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Die Erfindung betrifft eine magnetische Haltevorrichtung zum Befestigen von Bearbeitungsmaschinen an magnetisierbaren Metalloberflächen.
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Zum Befestigen von Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, auf magnetisierbaren Metalloberflächen werden üblicherweise elektromagnetische Haltebasen verwendet. Dabei speist die Netzspannung, welche auch die Maschine speist, einen meist rechteckigen Elektromagneten der die Maschine in ihrer Position fixiert.
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Der Nachteil bei dieser Technik besteht darin, dass sich bei Netzausfall der Magnet löst und somit die Maschine fallen oder zumindest die Position der Maschine sich unerwünscht verändern kann. Ersteres kann ein massives Sicherheitsproblem darstellen. Ferner ist als Nachteil aufzuführen, dass bei den üblicherweise verwendeten Elektromagneten in Topfbauweise ein Ansetzen an zylindrischen Oberflächen (z. B. auf Rohren) nicht möglich ist, dies wäre nur bei Verwendung von Magneten mit stehender Spule möglich, was eine zu große Bauhöhe, hohes Gewicht und hohe Kosten zur Folge hätte. Ein weiterer Nachteil kann darin bestehen, dass Elektromagnete sich bei langer Einschaltdauer erwärmen, was Einfluss auf Leistung und Haltekraft hat. Aus Kosten- und Sicherheitsgründen werden bisher keine in der Haltekraft regulierbaren Magnete eingesetzt, was ein Ausrichten der Maschine in die richtige Bearbeitungsposition erschwert. Des Weiteren können aufgrund des Energiebedarfs des Haltemagneten keine mobile Maschinen mit Akkubetrieb sinnvoll realisiert werden.
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Vereinzelt wurden schon Versuche gemacht, dieses Problem mit Permanentmagneten nach Lasthebemagnetprinzip zu lösen. Diese haben aber den Nachteil, dass Sie nur mit Hilfe. eines mit Hand zu betätigenden Hebels ein- oder ausgeschaltet werden können, und keine Haltekraftregulierung möglich ist.
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Als weiteres Problem ist bei dieser Lösung zu nennen dass Lasthebemagnete bei dünnen oder zylindrischen Materialien hohe Schaltkräfte und Rückstellkräfte, bis hin zum Zurückschlagen entwickeln.
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Problematisch ist weiterhin, dass die Schaltstelle bei diesen Magneten naturgemäß an der Stirnseite des Magneten liegt, was für die Anwendung als Magnetbasis für Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, eine ungünstige Störkontur darstellt, da natürlich auf der Seite der Maschinenspindel diese Stelle nicht zugänglich ist und auf der Rückseite in der Regel der Kabelauslass der Maschine ist.
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Ferner ist der Hebel hinderlich beim Arbeiten in Profile wie z. B. in T-Trägern oder C-Profilen, da er nicht bis in die erforderliche Position geschwenkt werden kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine permanentmagnetische Haltevorrichtung in möglichst kleiner Bauform, mit hoher und gleichzeitig regulierbarer Haltekraft zu Verfügung zu stellen. Des Weiteren sollte die Haltevorrichtung möglichst einfach an der Montagefläche, insbesondere an Stahlträgern und anderen Stahlbauteilen, montier- und justierbar sein.
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Es wird eine Magnethaltevorrichtung zum Befestigen von Bearbeitungsmaschinen an magnetisierbaren Metalloberflächen offenbart, die folgendes aufweist: einen Magnetstator, der zumindest einen ersten Permanentmagneten und eine Haltefläche zum Aufsetzen auf eine Montagefläche mit einer einstellbaren Haltekraft umfasst; einen Magnetrotor, der zumindest einen zweiten Permanentmagneten umfasst, der derart in den Magnetstator eingesetzt ist, dass die Winkelstellung des Magnetrotors die Haltekraft zwischen Haltefläche und Montagefläche bestimmt; eine Schaltwelle mit einem Antriebsende; und ein selbsthemmendes Getriebe, das zwischen Schaltwelle und Magnetrotor angeordnet ist, sodass über eine Drehung der Schaltwelle die Winkelstellung des Magnetrotors einstellbar ist.
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Gemäß einem Beispiel der Erfindung weist das selbsthemmende Getriebe eine verdrehsicher mit der Schaltwelle verbundene Schnecke sowie ein mit dem Magnetrotor verdrehsicher verbundenes Schneckenrad auf. Die Schaltwelle kann dabei als Schneckenwelle ausgeführt sein. Alternativ kann die Schnecke auch durch eine Hülse gebildet sein, deren Außenseite eine Schneckenform aufweist und die kraft- oder formschlüssig mit der Schaltwelle verbunden ist. Das Schneckenrad kann beispielsweise kraft- oder formschlüssig mit dem Magnetstator verbunden sein.
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Das Antriebsende der Schaltwelle umfasst z. B. einen Innensechskant-Schraubenkopf, in den zum Einstellen der Winkelstellung des Magnetrotors (und damit der Haltekraft) ein entsprechender Schraubenschlüssel eingesetzt werden kann.
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Durch das selbsthemmende Getriebe wird es ermöglicht, zuerst eine (beliebig einstellbare) geringe Haltekraft einzustellen, um so eine einfache und genaue Positionierung der zu befestigenden Maschine zu ermöglichen und anschließend die Haltekraft auf ein Maximum zu erhöhen. Ein selbstständiges Lösen der Magnethaltevorrichtung mit von der Montagefläche wird durch die Selbsthemmung verhindert.
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Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung ist die Drehrichtung des Magnetrotors und die des Antriebsendes der Schaltwelle nicht koaxial. Magnetrotor und die Schaltwelle weisen insbesondere Drehachsen auf, die annähernd rechtwinkelig zueinander stehen. Die Drehachse des Magnetrotors liegt üblicherweise parallel zur Montagefläche. Im Falle einer horizontal liegenden Drehachse des Magnetrotors kann die Drehachse der Schaltwelle mit einer durch die Drehachse des Magnetrotors definierten, vertikalen Ebene einen Winkel im Bereich zwischen 0 und 90° (insbesondere zwischen 0° und 60° oder zwischen 0° und 45°) einschließen. In diesem Fall ist das Antriebsende der Schaltwelle auch bei montierter Werkzeugmaschine sehr leicht zugänglich und die gesamte Vorrichtung damit gut bedienbar.
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Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung ist am Schneckenrad radial abstehend ein Stift befestigt, der zusammen mit zwei korrespondierenden Anschlägen am Magnetstator den Bereich der möglichen Winkelstellungen des Magnetrotors begrenzt. In den durch die Anschläge definierten Winkelstellungen des Magnetrotors wird eine minimale (0%) bzw. maximale (100%) Haltekraft erzeugt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel weist Folgende Komponenten auf: einen Magnetstator, der zumindest einen ersten Permanentmagneten und eine Haltefläche zum Aufsetzen auf eine Montagefläche mit einer einstellbaren Haltekraft umfasst; einen Magnetrotor, der zumindest einen zweiten Permanentmagneten umfasst, der derart in den Magnetstator eingesetzt ist, dass die Winkelstellung des Magnetrotors die Haltekraft zwischen Haltefläche und Montagefläche bestimmt, wobei der Magnetrotor ein Antriebsende aufweist, über welches dieser verdreht werden kann; ein verdrehfest mit dem Magnetrotor verbundenes Sperrrad; und eine Sperrklinke zur Fixierung des Magnetrotors in bestimmten, einstellbaren Winkelstellungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Figuren näher erläutert. In den Abbildungen zeigt:
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1 eine Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Magnethaltevorrichtung;
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2 eine perspektivische Darstellung der Magnethaltevorrichtung aus 1, teilweise zusammengebaut;
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3 eine Seitenansicht eines zweiten Beispiels einer erfindungsgemäßen Magnethaltevorrichtung; und
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4 eine Darstellung der zusammengebauten Magnethaltevorrichtung mit darauf montierter Werkzeugmaschine zur Illustration der Verwendung der Magnethaltevorrichtung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
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In der in 1 dargestellten Explosionszeichnung sind ein Großteil der Komponenten einer Magnethaltevorrichtung gemäß einem Beispiel der Erfindung dargestellt.
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Der Grundkörper der Vorrichtung wird durch einen Magnetstator 1.0 gebildet, der abgesehen von einigen Ausnehmungen quaderförmige Außenabmessungen hat und üblicherweise aus Baustahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff gefertigt ist. In dem Magnetstator 1.0 ist ein Magnetrotor 2.0 um seine Längsachse drehbar gelagert. Der Rotor 2.0 kann ebenfalls aus Baustahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff gefertigt sein. Die Magnethaltevorrichtung hat ein doppeltes Magnetsystem, d. h. ein erster Permanentmagnet 1.2 ist in einer Ausnehmung des Magnetrotors 1.0 und ein zweiter Permanentmagnet 2.1 ist in einer Ausnehmung des Magnetrotors 2.0 angeordnet, wobei jeder Permanentmagnet 1.2 und 2.1 aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt sein kann.
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Die Unterseite des Magnetstators 1.0 bildet die Haltefläche 1.1 (auch als ”Sohle” bezeichnet), die auf eine Montagefläche (nicht dargestellt) eines Trägers, oder eines anderen metallischen Werkstückes, aufgesetzt wird, auf der die Magnethaltevorrichtung magnetisch fixiert werden soll. Im dargestellten Beispiel weist der Magnetstator 1.0 eine prismatische Sohle auf, d. h. die Haltefläche 1.1 ist teilweise zurückgesetzt.
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Durch eine Veränderung der Winkelstellung des Magnetrotors (2.0) relativ zum Magnetstator (1.0) kann die Haltekraft, die zwischen der Sohle 1.1 des Magnetstators 1.0 und einer Montagefläche (Auflagefläche, nicht dargestellt) wirkt reguliert werden. In einer ersten Winkelstellung, in der die Permanentmagneten 1.2 und 2.1 des Stators 1.0 und des Rotors 2.0 parallel liegen, schließen sich die magnetischen Feldlinien über die seitlichen Teile des Stators 1.0 und die Montagefläche, an der die Magnethaltevorrichtung aufliegt, und die Haltekraft ist maximal (100%). In zweiten Winkelstellung, in der die Permanentmagneten 1.2 und 2.1 des Stators 1.0 und des Rotors 2.0 antiparallel liegen, können sich die magnetischen Feldlinien in der Vorrichtung schließen und die ”Außenwirkungen” der beiden Permanentmagneten 1.2 und 2.1 hebt sich praktisch auf, und die Haltekraft ist minimal und annähernd null.
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Durch Drehung des Rotors 2.0 von der ersten Winkelstellung in die zweite Winkelstellung (d. h. bei einer Drehung um 180°) kann die Haltekraft praktisch stufenlos zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert variiert werden.
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Gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung ist diese Winkelstellung des Magnetrotors 2.0 über ein selbsthemmendes Getriebe einstellbar. Dieses ist in der linken Ansicht in 1 sowie in der Abbildung aus 2 zu sehen.
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Das selbsthemmende Getriebe ist beispielsweise ein Schneckengetriebe mit einer Schnecke 3.0 und einem Schneckenrad 3.1.
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Das Schneckenrad 3.1 (d. h. die Abtriebsseite des Schneckengetriebes) kann z. B. koaxial zur Drehachse des Magnetrotors 2.0 form- oder kraftschlüssig mit diesem verbunden sein. Die Schnecke 3.0 (d. h. die Antriebsseite des Schneckengetriebes) ist mit einer Antriebswelle (als Schaltwelle 4.0 bezeichnet) verdrehsicher verbunden. Dazu kann die Antriebswelle als Schneckenwelle ausgebildet sein, oder die Schnecke 3.0 ist auf der Außenseite einer Hülse angeordnet, die wiederum form- oder kraftschlüssig mit der Schaltwelle 4.0 verbunden ist.
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Die Rückstellkräfte des Magnetsysteme aus beiden Permanentmagneten 1.2 und 2.1 werden von der Verzahnung des Schneckenrades 3.0 aufgenommen da diese nahezu rechtwinkelig auf die Flanke des Trapezgewindes des Schneckenrades 3.0 wirken, somit ist eine Selbsthemmung gegeben und das Magnetsystem verbleibt in der eingestellten Haltekraftstufe.
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An einem Antriebsende 4.2 der Schaltwelle 4.0 kann z. B. ein Schraubenkopf mit Innensechskant angeordnet sein, sodass mit einem korrespondierenden Schraubenschlüssel (siehe auch 4, Bezugszeichen 7) die Winkelstellung des Magnetrotors 2.0 – und damit die Haltekraft – über das Schneckengetriebe eingestellt werden kann. Neben dem Schraubenkopf mit Innensechskant können selbstverständlich auch andere Konstruktionselemente verwendet werden (z. B. Aussensechskant, Flügelschraube).
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Aufgrund der Selbsthemmung des Getriebes sind keine weiteren Sicherungselemente zur Fixierung des Magnetrotors 2.0 in einer gewünschten Winkelstellung notwendig. Zur Definierung der Endstellungen mit maximaler und minimaler Haltekraft können im Magnetstator 1.0 Anschläge vorgesehen sein. Ein radial an dem Schneckenrad 3.1 montierter Stift 4.1 liegt in den jeweiligen Endstellungen an den Anschlägen an und verhindert ein Weiterdrehen des Rotors 2.0. Optional kann in einer Endstellung (bei maximaler Haltekraft) zusätzlich ein Rastmechanismus vorgesehen sein, der ein Zurückdrehen des Magnetrotors 2.0 verhindert. Dieser Rastmechanismus kann aus Sicherheitsgründen sinnvoll sein.
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Zum Schutz vor Verschmutzung, dem Eindringen von Fremdkörpern oder dergleichen kann der Magnetstator 1.0 an seinen Seitenflächen Abdeckkappen 5 aufweisen, sodass der Magnetstator 1.0 praktisch ein geschlossenes Gehäuse für die innenliegenden Teile bildet. Von außen zugänglich ist nur das Antriebssende 4.2 der Schaltwelle 4.0, im vorliegenden Beispiel der Schraubenkopf mit Innensechskantprofil. Ebenso kann auch das Getriebe mit Schneckenrad und Welle in eine der Abdeckkappen 5.0 integriert sein, was bei Herstellung in großer Serie zu Kostenersparnis beiträgt.
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Das Schneckengetriebe bietet auch den Vorteil, dass die Drehachsen der Schaltwelle 4.0 und des Magnetrotors 2.0 nicht parallel liegen sondern im Wesentlichen einen rechten Winkel einschließen. Bei einer horizontal liegenden Drehachse des Magnetrotors 2.0 kann die Schaltwelle 4.0 dann so angeordnet werden, dass deren Drehachse mit der durch die Drehachse des Rotors 2.0 definierten vertikalen Ebene einen Winkel im Bereich von 0° bis 90°, insbesondere im Bereich von 0° bis 60° einschließt, was die Handhabbarkeit des Vorrichtung wesentlich verbessert, da die Schaltwelle 4.0 von außen bei montierter Werkzeugmaschine sehr leicht zugänglich ist.
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Durch die praktisch stufenlos einstellbare Magnethaltekraft kann eine an der Magnethaltevorrichtung befestigte Maschine bei geringer Magnetkraft (z. B. 40% der maximalen Haltekraft) in die gewünschte Position verschoben werden. Danach erst wird die Haltekraft durch Weiterdrehen des Magnetrotors 2.0 bis zum Endanschlag auf 100% erhöht. Diese Vorgehensweise ist in der Praxis besonders sinnvoll, da sie die Montage z. B. einer Werkzeugmaschine an einer senkrechten Montagefläche mit Hilfe der Magnethaltevorrichtung stark vereinfacht. Der Arbeiter muss beim Positionieren der Maschine nicht das gesamte Gewicht der Maschine samt Magnethaltevorrichtung heben.
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Des Weiteren können durch die Übersetzung des Spindelantriebes die beim Betätigen des Magnetrotors 2.0 zu überwindenden Kräfte verhältnismäßig gering gehalten werden. Schließlich ist das Antriebsende 4.2 der Schaltwelle 4.0 an einer für die Bedienung günstigen Position, nämlich von der Oberseite der Vorrichtung her zugänglich. Die Einstellung kann mit einem gewöhnlichen Werkzeug (z. B. Schraubenschlüssel) erfolgen.
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Durch die prismatisch geformte Sohle des Magnetstators 1.0 kann die Magnethaltevorrichtung auch auf zylindrischen Montageoberflächen (z. B. auf Rohren) angesetzt werden.
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Im folgenden wird kurz die Verwendung der erfindungsgemäßen Magentahaltevorrichtung zur Befestigung einer Bohrmaschine an einer vertikalen Montageoberfläche (z. B. einem stehenden Stahlträger, in den ein Kernloch gebohrt werden soll) erläutert. Dazu ist in Figur eine zusammengebaute Magnethaltevorrichtung mit darauf montierter Werkzeugmaschine 8 dargestellt.
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Zunächst wird die Haltekraft durch Drehen der Schaltwelle 4.0 mit Hilfe eines an deren Antriebsende 4.2 angesetzten Innensechskantschlüssels 7 von annähernd null auf ca. 40% erhöht. Je nach Getriebeuntersetzung Bedarf es dazu einer Drehung von ca. 180°. Danach wird die Magnethaltevorrichtung samt der daran befestigten Bohrmaschine 8 an die Montagefläche nahe der gewünschten Position angesetzt. Anschließend kann die Magnethaltevorrichtung samt Bohrmaschine 8 in die gewünschte Endposition verschoben werden. Danach wird durch weiterdrehen der Schaltwelle 4.0 die Haltekraft auf 100% erhöht und der Bohrvorgang kann starten. Nach erfolgtem Bohren kann die Haltekraft durch Zurückdrehen der Schaltwelle wieder bis auf null reduziert und die Haltevorrichtung samt Maschine 8 entfernt werden. In gleicher Art kann die Magnethaltevorrichtung für andere Bearbeitungsmaschinen wie z. B. Schweißgeräte, Erodiergeräte, Messgeräte, Gewindeschneidevorrichtungen usw. verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung ist die Winkelstellung des Magnetrotors 2.0 über eine Kombination aus Sperrrad 6.1 und Sperrklinke 6.2 einstellbar und fixierbar. In 3 ist eine Ansicht dieses Ausführungsbeispiels dargestellt. In diesem Fall ist keine Schaltwelle 4.0 notwendig, sondern der Magnetrotor 2.0 selbst kann ein Antriebsende aufweisen und die Winkelstellung so direkt z. B. mit Hilfe eines Schraubenschlüssels (oder über einen mit dem Rotor 2.0 verbundenen Hebel) verstellt werden.
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Die magnetischen Rückstellkräfte werden von jener Zahnflanke des Sperrrades 6.1, in die die Sperrklinke 6.2 eingreift, aufgenommen. Die Sperrklinke wird dabei z. B. über eine Feder (nicht dargestellt) gegen das Sperrrad 6.1 gedrückt. Durch direktes Antreiben des Magnetrotors 2.0 kann die Haltekraft stufenweise (je nach Zähnezahl des Sperrrades) erhöht werden. Beim Öffnen der Klinke 6.2 wird der Rotor 2.0 aufgrund der magnetischen Rückstellkräfte zurück in die Ausgangsstellung gedreht, in der die Haltekraft null ist.
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Auch bei diesem Beispiel der Erfindung kann – als Alternative zum direkten Antrieb des Magnetrotors 2.0 – es vorteilhaft sein, eine Schaltwelle vorzusehen, deren Drehachse annähernd rechtwinkelig auf die Drehachse des Magnetrotors 2.0 steht. Des weiteren kann die Antriebswelle – bei horizontaler Lage der Drehachse des Magnetrotors 2.0 – um einen Winkel φ im Bereich 0 bis 90° (insbesondere 0° bis 45° oder 0° bis 60°) gegen eine durch die Drehachse des Magnetrotors 2.0 definierte vertikale Ebene geneigt sein. In Bezug auf die Lage der Schaltwelle besteht in diesem Fall kein Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen aus 1 (vgl. Schaltwelle 4.0) und 3. Im vorliegenden Beispiel kann zur Übertragung der Drehung der Schaltwelle auf den Magnetrotor ein Zahnradpaar oder ein Kardangelenk (oder beides) verwendet werden.
