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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekannte Bauarten einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine sind die Schrägachsenmaschine und die Schrägscheibenmaschine. Derartige Axialkolbenmaschinen können mit weitgehend identischem Aufbau jeweils als Hydrostatpumpe oder als Hydrostatmotor eingesetzt werden. Bei einer Schrägachsenmaschine ist ein Triebflansch starr mit der zugeordneten Triebwelle verbunden. An dem Triebflansch sind umfangsseitig gleichverteilt die Kolbenstangen mehrerer Verdrängerkolben gelenkig gelagert. Die Verdrängerkolben sind jeweils in einer von mehreren entsprechend umfangsseitig verteilt in einem Zylinderblock angeordneten axialen Zylinderbohrungen angeordnet. Der Zylinderblock steht, z.B. über eine zentrale Kardanwelle, in Triebverbindung mit der Triebwelle und ist drehbar um seine Drehachse in einem Joch gelagert, durch dessen Verschwenkung um eine senkrecht zu der Mittelachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse das Verdrängungsvolumen der Schrägachsenmaschine veränderbar bzw. einstellbar ist. Der Schwenkwinkelbereich einer Schrägachsenmaschine liegt bei einseitiger Verstellung bei 45° +/– 5° und bei doppelseitiger Verstellung, d.h. mit Drehrichtungsumkehr, bei +/–45° +/– 5°.
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Bei einer Schrägscheibenmaschine ist ein Zylinderblock mit mehreren umfangsseitig verteilt angeordneten axialen Zylinderbohrungen starr mit der zugeordneten Triebwelle verbunden. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Verdrängerkolben angeordnet, dessen Kolbenstange über einen Gleitschuh mit einer axial benachbarten Schrägscheibe in Gleitkontakt steht. Die Schrägscheibe ist starr oder einstückig mit einem Joch verbunden, durch dessen Verschwenkung um eine senkrecht zu der Drehachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse das Verdrängungsvolumen der Schrägscheibenmaschine veränderbar bzw. einstellbar ist. Der Schwenkwinkelbereich einer Schrägscheibenmaschine liegt bei einseitiger Verstellung bei 20° +/– 5° und bei doppelseitiger Verstellung, d.h. mit Drehrichtungsumkehr, bei +/–20° +/– 5°.
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In der
US 3 958 496 A bzw.
DE 2 419 495 A1 ist ein Hydrostatmodul beschrieben, der eine einzige als Schrägachsenmaschine ausgebildete Axialkolbenmaschine umfasst. Der Zylinderblock dieser Schrägachsenmaschine ist in der vorgenannten Weise um seine Mittelachse drehbar in einem Joch gelagert. Zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Schrägachsenmaschine ist das Joch mit zwei äußeren Lagerzapfen um eine senkrecht zu der Drehachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse schwenkbar in einem Gehäuse gelagert. Die zugeordnete Stellvorrichtung umfasst zwei einfachwirksame Stellzylinder mit jeweils einem Kolben, deren Kolbenstangen bezüglich der Schwenkachse des Jochs an einem der Lagerzapfen radial beabstandet und einander gegenüberliegend angelenkt sind.
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Aus der
DE 10 2006 025 347 B3 ist ein Hydrostatmodul bekannt, das zwei als Schrägachsenmaschinen oder als Schrägscheibenmaschinen ausgebildete Axialkolbenmaschinen mit parallel angeordneten Triebwellen umfasst. Im Fall der Ausbildung als Schrägachsenmaschinen sind die beiden Zylinderblöcke um ihre jeweilige Mittelachse drehbar in einem gemeinsamen Joch gelagert, wobei die Zylinderblöcke bezüglich der Schwenkachse des Jochs um den einfachen Schwenkwinkelbereich von etwa 45° versetzt angeordnet sind. Im Fall der Ausbildung als Schrägscheibenmaschinen sind die beiden Schrägscheiben starr oder einstückig mit einem gemeinsamen Joch verbunden, wobei die Schrägscheiben bezüglich der Schwenkachse des Jochs um den einfachen Schwenkwinkelbereich von etwa 20° versetzt angeordnet sind. Durch die dadurch gegebene Verbundsteuerung wird bei einer Verschwenkung des Jochs das Verdrängungsvolumen der ersten, als Hydrostatpumpe wirksamen Axialkolbenmaschine erhöht, und das Verdrängungsvolumen der zweiten, als Hydrostatmotor wirksamen Axialkolbenmaschine in gleichem Umfang reduziert. Dieses bekannte Hydrostatmodul bildet somit ein stufenloses Hydrostatgetriebe mit großem Übersetzungsbereich, das entweder als alleiniges Fahrgetriebe oder als hydrostatischer Zweig eines leistungsverzweigten Fahrgetriebes bevorzugt in einem Ackerschlepper oder in einer Baumaschine eingesetzt wird. Die zugeordnete Stellvorrichtung umfasst in diesem Fall einen doppeltwirksamen Stellzylinder mit einem Kolben und einen doppeltwirksamen Vorbelastungszylinder mit einem Kolben, deren Kolbenstangen bezüglich der Schwenkachse des Jochs an einem der Lagerzapfen des Jochs radial beabstandet und einander gegenüberliegend angelenkt sind. Hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus und der Wirkungsweise derartiger bekannter Hydrostatmodule wird der Inhalt dieser
DE 10 2006 025 347 B3 vollständig zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Da bei den vorgenannten Stellvorrichtungen aufgrund ungünstiger Hebelverhältnisse bei der Anlenkung der Kolbenstangen eine genaue Einstellung und Einregelung eines bestimmten Verdrängungsvolumens der betreffenden Axialkolbenmaschine(n) nur mit erhöhtem apparativen Aufwand, wie z.B. mit einem an einem der Lagerzapfen des Jochs angeordneten Drehpotentiometer, möglich ist, bestand ein Bedarf an einer Stellvorrichtung mit diesbezüglich günstigerem geometrischen Aufbau.
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Dies hat zu einem in der
DE 10 2008 002 140 A1 beschriebenen Hydrostatmodul mit einer Stellvorrichtung geführt, die einen radial beabstandet und senkrecht zu der Schwenkachse des Jochs angeordneten Stellzylinder mit einem Stellkolben, einen weitgehend radial zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichteten, starr mit dem Joch verbundenen Schwenkhebel, und eine Koppelvorrichtung zur gelenkigen sowie einen Längenausgleich des Schwenkhebels ermöglichenden Verbindung des Schwenkhebels mit dem Stellkolben umfasst. Im einzelnen besteht die Koppelvorrichtung aus einer senkrecht zu der Mittelachse des Stellkolbens und zu der Schwenkachse des Jochs in dem Stellkolben angeordneten Radialbohrung sowie aus einem in der Radialbohrung gleit- und schwenkbeweglich gelagerten Kugelkopf, der starr oder einstückig am freien Ende des Schwenkhebels angeordnet ist. Diese Koppelvorrichtung ermöglicht eine bei einer Axialbewegung des Stellkolbens auftretende Verschwenkung des Schwenkhebels gegenüber der Mittelachse des Stellkolbens und einen Ausgleich der dabei auftretenden Änderung des kinematischen Abstands zwischen der Schwenkachse des Jochs und des Schnittpunktes der Mittelachse der Radialbohrung mit der Mittelachse des Stellkolbens, d.h. einen Längenausgleich des Schwenkhebels.
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Zwar erscheint diese bekannte Koppelvorrichtung auf den ersten Blick relativ einfach aufgebaut zu sein, aufgrund der relativ kleinen Kontaktfläche zwischen den Oberflächen der Radialbohrung und des Kugelkopfes tritt dort im Betrieb jedoch eine sehr hohe Flächenpressung auf. Um einen zuverlässigen Betrieb sicher zu stellen, d.h. um einen vorzeitigen Verschleiß in Verbindung mit Fresserscheinungen und einem Ausschlagen der Koppelvorrichtung zu vermeiden, ist daher eine hochpräzise Herstellung, d.h. mechanische Feinbearbeitung, und eine aufwendige Oberflächenhärtung der Radialbohrung sowie des Kugelkopfes erforderlich. Zudem müssen die Radialbohrung und der Kugelkopf ausreichend geschmiert sowie vor eindringendem Schmutz geschützt werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls der eingangs genannten Art vorzuschlagen, deren Koppelvorrichtung gegenüber der aus der
DE 10 2008 002 140 A1 bekannten Ausführung robuster aufgebaut sowie einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
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Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Koppelvorrichtung einen in einer desaxiert am Stellkolben angeordneten, senkrecht zur Stellkolbenlängsachse verlaufenden Nut gleitbeweglich geführten Gleitstein aufweist, und dass ein an einem Endstück des Schwenkhebels oder am Gleitstein angeordneter zylindrischer Zapfen mit zur Stellkolbenlängsachse senkrecht verlaufender Längsachse schwenkbeweglich in eine entsprechende Bohrung im Gleitstein bzw. im Endstück des Schwenkhebels eingreift.
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Die Erfindung geht demnach aus von einer aus der
DE 10 2008 002 140 A1 bekannten Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls, der mindestens eine über die Verschwenkung eines Jochs in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbare Axialkolbenmaschine aufweist. Die Stellvorrichtung verfügt über einen radial beabstandeten und senkrecht zur Schwenkachse des Jochs angeordneten Stellzylinder mit einem Stellkolben, ein weitgehend radial zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichteten, starr mit dem Joch verbundenen Schwenkhebel, und eine Koppelvorrichtung zur gelenkigen sowie einen Längenausgleich des Schwenkhebels ermöglichende Verbindung des Schwenkhebels mit dem Stellkolben. Dabei weist die Koppelvorrichtung eine desaxierte, senkrecht zu der Mittelachse des Stellkolbens und zu der Schwenkachse des Jochs in dem Stellkolben angeordnete Nut sowie einen in der Nut gleitbeweglich gelagerten Gleitstein auf. Außerdem greift ein an einem Endstück des Schwenkhebels oder am Gleitstein angeordneter zylindrischer Zapfen mit zur Stellkolbenachse senkrecht verlaufender Achse schwenkbeweglich in eine entsprechende Bohrung im Gleitstein bzw. im Endstück des Schwenkhebels ein.
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Gemäß der Erfindung ist somit das in dem Stellkolben gleitbeweglich gelagerte Bauteil als ein Gleitstein ausgebildet, an dem ein um eine achsparallel zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichtete Drehachse schwenkbares Endstück des Schwenkhebels gelagert ist.
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Die Funktionen der Verschwenkbarkeit und des Längenausgleichs des Schwenkhebels sind somit auf verschiedene Bauteile bzw. Oberflächen verteilt. Die Verschwenkbarkeit des Schwenkhebels gegenüber dem Stellzylinder ist durch die schwenkbare Lagerung des Endstücks des Schwenkhebels an dem Gleitstein realisiert, wogegen der Längenausgleich des Schwenkhebels durch die gleitbewegliche Lagerung des Gleitsteins in der Nut des Stellzylinders ermöglicht ist.
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Hierdurch ist die im Betrieb, d.h. bei einer Verschwenkung des Jochs über den Stellzylinder und den Schwenkhebel, auftretende Belastung auf mehrere Bauteile und Oberflächen verteilt und somit in ihrer Wirkung verschleißbezogen reduziert. Hierzu dient auch die vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmige Geometrie des Gleitsteins, durch welche die Kontaktflächen zwischen den Führungsflächen der Nut und den darin eingepassten Gleitflächen des Gleitsteins gegenüber einer kugelförmigen Ausbildung deutlich vergrößert sind und somit die an diesen Oberflächen auftretende Flächenpressung entsprechend reduziert ist. Zudem lassen sich die betreffenden Bauteile und Oberflächen geometrisch einfach und robust gestalten sowie entsprechend kostengünstig herstellen.
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Im Sinne einer einfachen und robusten Lagerung des Endstücks des Schwenkhebels am Gleitsteins ist vorgesehen, dass die Drehachse des Endstücks durch einen an dem Endstück des Schwenkhebels oder am Gleitstein starr befestigten Achsbolzen bzw. Zapfen gebildet ist, auf dem das Endstück bzw. der Gleitstein über eine zugeordnet Bohrung unmittelbar schwenkbar gleitgelagert ist. Es besteht auch die Möglichkeit die Lagerung als Wälzlager, beispielsweise als Nadellager auszubilden.
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Damit die Kraftübertragung zwischen dem Stellzylinder und dem Schwenkhebel möglichst symmetrisch und biegemomentfrei erfolgt, schneidet die Mittelachse des Schwenkhebels den Stellkolben im Bereich der Stellkolbenlängsachse, während das Endstück des Schwenkhebels gegenüber der Mittelachse des Schwenkhebels seitlich versetzt am Gleitstein angreift.
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Zur besonders robusten Gestaltung der Koppelvorrichtung ist zweckmäßig vorgesehen, dass der die Nut enthaltende zentrale Abschnitt des Stellkolbens verstärkt ist, indem er gegenüber den benachbarten äußeren Abschnitten des Stellkolbens einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Durch die dadurch vergrößerte Ausführung der Nut und des Gleitsteins werden die Kontaktflächen beider Bauteile zusätzlich erhöht und somit die an den betreffenden Oberflächen auftretenden Flächenpressungen entsprechend reduziert.
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Vorteilhafterweise können zum Ausgleich von Verformungen des Stellkolbens und/oder des Schwenkhebels die Nut seitliche, als Zylinderabschnitte ausgebildete Führungsflächen und der Gleitstein entsprechende, eingepasste, als Zylinderabschnitte ausgebildete Gleitflächen aufweisen
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Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird eine weitgehend lineare Kraftübertragung ohne Kippmomente erreicht. Des Weiteren ist an allen Kraftübertragenden Teilen ein Flächenkontakt vorhanden. Zudem können leichte Abweichungen, beispielsweise in der Drehachse des Verstellhebels, ausgeglichen werden. Zusätzlich wird durch die vorgeschlagene Bauweise eine einfache Montierbarkeit der Bauteile erreicht.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine räumliche Darstellung eines Teils eines bekannten Hydrostatmoduls.
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2 einen Querschnitt durch das Hydrostatmodul gemäß 1 im Bereich eines Stellkolbens und eines Schwenkhebels,
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3 eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung zur gelenkigen und einen Längenausgleich ermöglichenden Verbindung eines Schwenkhebels mit einem Stellkolben in einer Seitenansicht,
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4 die Koppelvorrichtung gemäß 3 in einer um 90° gedrehten Ansicht,
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5 einen Teilschnitt durch die Lagerplatte des Hydrostatmoduls nach 1 und 2.
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Die
1 und
2 wurden aus der
DE 10 2008 002 140 A1 derselben Anmelderin übernommen und dienen der Illustration des konstruktiven Aufbaus und der Funktion eines Hydrostatmoduls mit einem mittels eines Stellkolbens
6 verschwenkbaren Joch
1, während die
3 bis
5 die davon abweichende erfinderische Gestaltung der Koppelvorrichtung im Einzelnen darstellen.
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Aus
1 ist ersichtlich, dass das Hydrostatmodul ein Joch
1 aufweist, das über eine erste Lagerung
2 und eine zweite Lagerung
3 drehbar um eine Drehachse
4 gelagert ist. Im Joch
1 sind Schrägachsen-Triebwerke, wie in der
DE 10 2006 025 347 B3 beschrieben, angeordnet. Zwischen den Schrägachsen-Triebwerken befindet sich ein Schwenkhebel
5, der in einen Stellkolben
6 radial eingreift. Der Stellkolben
6 ist in einer Lagerplatte
7 aufgenommen, welche die Lagerung
8 der Schrägachsen-Triebwerke trägt und mit der ersten Lagerung
2 und der zweiten Lagerung
3 verbunden ist.
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Gemäß
2 weist das Joch
1 einen Steg
9 auf, der zwischen den Schrägachsen-Triebwerken angeordnet ist und in den der Schwenkhebel
5 eingeschraubt oder auf andere Weise befestigt ist. Bei dieser, der eingangs erwähnten
DE 10 2008 002 140 A1 entsprechenden Darstellung, weist der Stellkolben
6 eine Öffnung
10 auf, in die ein kugelförmiges freies Ende des Schwenkhebels
5 eingreift. Der Stellkolben
6 bildet mit der Lagerplatte
7 einen ersten Raum
12 und einen zweiten Raum
13. Wird der erste Raum
12 mit einem Druckmittel beaufschlagt, bewegt sich der Stellkolben
6 in eine erste Bewegungsrichtung, wodurch über den Schwenkhebel
5 das Joch
1 in eine erste Verdrehrichtung verdreht wird. Durch Druckbeaufschlagung des zweiten Raums
13 bewegt sich der Stellkolben
6 in eine zweite Bewegungsrichtung, wodurch das Joch
1 über den Schwenkhebel
5 in eine zweite Verdrehrichtung verdreht wird. Der Stellkolben
6 weist zwischen dem ersten Raum
12 und dem zweiten Raum
13 eine Nut
14 auf, über die Druckmittelleckage zur Öffnung
10 abgeführt wird, um ein präzises Arbeiten des Stellkolbens
6 zu bewirken. An seinem dem Raum
12 gegenüberliegenden Ende weist der Stellkolben
6 Anschlussmittel
15 auf, mittels derer eine Rückmeldung bzw. eine Positionsbestimmung des Stellkolbens
6 in hydraulischer oder elektronischer Form möglich ist.
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In den 3 bis 5 ist eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung abgebildet, die in dem in den 1 und 2 dargestellten Hydrostatmodul zur gelenkigen und einen Längenausgleich des Schwenkhebels 5 ermöglichenden Verbindung des Schwenkhebels 5 mit dem Stellkolben 6 dient. Diejenigen Bauteile in den 3 bis 5, die konstruktiv abweichend gegenüber den entsprechenden Bauteilen in 1 und 2 ausgebildet sind, sind mit abweichenden Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Der in den 3 bis 5 dargestellte Stellkolben 21 weicht von dem in 1 und 2 dargestellten Stellkolben 6 durch eine Verstärkung im axial mittleren Bereich in Form eines zylindrischen Bereichs 23 mit vergrößertem Durchmesser ab. In diesem Bereich 23 ist eine desaxierte, senkrecht zur Stellkolbenlängsachse 24 verlaufende Nut 25 zur Aufnahme eines Gleitsteins 20 eingearbeitet. Die Nut 25 weist seitliche, als Zylinderabschnitte ausgebildete Führungsflächen 30 auf, und der Gleitstein 20 ist darin mit entsprechenden, als Zylinderabschnitte ausgebildeten Gleitflächen 31 mit geringem Spiel eingepasst. Da die Nut 25 im zylindrischen Bereich 23 mit vergrößertem Durchmesser radial noch vor der Stellkolbenlängsachse 24 endet, wird der Stellkolben 21 nicht über seine Mitte hinweg geschwächt.
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Mit dem Gleitstein 20 wirkt ein Endstück 17 des Schwenkhebels 16 zusammen. Gemäß 4 ist das Endstück 17 mit einer Bohrung 29 versehen, in die ein am Gleitstein 20 befestigter, zylindrischer Zapfen 22 mit geringem Spiel schwenkbeweglich eingreift. Demgegenüber zeigt 5 einen am Endstück 17 des Schwenkhebels 16 befestigten Zapfen 22, der mit geringem Spiel schwenkbeweglich in eine Bohrung 28 im Gleitstein 20 eingreift. Die Längsachse des Zapfens 22 ist dabei jeweils senkrecht zur Stellkolbenachse 24 ausgerichtet.
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Das Endstück 17 ist gegenüber der Mittelachse 19 des Schwenkhebels 16 durch einen Absatz 18 seitlich versetzt angeordnet, so dass die Mittelachse 19 des Schwenkhebels 16 die Stellkolbenlängsachse 24 schneidet und keine wesentlichen Kippmomente, die zu Verformungen des Stellkolbens 21 und des Endstücks 17 führen würden, auftreten können. Geringfügige Verformungen oder durch Fertigungstoleranzen bedingte Geometrieabweichungen werden durch die als Zylinderabschnitte ausgebildeten Führungsflächen 30 der Nut 25 und die entsprechend ausgebildeten Gleitflächen 31 des Gleitsteins 20 ausgeglichen, der dadurch nicht verklemmen kann.
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Die Bauteile 17, 20, 21, 23 der Koppelvorrichtung sind geometrisch einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar. Durch großzügige Dimensionierung dieser Bauteile 17, 20, 21, 23, insbesondere aber durch große Kontaktflächen 30, 31 der miteinander in Gleitkontakt stehenden Bauteile 20, 23, ist deren mechanische Belastung vergleichsweise niedrig, so dass die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung eine besonders große Robustheit aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Joch
- 2
- Erste Lagerung
- 3
- Zweite Lagerung
- 4
- Drehachse
- 5
- Schwenkhebel
- 6
- Stellkolben
- 7
- Lagerplatte
- 8
- Lagerung
- 9
- Steg
- 10
- Öffnung
- 11
- Kugelförmiges Ende
- 12
- Erster Raum
- 13
- Zweiter Raum
- 14
- Nut
- 15
- Anschlussmittel
- 16
- Schwenkhebel
- 17
- Endstück
- 18
- Absatz
- 19
- Mittelachse
- 20
- Gleitstein
- 21
- Stellkolben
- 22
- Zylindrischer Zapfen
- 23
- Zylindrischer Bereich
- 24
- Stellkolbenlängsachse
- 25
- Nut
- 27
- Längsachse des Zapfens
- 28
- Bohrung
- 29
- Bohrung
- 30
- Führungsfläche
- 31
- Gleitfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3958496 A [0004]
- DE 2419495 A1 [0004]
- DE 102006025347 B3 [0005, 0005, 0027]
- DE 102008002140 A1 [0007, 0009, 0011, 0026, 0028]
