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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren eines rohrförmigen Werkstückes, insbesondere einer Einspritzdüse, auf einen Halter einer Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine weist hierfür eine Werkstückaufnahme auf, an oder auf der der Halter befestigbar ist. Das rohrförmige Werkstück wird auf einem Aufnahmedorn dort sitzend gehaltert.
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Vorrichtung zum Positionieren von Werkstücken sind hinlänglich bekannt. So beschreibt bspw.
DE 10 2006 054 660 B4 eine solche Vorrichtung, bei dem der Halter mit Aufnahmen für Zentrierelemente versehen ist, die mit dem Werkzeug oder Werkstück feststehend zu verbinden sind. Die Zentrierelemente werden am Werkzeug oder Werkzeugstück als separate Teile eingesetzt und anschließend durch Haltemittel, bspw. Klebemittel, ausgerichtet fixiert gehalten. Diese bekannte Vorrichtung ist zum Beispiel dazu geeignet, Elektroden auf Erodiermaschinen exakt zu positionieren.
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Eine besondere Herausforderung bei der Positionierung von rohrförmigen Werkstücken stellen Einspritzdüsen für die Kfz-Technik dar. Bei solchen Einspritzdüsen ist es erforderlich, dass an deren Spitze mehrere Bohrungen angebracht werden, die äußerst präzise bei der Fertigung platziert werden müssen. Hierfür ist es notwendig, entsprechend exakte Positioniervorrichtungen bereit zu stellen, um die Bohrungen in die Einspritzdüse an den exakt richtigen Stellen einbringen zu können.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Die Erfindung hat das Ziel eine Vorrichtung zum Positionieren von rohrförmigen Werkstücken, insbesondere von Einspritzdüsen, anzugeben, dieses erlaubt, das rohrförmige Werkstück sehr exakt zu bearbeiten, z.B. auf entsprechenden Erodiermaschinen. Dabei soll es möglich sein, die aufzufindende Vorrichtung auf den bereits beschriebenen Haltern der Werkzeugmaschine exakt aufzusetzen.
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Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht im Wesentlichen darauf, dass die Werkstückaufnahme zweiteilig ausgebildet ist mit einem auf einem Halter befestigbaren Unterteil und einem auf dem Unterteil aufsetzbaren Oberteil. Zusätzlich ist eine erste Einrichtung zur Höhenjustierung des rohrförmigen Werkstücks und eine zweite Einrichtung zur Rundlaufjustage des Werkstücks vorgesehen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine dritte Einrichtung vorgesehen zur X-Y-Ausrichtung des Oberteils auf dem zum Unterteil. Hierfür weist die dritte Einreichung z.B. eine oder mehrere am Oberteil vorgesehene Referenzflächen auf, die mit entsprechenden Referenzpunkten der Referenzflächen am Unterteil in Ausrichtung gebracht werden können.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass zur Justage der Koaxialität vom Oberteil zum Unterteil eine vierte Einrichtung bereit gestellt wird.
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Zweckmäßigerweise wird das zu bearbeitende rohrförmige Werkstück, insbesondere die Einspritzdüse auf einem Aufnahmedorn festgeklemmt, der im Oberteil der Positioniervorrichtung sitzt. Die Verwendung eines Aufnahmedorns hat den entscheidenden Vorteil, dass nicht das rohrförmige Werkstück selbst höhenjustiert werden muss, sondern lediglich der Aufnahmedorn, auf den dann das Werkstück aufsitzt. Das Festklemmen des rohrförmigen Werkstückes auf dem Aufnahmedorn erfolgt vorzugsweise über eine geeignete Spannhülse, die Rastelemente, insbesondre mehrere Rastkugeln umfasst.
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Zur Höhenjustage weist die erste Einrichtung vorzugsweise ein Exzenterelement auf, auf welchem ein unteres Ende des Aufnahmedorn aufsitzt. Hierdurch kann bei Verdrehung des Exzenterelements, das bspw. eine Exzenterwelle ist, eine Höhenverstellung des Aufnahmedorns aufgrund der Exzentität der Exzenterwelle erfolgen.
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Die Exenterwelle kann hierfür einen mittleren exzenterisch Abschnitt und einen, vorzugsweise zwei, äußere zylindrische Abschnitte aufweisen. Dabei haben die zylindrischen Abschnitte einen vergrößerten Durchmesser, so dass zwischen dem mittleren Abschnitt und dem mindestens einem äußeren zylindrischen Abschnitt mindestens eine Anschlagkante ausgebildet ist. Diese Anschlagkante verhindert eine Durchrutschen der Exenterwelle in einer entsprechenden Radialbohrung des Oberteils, wenn dort ein entsprechender Gegenanschlag vorgesehen ist. Zusätzlich kann im exzentrischen Bereich der Exzenterwelle noch eine Nut vorgesehen sein.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den zylindrischen Abschnitt einer solchen Exzenterwelle mit einer Gleitbeschichtung zu versehen, damit diese in der erwähnten Radialbohrung des Oberteils spielfrei läuft. Eine Verdrehung der Exzenterwelle wird dadurch erreicht, dass vorzugsweise an beiden Stirnseiten der Exzenterwelle zwei Aufnahmebohrungen, insbesondere Schlüsselaufnahmen für einen z.B. Sechs- oder Mehrkantschlüssel vorgesehen sind.
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Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Positionieren von rohrförmigen Wertstücken sieht vor, dass das Oberteil einen Rundflansch aufweist und dieser Rundflansch das Unterteil mindestens teilweise, vorzugsweise in einem Umfang von 360°, übergreift. Hierdurch kann die vierte Einrichtung zur Justage der Koaxialität von Oberteil zu Unterteil einfach dadurch realisiert werden, dass mehrere Einstellschrauben vorgesehen sind, die in Radialbohrungen des erwähnten Rundflansches des Oberteils eingesetzt sind und sich an einer Umfangswandlung des Unterteils abstützen. Durch ein unterschiedliche tiefes Einschrauben dieser Einstellschrauben kann so sehr genau eine Koaxialität eingesetzt werden.
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Das Oberteil kann eine orthogonal zur Längsachse liegende Ringwand aufweisen, welche eine Vielzahl von zur Längsachse befindlichen Axialbohrungen hat. Diese Axialbohrungen sind zur Aufnahme von weiteren Einstellschrauben vorgesehen, welche sich auf der Oberfläche des Unterteils abstützen können und so eine Rundlaufjustage ermöglichen.
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Das Oberteil der Vorrichtung weist vorzugsweise ein topfförmiges Aufnahmeteil auf zur Aufnahme des rohrförmigen Werkstücks, wobei aus dem Aufnahmeteil der Aufnahmedorn herausragt. Am Boden des Aufnahmeteils sitzen zweckmäßigerweise ein oder mehrere Fixierelemente, zum Beispiel ein Fixierstift. Diese Fixierelement dienen dazu, dass das rohrförmige Werkstück, sofern es entsprechend Gegenfixierelemente aufweist, also zum Beispiel eine Bohrung, in die ein vorgesehener Fixierstift eingreift, lagerichtig und korrekt hinsichtlich der radialen Lage von dem Oberteil aufgenommen wird.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass das Unterteil aus seiner zur Werkzeugaufnahme gerichteten Seite mit Zentrierelemente versehen ist. Diese können bspw. solche Zentrierelemente sein, wie in der Eingangs genannten
DE 10 2006 054 660 B4 vorgeschlagen. Damit ist ein optimales Ausrichten des Unterteils auf dem entsprechenden Halter und damit der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine sichergestellt.
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Wenngleich vorstehend davon die Rede war, dass das Ober- und das Unterteil der Vorrichtung zum Positionieren des Werkstückes zweiteilig ausgebildet sind, liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Oberteil und das Unterteil auch einstückig gestaltet sind. Die oben erwähnte X-Y-Montage zum Ausrichten des Oberteils auf dem Unterteil ist bei einer solchen Lösung allerdings nicht mehr nötig.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem konkreten Ausführungsbeispiel anhand von mehreren Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine zu bearbeitende Einspritzdüse mit einzubringenden hochpräzisen Bohrungen,
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2 die Einspritzdüse von 1 in perspektivischer Darstellung von schräg unten,
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3 eine Vorrichtung zum Positionieren einer Einspritzdüse mit einer Werkstückaufnahme, die zweiteilig gestaltet ist mit einem Oberteil und Unterteil in perspektivischer Darstellung, wobei das Oberteil vom Unterteil abgesetzt bezeigt ist,
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4 eine ähnliche Darstellung wie 2, allerdings jetzt mit Blick von schräg unten auf die Anordnung,
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5 die Darstellung von 3, wobei im Unterschied zu 3 jetzt das Oberteil auf dem Unterteil aufsitzt,
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6 eine Darstellung ähnlich zu 5, allerdings jetzt im Teilschnitt, wobei die Einspritzdüse aus dem Oberteil entfernt ist,
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7 eine Detailansicht der in 6 geschnitten dargestellten Exzenterwelle, und
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8 eine ähnliche Darstellung wie in 7, bei der allerdings jetzt die Einspritzdüse auf dem Aufnahmedorn aufsitzt und damit in das Oberteil der Vorrichtung eingesetzt ist.
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In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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In 1 ist in perspektivischer Ansicht von schräg oben eine Einspritzdüse 10 dargestellt, wie sie zum Beispiel in der Kfz-Elektronik gebraucht wird. Bei solchen Einspritzdüsen handelt es sich um rohrförmige Werkstücke, bei denen am oberen Ende mehrere Bohrungen 11 hochpräzise eingebracht werden müssen. Damit diese Bohrungen 11 in der gewünschten Genauigkeit platziert und in die Einspritzdüse 10 eingebracht werden können, ist es erforderlich, die Einspritzdüse 10 sowohl hinsichtlich ihres Rundlaufes als auch ihrer Höhenjustage korrekt auf einer entsprechenden Werkstückaufnahme zu platzieren, um anschließend beispielsweise durch geeignete Erodierverfahren die Bohrungen 11 herstellen zu können.
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2 zeigt die Einspritzdüse von 1 ebenfalls in perspektivischer Ansicht, allerdings jetzt von schräg unten. Auf der kreisringförmigen Unterseite der Einspritzdüse 10 können Fixierbohrungen 12 vorgesehen sein, um die Einspritzdüse 10 auf einer geeigneten Werkstückaufnahme in X-Y-Richtung lagerichtig zu positionieren.
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In den nachfolgenden 3 bis 6 und 8 ist jeweils in unterschiedlicher Ansicht eine hierfür geeignete Werkstückaufnahme dargestellt.
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3 zeigt eine solche Werkstückaufnahme, die zweiteilig ausgebildet ist, mit einem auf einem Halter einer Werkzeugmaschine befestigbaren Unterteil 20 und einem auf dem Unterteil 20 aufsetzbaren Oberteil 40. Zusätzlich weist diese Werkstückaufnahme noch eine im Folgenden näher zu erläuternde erste Einrichtung zur Höhenjustage des rohrförmigen Werkstückes 10, also vorliegend der Einspritzdüse 10, und eine zweite Einrichtung zu dessen Rundlaufjustage auf. Darüber hinaus kann eine dritte Einrichtung vorgesehen sein zur X-Y-Ausrichtung des Oberteils 40 zum Unterteil 20 sowie eine vierte Einrichtung zur Justage der Koaxialität von Oberteil 40 zu Unterteil 20.
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Das Unterteil 20 ist becherförmig gestaltet und verfügt auf seiner dem Oberteil 40 zugewandten, mindestens annähernd flachen Oberseite über vier im Winkel vom 90° zueinander stehende Bohrungen 28, in welche Befestigungsschrauben 51 eingreifen, welche sich ausgehend von einer zur Längsachse A koaxial angeordneten Ringfläche 52 des Oberteils 40 parallel zur Längsachse A durch das Oberteil 40 erstrecken.
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In der becherförmigen Öffnung des Unterteils
20 sitzen mehrere, im vorliegenden Fall vier, Zentrierelemente
21,
22,
23 und
24, sowie ein Zentrierzapfen
26, was besonders deutlich in
4 zu erkennen ist. Mit diesen Zentrierelementen
21 bis
24 und dem zugehörenden Zentrierzapfen
26 kann das Unterteil
20 mit dem später aufgesetzten Oberteil
40 auf einem Halter einer Werkzeugmaschine platziert werden, wie dies in der
DE 10 2006 054 660 B4 ausführlich beschrieben ist.
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Das Oberteil 40 verfügt über zwei gegenüberliegende, abgeflachte Referenzflächen 41, 42, die dazu dienen, das Oberteil 40 exakt in X-Y-Richtung zum Unterteil 20 ausrichten zu können.
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Wie am besten in der Schnittdarstellung von 6 und 8 erkennbar ist, befindet sich im Inneren des Oberteils 40 der Werkstückaufnahme ein Aufnahmedorn 50, auf den die Einspritzdüse 10 aufgesetzt werden kann, um die Einspritzdüse 10 letztlich zu bearbeiten. Dieser Aufnahmedorn 50 sitzt mit seinem unteren Ende auf einem Exzenterelement 60 auf und ragt mit seinem oberen Ende aus dem Oberteil 40 deutlich heraus. Dieses Exzenterelement 60 ist in der Schnittdarstellung von 6 gezeigt und als Einzelelement vergrößert in 7 in perspektivischer Darstellung heraus vergrößert. Das Exzenterelement 60 ist als Exzenterwelle gestaltet und verfügt über zwei mittlere, exzentrische Abschnitte 61, 62, die von einer Nut 69, einer sogenannten Spülnut, getrennt sind. An die beiden exzentrischen Abschnitte 61, 62 schließt jeweils ein zylindrischer Abschnitt 63, 64 an. An den beiden Stirnseiten der Exzenterwelle 60 befinden sich jeweils Bohrungen 67, 68, die dazu dienen, beispielsweise einen Mehrfachschlüssel (Sechskantschlüssel) hier anzusetzen, um die Exzenterwelle drehen zu können.
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Die Exzenterwelle 60 sitzt hierfür in einer durchgehenden Radialbohrung 46 des Oberteils 40 derart, dass der Aufnahmedorn 50 auf den beiden exzentrischen Abschnitten 61, 62 der Exzenterwelle 60 aufsitzt. Durch ein Verdrehen der Exzenterwelle 60 kann aufgrund der Exzentrizität an den exzentrischen Abschnitten 61, 62 der Aufnahmedorn 50 in seiner Höhe hin- und herbewegt werden. Eine auf dem Aufnahmedorn 50 aufsitzende Einspritzdüse 10 ist deshalb insoweit höhenverstellbar. Hierfür wird lediglich mit einem geeigneten Werkzeug, zum Beispiel einem Sechskantschlüssel, der in die Radialbohrung 46 eingesetzt wird und in die Aufnahmeöffnung 67 der Exzenterwelle 60 greift, entsprechend verdreht. Um ein ungewolltes Verdrehen der Exzenterwelle 60 zu vermeiden, befinden sich an den linken und rechten Stirnseiten der Exzenterwelle 60 jeweils Begrenzerschrauben 81, 82.
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Um den Aufnahmedorn 50 in dem Oberteil 40 bei erfolgter Höhenjustage zu fixieren, sind eine Vielzahl von weiteren Radialbohrungen 47 in den oberen Abschnitt des Oberteils 40 eingearbeitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insgesamt zwei übereinander liegende Reihen von vier, jeweils im Winkel von 90° zueinander stehende, Radialbohrungen 47 vorgesehen. In diesen Radialbohrungen 47 sitzen jeweils Feststellschrauben 75, durch die der Aufnahmedorn 50 festklemmbar ist.
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Das Oberteil 40 verfügt über einen Rundflansch 45, der das Unterteil 20 mindestens teilweise voll umfänglich übergreift. In diesem Rundflansch 45 befinden sich im Abstand von 90° zueinander Bohrungen, die Einstellschrauben 90 aufnehmen. Durch entsprechendes Verdrehen dieser Einstellschrauben 90 kann die Koaxialität vom Oberteil 40 zum Unterteil 20 eingestellt werden. Die Einstellschrauben 90 sitzen hierfür in Bohrungen, die mit dem Bezugszeichen 58 versehen sind.
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Das Oberteil 40 verfügt über die oben bereits erwähnte Ringwand 43, welche parallel zur Längsachse A verlaufenden Bohrungen zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 51 platziert sind. Zusätzlich sind von dieser Ringwand 43 ausgehend weitere Axialbohrungen 48 vorgesehen, in welche wiederum Einstellschrauben eingesetzt sind, die sich auf der flachen Wand des Unterteils 20 abstützen können. Durch entsprechendes Einstellen der in den Axialbohrungen 48 befindlichen Einstellschrauben kann eine Justage für den Rundlauf vorgenommen werden. Eine dieser in den Axialbohrungen 48 befindlichen Einstellschrauben ist mit dem Bezugszeichen 53 versehen und in dem teilweise aufgebrochenen Schnitt von 5 ersichtlich.
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Wie aus den 1 bis 6 und 8 ersichtlich, umgibt das topfförmige Aufnahmeteil 49 des Oberteils 40 eine Spannhülse 70. Diese Spannhülse 70 umgibt das obere topfförmige Aufnahmeteil 49 des Oberteils 40 und sitzt auf Spiralfedern 72 auf. In einer umlaufenden, innenliegenden Nut der Spannhülse 70 sind mehrere Rastelemente, hier Rastkugeln 71, platziert, die in Öffnungen des topfförmigen Aufnahmeteils 49 des Oberteils 40 eingreifen können, wenn die Spannhülse 7 eingreifen können.
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Wie besonders 8 deutlich zeigt, dienen diese Rastkugeln 71 dazu, bei eingesetzter Einspritzdüse 10, also bei einer Einspritzdüse 10, die auf das obere Ende des Aufnahmedorns 50 aufgesetzt wird, eine Verrastung zu bewirken. Hierfür wird zunächst die Spannhülse 70 entgegen der Federkraft der Spiralfedern 72 nach unten in Richtung Unterteil 20 gedrückt. Aufgrund der umlaufenden Schräge der erwähnten Innennut weichen die Rastkugeln 71 nach außen, sodass die Einspritzdüse 10 auf den Aufnahmedorn 50 aufgesetzt werden kann und dass untere Teil der Einspritzdüse 10 auf den Boden der topfförmigen Aufnahmeöffnung 49 aufsitzen kann. Dort am Boden des topfförmigen Aufnahmeteils 49 können Fixierstifte 85 sitzen, die in die im Zusammenhang mit 1 und 2 erwähnten Fixierbohrungen 12 der Einspritzdüse 10 eingreifen können. Bei einem erfolgten Eingriff ist sichergestellt, dass die Einspritzdüse 10 zunächst X-Y-richtig in die topfförmige Aufnahmeöffnung 49 des Oberteils 40 der Werkzeugaufnahme eingesetzt ist. Ist dies der Fall, kann die Spannhülse 70 wieder losgelassen werden, wodurch die Rastkugeln 71 in die Öffnungen des topfförmigen Aufnahmeteils 49 des Oberteils 40 rutschen und dort sogar in Richtung Einspritzdüse 10 herausragen und somit für eine Kugelverrastung der Einspritzdüse 10 sorgen.
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Für eine einfache Handhabung der Spannhülse 70 ist es zweckmäßig, dass diese an ihrem Außenumfang mit einer Greifnut versehen ist.
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Für die im Zusammenhang mit 7 detailliert vorgestellte Exzenterwelle 60 hat es sich als günstig erwiesen, einen Justierweg in Höhenrichtung, also in Z-Richtung, von etwa ±0,15 mm vorzusehen. Hierfür kann beispielsweise ein Weg von 1,2 mm am Umfang der Exzenterwelle 60 einer Höhenänderung von ±0,01 mm in Z-Richtung entsprechen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die beiden zylindrischen Abschnitte 63, 64 mit einer Beschichtung zu versehen, um das Verdrehen der Exzenterwelle 60 zu erleichtern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- rohrförmiges Werkstück, Einspritzdüse
- 11
- hochpräzise Bohrungen
- 12
- Fixierbohrungen
- 20
- Unterteil
- 21
- Zentrierelement
- 22
- Zentrierelement
- 23
- Zentrierelement
- 24
- Zentrierelement
- 26
- Zentrierzapfen
- 28
- Bohrungen
- 40
- Oberteil
- 41
- Referenzfläche
- 42
- Referenzfläche
- 43
- Ringwand
- 44
- Radialbohrungen
- 45
- Rundflansch
- 46
- Radialbohrung
- 47
- Radialbohrungen
- 48
- Axialbohrungen
- 49
- topfförmiges Aufnahmeteil
- 50
- Aufnahmedorn
- 51
- Befestigungsschrauben
- 52
- Ringfläche
- 53
- Einstellschraube
- 58
- Radialbohrungen
- 60
- Exzenterelement
- 61
- exzentrischer Abschnitt
- 62
- exzentrischer Abschnitt
- 63
- zylindrischer Abschnitt
- 64
- zylindrischer Abschnitt
- 65
- Anschlagkante
- 66
- Anschlagkante
- 67
- Aufnahmeöffnung
- 68
- Aufnahmeöffnung
- 69
- Spülnut
- 70
- Spannhülse
- 71
- Rastelemente
- 72
- Spiralfedern
- 75
- Feststellschrauben
- 76
- Greifnut
- 81
- Begrenzerschraube
- 82
- Begrenzerschraube
- 85
- Fixierelemente
- 90
- Einstellschrauben
- A
- Längsachse
- X, Y, Z
- Richtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006054660 B4 [0002, 0018, 0035]
