahme einen axialen Anschlag auf, an dem eine Scheibenoberfläche des eingesetzten Nockens anliegend kann. Diese grundsätzlich bekannte Maßnahme dient der korrekten axialen Ausrichtung des Nockens.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Inneren des Trägerkörpers ein elektrisches Heizelement angeordnet ist, mittels dessen der Trägerkörper und die Aufnahme bzw. das Ausrichtenest heizbar sind. Wie einleitend erwähnt, wird es als besonders günstig angesehen, die Welle in relativ zu den Nocken unterkühltem Zustand in die Nockendurchbrüche einzuschieben. Um eine möglichst große Temperaturdifferenz zu erhalten, sind die Nocken günstigerweise vorzuwärmen.
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Dies kann extern erfolgen. Das hier vorgeschlagene Heizelement der Ausrichteeinheit dient in diesem Fall zu einer möglichst langen Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz. Alternativ können die Nocken auch kalt in die Ausrichteeinheit eingesetzt und dort mittels des hier vorgeschlagenen Heizelementes aufgeheizt werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Heizelement um einen in eine Bohrung im Trägerkörper eingefügten, elektrischen Widerstandsheizstab, der günstigerweise von einem thermisch stabilen Kunststoffmantel elektrisch isolierend umgeben ist.
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Mehrere der erfindungsgemäßen Ausrichteeinheiten können zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung zusammengesetzt werden. Dabei ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass von der Montagevorrichtung auch eine Haubenhaltevorrichtung umfasst ist, mit der eine Zylinderkopfhaube, deren Wandungen kreisrunde Durchbrüche aufweist, deren jeweilige Zentralachsen miteinander fluchten, derart halterbar ist, dass die Zentralachsen der Durchbrüche mit den Bezugsachsen der Ausrichteeinheiten fluchten. Diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kombiniert die hier offenbarten Wirkungen und Vorteile mit den bekannten Vorteilen der Fertigung monolithischer Hauben-Wellen-Module.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische, teilweise transparent gezeichnete Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausrichteeinheit mit eingesetztem Nocken,
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2: die Ausrichteeinheit mit Nocken gemäß 1 bei anderer Transparenzdarstellung,
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3: eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensordorns mit Einstellschraube.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die 1 und 2 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Transparenzdarstellungen. Die Bezugszeichen werden in beiden Figuren identisch verwendet. Nachfolgend soll auf beide Figuren gemeinsam Bezug genommen werden. Die Ausrichteeinheit 10 umfasst einen metallenen Trägerkörper 12, der bevorzugt aus Stahl gefertigt ist. Der Trägerkörper 12 weist einen Sockel 14 und eine Aufnahme 16 auf. Die Aufnahme 16 dient dem Aufnehmen eines Nockens 18, der mittels einer nicht näher dargestellten Montagevorrichtung, deren Bestandteil die Ausrichteeinheit 10 ist, auf eine Welle gefügt werden soll. Die Aufnahme 16 weist einen kragenartigen Anschlag 20 auf, an dem eine Flachseite des Nockens anliegt.
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Innerhalb der Aufnahme 16 ist ein Ausrichtenest 22 angeordnet, welches über eine Schiene 24 mit einer Gabel 26, die mit einem Vorsprung 28 des Ausrichtenestes 22 in Eingriff steht, schwenkbeweglich gelagert ist. Die Innenfläche des Ausrichtenestes 22 entspricht ungefähr einer Negativform eines Teiles der Außenkontur des Nockens 28. Insbesondere liegt der Nocken 28 mit einem Anlagepunkt im Bereich seiner Nockenbasis an einem korrespondierenden Kontaktpunkt der Innenfläche des Ausrichtenestes 22 an.
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Wie insbesondere in 2 erkennbar, liegt ein zweiter Anlagepunkt der Außenkontur des Nockens 18 an einem Kontaktpunkt eines Dornes 30 an, welcher den Trägerkörper 12 sowie das Ausrichtenest 22 und insbesondere dessen Innenfläche durchsetzt.
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Die axiale Ausrichtung des Nockens wird somit durch den Anschlag 20 bestimmt; seine Phasenlage wird durch die Anlage seiner Außenkontur an den Kontaktpunkten, nämlich dem Kontaktpunkt des Ausrichtenestes 22 und dem Kontaktpunkt des Dornes 30 definiert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Dornes 30 soll nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden. Der Dorn 30 umfasst einen langerstreckten Stift 32 mit einerabgerundeten Spitze 34 und einem verbreiterten Endstück 26 an dem der Spitze gegenüberliegenden Ende des Stiftes 32. Der Kern des Stiftes 32 ist aus einem metallischen, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet, der einen isolierenden Kunststoffüberzug aufweist. Dieser Kunststoffüberzug ist lediglich im Bereich der Spitze 34 unterbrochen. Am rückwärtigen Ende des Stiftes wird dessen verbreiterter Teil 36 von einem elektrisch isolierten Kabel 38 kontaktiert.
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Der Stift 32 ist von einer Spiralfeder 40 umgeben. Beim Einsatz des Dornes 30 in eine in den 1 und 2 erkennbare Bohrung im Trägerkörper 12 stützt sich das vordere Ende der Feder 40 gegen einen Kragen der Bohrung ab, während sich ihr hinteres Ende gegen den verbreiterten Teil 36 des Stiftes 32 abstützt. Hierdurch wird der gesamte Dorn 30 in rückwärtiger Richtung kraftbeaufschlagt. Die Bohrung im Trägerkörper 12 wird von einer Mikrometerschraube 42 verschlossen, deren Lager in einen Gewindegang am Ausgang der Bohrung eingeschraubt ist. Der durch Verdrehen der Mikrometerschraube axial verschiebliche Schraubenbolzen 44 stützt sich über eine Kraftübertragungskugel 46 gegen den verbreiterten Teil 36 des Stiftes 32 ab.
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Durch diese Konstruktion kann die Länge der die Innenfläche des Ausrichtenestes 22 durchsetzenden Spitze 34 des Dornes 30 mit Hilfe der Mikrometerschraube 42 exakt eingestellt werden und bildet einen festen Anschlag für den Anlagepunkt der Außenkontur des Nockens 18. Auf diese Weise können von der groben Positionierung im Ausrichtenest abweichende Feinjustierungen der Winkellage des Nockens 18 vorgenommen werden.
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Durch die elektrische Isolierung des Stiftes 32 steht zwar die Spitze 34 des Dorns 30 mit der elektrischen Ableitung 38 in Kontakt; der gesamte Trägerkörper 12 wird jedoch nicht elektrisch kontaktiert. Ein elektrischer Kontakt kommt erst über den eingelegten Nocken zustande, wenn dieses typischerweise aus Stahl gefertigte Bauteil mit seiner Außenkontur an der nicht isolierten Spitze 34 des Dornes 30 und mit seiner rückwärtigen Seite am Anschlag 20 der Aufnahme 16 anliegt. In dieser Situation kommt es zum Massenschluss zwischen dem Kabel 38 und der übrigen Ausrichteeinheit. Dieser Massenschluss kann über ein dem Fachmann grundsätzlich bekanntes Messgerät, welches einerseits an Masse und andererseits an das Kabel 38 angeschlossen ist, festgestellt und es kann somit auf die korrekte Anlage des Nockens 18 in der Ausrichteeinheit 10 geschlossen werden.
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Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Ausrichteeinheit 10 ein Heizelement 48 auf, welches parallel zu dem Dorn 30 in einer Bohrung des Trägerkörpers 12 angeordnet ist. Das Heizelement 38 ist ein herkömmliches elektrisches Widerstandselement mit einer elektrisch isolierenden, thermisch jedoch vorzugsweise leitenden Kunststoffummantelung. Das Heizelement 48 ist über eine Spannungszuführungsleitung 50 mi einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausrichteeinheit
- 12
- Trägerkörper von 10
- 14
- Sockel von 12
- 16
- Aufnahme
- 18
- Nocken
- 20
- Kragen
- 22
- Ausrichtenest
- 24
- Schiene
- 26
- Gabel
- 28
- Vorsprung
- 30
- Dorn
- 32
- Stift
- 34
- Spitze
- 36
- verbreiterter Endabschnitt
- 38
- Kabel
- 40
- Spiralfeder
- 42
- Mikrometerschraube
- 44
- Bolzen von 42
- 46
- Kraftübertragungskugel
- 48
- elektrisches Heizelement
- 50
- Spannungsversorgungsleitung
