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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere Kniehebelspannvorrichtung oder Unterbodenspanner mit Kniehebelgelenkantrieb.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 31 30 942 A1 ist eine druckmittelbetätigbare Kniehebelspannvorrichtung mit elastischen Federgelenk und lösbar befestigten Spannarm vorbekannt, wobei ein zur Übertragung der axialen Kolbenbewegung dienendes Federgelenk im mittleren Bereich durch einen T-förmigen Schlitz oder eine andersförmige Aussparung zwei teilweise voneinander getrennte, federnd geschaltete seitliche Endteile mit je einem Drehpunkt aufweist, von denen das eine Endteil gelenkig mit dem Ende der Kolbenstange und das andere Endteil gelenkig mit dem Kniehebel verbunden ist. Das Federgelenk besteht aus einer entsprechend ausgebildeten Scheibe oder Platte oder aus mehreren entsprechend ausgebildeten paketartig übereinander liegenden Scheiben oder Platten gleicher Form. Dadurch sollen schädliche Kräfte, die insbesondere in der Totpunktlage oder Übertotpunktlage auftreten können, vermieden werden. Das Federgelenk soll in gespannter Endlage eine permanente Spannkraft aufweisen, so dass der Spannarm mit konstanter Spannkraft gehalten wird. Dies sei beispielsweise von großem Vorteil, wenn Werkstücke aus Blech unterschiedliche Dicken oder Stärken aufweisen würden. Beim Spannen solcher Teile werde durch das Federgelenk auch dann noch die erforderliche volle Spannkraft gewährt, wenn die Werkstücke unterschiedliche Maße (Toleranzen) hätten.
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Aus der
US 2004/0046299 A1 und der etwa baugleichen
US 2004/0041323 A1 ist eine Kniehebelspannvorrichtung zu entnehmen, bei welcher dem Kniehebelgelenk ein Lenkerelement zugeordnet ist, das plattenförmig gestaltet ist und das auf gegenüberliegenden Seiten geschwungene Schlitze aufweist, die teilweise die Schwenkachsen mit Materialabstand umgeben. Dadurch soll ein Federeffekt herbeigeführt werden.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der gattungsmäßig vorausgesetzten Art derart zu gestalten, dass durch ein besonders gestaltetes Federelement, ein besserer Federeffekt bei größerer Lebensdauer desselben erzielt wird, bei zuverlässigem Toleranz- oder Dickenausgleich zu spannender blechförmiger Bauteile.
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Lösung
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Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile
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Eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung, insbesondere Kniehebelspannvorrichtung, weist ein plattenförmiges Federelement auf, das zwei beabstandete Federaugen besitzt, die jeweils eine Durchgangsbohrung aufweisen, durch die jeweils eine Schwenkachse hindurchgreift, die in beispielsweise selbstschmierenden Lagern angeordnet sein kann. Die Lager können auch Nadellager oder andere Wälzlager aufweisen, um eine Leichgängigkeit zu ermöglichen. Eine der Schwenkachsen kann mit einem Hebel des Kniehebelgelenks und die andere Schwenkachse mit einem stangenförmigen Antriebsteil, z. B. einer Kolbenstange einer Antriebseinheit, verbunden sein. Die Antriebseinheit kann entweder ein in entgegengesetzten Richtungen steuerbarer Elektromotor, oder eine abwechselnd beidseitig mit Druckmitteldruck, insbesondere mit Druckluft zu beaufschlagende Kolben-Zylinder-Einheit sein, deren Kolbenstange über das Federelement und damit über die Kniehebelgelenkanordnung einen Spannarm der Kniehebelspannvorrichtung oder eines Unterbodenspanners antreibt. Durch die besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung des plattenförmigen Federelementes wird eine zuverlässige Federung erreicht, so dass nicht nur Blechunterschiede in gewissen Grenzen, zum Beispiel um ein, zwei Millimeter ausgeglichen werden, sondern auch stoßartige Beanspruchungen. Durch den Kurvenbogen, der materialmäßig einstückig die Federaugen verbindet, wird sichergestellt, dass sich die beim Aufbiegen dieses Kurvenbogens ergebenden Federspannungen weit unterhalb der Bruchgrenze des Federelementes liegen, so dass auch eine große Anzahl von Betriebszyklen, wie sie zum Beispiel im Karosseriebau der Kfz-Industrie vorkommen, problemlos aufgenommen werden können. Durch die besondere Gestaltung des Federelementes ergeben sich auch gleichmäßige Federspannungen ohne kritische Spannungsspitzen, da alle Übergänge sanft und kreisbogenförmig bzw. kurvenförmig verlaufen. Schädliche Spannungsspitzen werden auf diese Weise vermieden.
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Weitere erfinderische Ausgestaltungen
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Weitere erfinderische Ausführungsformen sind in den Patentansprüchen 2 bis 23 beschrieben.
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Die Ausführungsform nach Patentanspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gekehrte Seitenfläche des Kurvenbodens mit einem Kreisbogen gebildet ist.
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Auch bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 ist die diametral der nach außen gekehrten Seitenfläche des Kurvenbogens gegenüberliegende Innenfläche des Kurvenbogens durch einen Kreisbogen gebildet. Dadurch ergibt sich eine praktisch gleich bleibende Breite des Kurvenbogens über einen etwa halbkreisförmigen Umfang des Federelementes, wodurch sich gute Federungseigenschaften ergeben.
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Patentanspruch 4 beschreibt hierfür eine bevorzugte Lösung.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn gemäß Patentanspruch 5 die Mittelpunkte der die äußere und innere Seitenflächen begrenzenden Kreisbögen exzentrisch zueinander angeordnet sind. Dadurch lässt sich ein sanfter Übergang in die Federaugen erreichen, die gewisse Materialanhäufungen darstellen. Auf diese Weise lassen sich auch schädliche Spannungen weitgehend verhindern.
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Patentanspruch 6 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform.
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Bei der Lösung nach Patentanspruch 7 ist das Federelement symmetrisch ausgebildet, so dass es einerseits kompakt gebaut werden kann und sich demgemäß innerhalb der üblicherweise verwendeten Spannköpfe von Kniehebelspannvorrichtungen einerseits oder Gehäuse von Unterbodenspannern andererseits anordnen lässt.
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Auch die Lösung nach Patentanspruch 8 trägt zum Abbau schädlicher Spannungen bei.
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Bei der Lösung gemäß Patentanspruch 9 wird konsequent einerseits die Idee einer kompakten Bauart, andererseits die Herbeiführung günstiger Federspannungen verfolgt.
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Patentanspruch 10 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß Patentanspruch 11 ist das Federelement aus Federstahl gebildet. Es kann aus einem ebenen Blech, aber auch aus einem Paket von ähnlichen, übereinander geordneten Federblechen bestehen, die in geeigneter Weise, zum Beispiel durch Kleben, Löten miteinander verbunden sind.
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Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 12 sind in den Durchtrittsöffnungen für die Schwenkachsen reibungsarme Lagereinsätze, zum Beispiel aus Messing oder Wälzlager, zum Beispiel Nadellager, angeordnet. Sofern es sich um Gleitlager handelt, können diese selbstschmierend ausgestaltet sein, zum Beispiel Aussparungen aufweisen, in denen Polytetrafluräthylen (PTFE) angeordnet ist, das auf die Gleitfläche selbstschmierend auftritt.
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Die Patentansprüche 13 bis 18 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Wie aus Patentanspruch 19 hervorgeht, hüllt ein um den Mittelpunkt des die äußere Seitenfläche des Kurvenbogens geschlagener Kreis das Federelement ein, so dass das Federelement in der Draufsicht außen annähernd kreisförmig gestaltet ist.
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Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 20 wird eine Bauform vorgeschlagen, die sich besonders für Unterbodenspanner eignet.
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Gemäß Patentanspruch 21 ist das Federelement mit seinem Kurvenbogen derart angeordnet, dass dieser von der Längsmittenachse des stangenförmigen Antriebsteils einerseits weggerichtet, andererseits der Antriebseinheit zugekehrt ist. Dadurch lässt sich das Federelement baugünstig anordnen und stört zum Beispiel die Funktion des Kniehebelgelenks nicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Patentanspruch 22 der Spannhaken eines Unterbodenspanners eine Dichtplatte formschlüssig antreibt, so dass der Innenraum des Gehäuses des Unterbodenspanners gegen Verschmutzungen, auch gegen Schweißspritzer, zu allen Seiten zuverlässig geschützt ist.
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Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 23 wird das Sichtelement aus einem elastischen Werkstoff gebildet.
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In der Zeichnung ist die Erfindung – teils schematisch – an einem Ausführungsbeispiel eines Unterbodenspanners veranschaulicht. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Unterbodenspanner mit in Lösestellung bewegtem Spannhaken;
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2 den aus 1 ersichtlichen Unterbodenspanner mit in Spannstellung bewegtem Spannhaken;
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3 ein Federelement in der Draufsicht und
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4 das aus 3 ersichtliche Federelement in der Seitenansicht.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse bezeichnet, das allseitig geschlossen ausgebildet ist. Das Gehäuse 1 kann durch einen abnehmbaren Deckel (im einzelnen nicht dargestellt) verschlossen sein oder aus z. B. zwei sandwichartig aufeinander angeordneten, durch Schrauben verbundenen Gehäuseteilen bestehen, die nach außen hin abgedichtet sind (gleichfalls nicht dargestellt).
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An der einen Stirnseite des Gehäuses 1 ist ein Zentrierdorn 2 materialmäßig oder funktionell einstückig dem Gehäuse 1 zugeordnet. Der Zentrierdorn 2 ist mit einer Aussparung 3 versehen, aus der ein Spannhaken 4 durch eine seitliche, schlitzförmige Aussparung 5 heraustreten und mit einem hakenförmigen Spannende einen blechförmigen Körper 6, zum Beispiel ein Teil einer Karosserie, nach dem Zentrieren durch den Zentrierdorn 2, auf einer Unterlage spannen kann.
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Der Spannhaken 4 weist eine kulissenförmige Aussparung 7 auf, durch die ein Kulissenfolgestift 8 hindurchgreift. An seinem inneren Endabschnitt 9 ist der Spannhaken 4 über eine Schwenkachse 10 mit einer Kniehebelgelenkanordnung 11 gekuppelt, die über eine gehäusefeste Schwenkachse 12 schwenkbeweglich angeordnet ist. Hierzu weist die Kniehebelgelenkanordnung 11 einen Hebel auf, der die beiden Hebelarme 13, 14 besitzt. Der Hebelarm 14 ist über eine Schwenkachse 15 mit einem als Federelement ausgebildeten Laschenkörper 16 schwenkbeweglich gekuppelt, das an seinem anderen Endabschnitt über eine Schwenkachse 17 mit einem stangenförmigen Verstellteil 18 schwenkbeweglich gekuppelt ist. Das stangenförmige Verstellteil 18 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Kolbenstange ausgebildet. Das stangenförmige Verstellelement 18 ist mit einem Kolben 19 funktionell oder materialmäßig einstückig verbunden, der über ein Dichtelement 20 in einem Zylinder 21 einer als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildeten Antriebseinheit längsverschieblich und dichtend geführt ist. Dem Zylinder 21 wird durch Anschlüsse 22 und 23 abwechselnd beidseitig Druckmitteldruck, insbesondere Druckluft, von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle, zum Beispiel einem Kompressor, Druckluftkessel oder dergleichen, über nicht dargestellte Rohrleitungen, zugeführt.
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Das Verstellelement 18 ist bei 24 durch ein Dichtelement in einem Gehäuseansatz 25 abgedichtet geführt.
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Das Federelement 16 ist eine Scheibe oder eine Platte, die auch aus mehreren sandwichartig aufeinander angeordneten deckungsgleichen Scheiben oder Platten bestehen kann und die zum Beispiel aus Federstahl bestehen. Das plattenförmige Federelement 16 aus Federstahl ist in 3 in größerem Maßstab dargestellt. Wie ersichtlich ist, weist das plattenförmige Federelement 16 zwei Federaugen 26 und 27 auf, die von gleich großen Bohrungen 28 bzw. 29 durchsetzt sind und in denen Lager, zum Beispiel selbstschmierende Lager, Lagerbuchsen oder Wälzlager, zum Beispiel Nadellager (alle nicht dargestellt) angeordnet sein können. Durch die Bohrungen 28, 29 greifen die Schwenkachsen 15 bzw. 17 hindurch, die dadurch reibungsarm in den Bohrungen 28, 29 der Federaugen 26 und 27 gelagert sind.
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Die Federaugen 26 und 27 sind an ihrer äußeren Peripherie 30 bzw. 31 jeweils von einem Kreisbogen mit dem Radius D begrenzt, der den Mittelpunkt der zugeordneten Bohrungen 28 und 29 hat. Die äußere Peripherie der Federaugen 26 und 27 erstreckt sich jeweils über einen Umfangswinkel von mehr als 200° bei der dargestellten Ausführungsform.
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Die Mittelpunkte der Bohrungen 28 und 29 und damit der Federaugen 26, 27 sind um das Maß B voneinander entfernt, während die äußere Peripherie 30 und 31 der Federaugen sich bis auf den Spaltabstand C annähern. Der Winkel α ist ein spitzer und beträgt etwa 15° bis 35°, vorzugsweise 20°.
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Die beiden Federaugen 26 und 27 sind durch einen Kurvenbogen 32 materialmäßig einstückig verbunden, der die Federaugen 26 und 27 mit weitem Abstand nach außen konvex überspannt und annähernd über 180° die gleiche Breite in der aus 3 ersichtlichen Ebene aufweist. Die äußere Seitenfläche 33 des Kurvenbogens 32 wird durch den Radius F begrenzt, dessen Mittelpunkt 34 um das Maß E von den Kreismittelpunkten der Durchgangsbohrungen 28 und 29 entfernt ist.
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Die innere Seitenfläche 35 ist wie die äußere Seitenfläche 33 ebenfalls nach außen konvex verlaufend angeordnet, so dass sich der Kurvenbogen 32 etwa mit gleichbleibender Breite oberhalb der Federaugen 26 und 27 erstreckt und oberhalb der Federaugen 26 und 27 einen Freiraum 36 einschließt, der zu beiden Seitenflächen 37 und 38 des Federelementes 16 frei nach außen ausmündet, ebenso wie die Bohrungen 28 und 29 und der Spaltabstand C. Die innere Seitenfläche 35 wird von einem Radius G umgrenzt, dessen Mittelpunkt 39 auf der Symmetrieachse 40 des Federelementes 16 um das Maß E minus K in Richtung auf die Federaugen 26 und 27, also exzentrisch zu dem Mittelpunkt 34 des Radius F der äußeren Seitenfläche 33, angeordnet ist.
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Die Breite des Federelementes 16 oder der Durchmesser über alles ist mit A in 3 bezeichnet. Schlägt man einen Kreis um den Mittelpunkt 34 des Radius F der äußeren Seitenfläche 33, so hüllt dieser praktisch das Federelement 16 ein.
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Wie aus 4 zu erkennen ist, ist die Höhe des Federelementes 16 mit H und seine Dicke mit L bezeichnet. K ist der Abstand der Mittelpunkte der Bohrungen 28, 29 von dem Mittelpunkt 39 des Radius G der inneren Seitenfläche 35 des Kurvenbogens 32. Aus 4 ergibt sich, dass das Federelement plattenförmig gestaltet ist und bei der dargestellten Ausführungsform aus einem Federstahlblech, zum Beispiel durch Stanzen oder Wasserstrahlschneiden hergestellt wurde.
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Beispiel für einen Unterbodenspanner eines Federelementes 16:
Spannkraft bei 6 bar = 2000 N
Haltekraft max = 2000 N
Blechdickenausgleich max 1 mm
A 60 mm
F 30 mm
G 25 mm
α 20°
C 1,5 mm
∅ der Durchgangsbohrungen 28 und 29 13 mm
Höhe H 54 mm
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Der Radius R kann zum Beispiel 1,5 mm betragen, während der Abstand B 27 mm, E 11 mm und K 7 mm ist.
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Wie man aus den 1 und 2 erkennt, ist das Federelement 16 mit seinem Kurvenbogen 32 so angeordnet, dass dieser in Richtung auf den Zylinder 21 weist.
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Mit 41 ist eine Abfragevorrichtung bezeichnet, die mit Sensoren 42, 43 versehen ist, die durch an dem stangenförmigen Verstellelement angeordnete Schaltfahne 44 bedämpft werden. Die Abfragevorrichtung kann mit Induktivschaltern, Mikroschaltern oder Endschaltern ausgerüstet sein. Die jeweiligen Signale werden über einen Signalstecker 45 einer nicht dargestellten Signalleitung weitergeleitet, die zu einer Anzeigevorrichtung, z. B. zu einem Schaltpult oder zu einer Steuereinheit, führen. Die Vorrichtung kann in einer Fertigungslinie, zum Beispiel im Karosseriebau der Kfz-Industrie, angeordnet sein und durch eine zentrale Steuereinheit abwechselnd beidseitig mit Druckmitteldruck, insbesondere Druckluft, beaufschlagt werden. Wie man erkennt ist das Federelement 16 raumgünstig angeordnet. Der Kurvenbogen 32 stört hierbei in keiner Weise. Die Bauabmessungen des Gehäuses 1 brauchen gegenüber herkömmlichen Spannern nicht verändert zu werden.
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Der Spannhaken 4 treibt eine Dichtplatte 46 an, die in einer Gleitführung 47 angeordnet ist und die den Spannarm 4 mit einer entsprechenden Ausnehmung abgedichtet umschließt. Somit folgt die Dichtplatte 46 den Bewegungen des Spannhakens 4, so dass seitlich in die Aussparung 5 eintretender Schmutz nicht in den Innenraum 48 des Gehäuses 1 hineingelangen kann. Die Dichtplatte 46 kann auch durch ein aus einem geeigneten gummielastische Eigenschaften aufweisenden Kunststoff bestehen, der, zum Beispiel mit einer Dichtmanschette (nicht dargestellt) den Spannhaken 4 umschließt. Außerdem ist es möglich, die Dichtplatte 46 mit Selbstschmiereigenschaften auszustatten oder sie in Wälzlagern reibungsarm anzuordnen. In jeder Stellung des Spannhakens 4 dichtet die Dichtplatte 46 den Innenraum 48 nach außen ab.
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Die in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zentrierdorn
- 3
- Aussparung
- 4
- Spannhaken
- 5
- Aussparung, seitliche
- 6
- Körper, blechförmiger
- 7
- Aussparung, kulissenförmige
- 8
- Kulissenfolgestift
- 9
- Endabschnitt, innerer
- 10
- Schwenkachse
- 11
- Kniehebelgelenkanordnung
- 12
- Achse, gehäusefeste
- 13
- Hebelarm
- 14
- Hebelarm
- 15
- Schwenkachse
- 16
- Federelement, Laschenkörper
- 17
- Schwenkachse
- 18
- stangenförmiges Verstellelement, Kolbenstange
- 19
- Kolben
- 20
- Dichtelement
- 21
- Zylinder, Antriebseinheit
- 22
- Anschluß
- 23
- Anschluß
- 24
- Dichtelement
- 25
- Gehäuseansatz
- 26
- Federauge
- 27
- Federauge
- 28
- Bohrung, Dichtungsbohrung
- 29
- Bohrung, Dichtungsbohrung
- 30
- Peripherie
- 31
- Peripherie
- 32
- Kurvenbogen
- 33
- Seitenfläche, äußere des Kurvenbogens 32
- 34
- Mittelpunkt des Radius F der äußeren Seitenfläche 33
- 35
- Seitenfläche, innere des Kurvenbogens 32
- 36
- Freiraum
- 37
- Seitenfläche
- 38
- Seitenfläche
- 39
- Mittelpunkt
- 40
- Symmetrieachse
- 41
- Abfragevorrichtung
- 42
- Sensor
- 43
- Sensor
- 44
- Schaltfahne
- 45
- Signalstecker
- 46
- Dichtplatte
- 47
- Gleitführung
- 48
- Innenraum des Gehäuses 1
- A
- Breite des Federelementes 16
- B
- Abstand der Mittelpunkte der Bohrungen 28, 29 der Federaugen 26, 27, Maß
- C
- Spaltabstand zwischen den Federaugen 26, 27, Maß
- D
- Radius der Bohrungen 28, 29
- E
- Maß, Abstand
- F
- Radius der äußeren Seitenfläche 33 des Kurvenbogens 32
- G
- Radius der inneren Seitenfläche 35 des Kurvenbogens 32
- H
- Höhe des Federelementes 16
- K
- Maß, Abstand
- L
- Dicke des Federelementes 16
- R
- Radius
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3130942 A1 [0002]
- US 2004/0046299 A1 [0003]
- US 2004/0041323 A1 [0003]
