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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für wenigstens ein Ersatzrad eines Fahrzeuges. Die Befestigungsvorrichtung umfasst eine Befestigungsmutter und einen an dem Fahrzeug fixierten Befestigungszapfen, welcher mit der Befestigungsmutter unter Verspannung bzw. Festlegung des wenigstens einen Ersatzrades zwischen Fahrzeug und Befestigungsmutter lösbar verbunden ist. Der Befestigungszapfen hat ein Außengewinde und die Befestigungsmutter besteht aus einem Betätigungsteil und einem relativ zum Betätigungsteil axial verschieblichen und unverdrehbaren hülsenförmigen Mutterteil. Das Mutterteil weist zur lösbaren Verbindung mit dem Befestigungszapfen ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde auf.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Befestigungsmutter für solch eine Befestigungsvorrichtung.
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Eine Befestigungsvorrichtung der genannten Art ist aus der Druckschrift
DE 101 05 742 C1 bekannt. Diese zeigt eine lösbare Verbindung des Mutterteiles mit dem Betätigungsteil als Verliersicherung. Diese aus Rast- sowie Gegenrastmittel bestehende Rastverbindung ermöglicht es, dass das Betätigungsteil nicht ohne Weiteres und unbeabsichtigt vom Mutterteil gelöst werden kann. Ist ein Lösen beabsichtigt, können das Betätigungsteil und das Mutterteil durch Überwindung der Rastung der Rast- sowie Gegenrastmittel voneinander gelöst werden.
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Es ist weiterhin durch die Druckschrift
DE 695 05 129 T2 eine Befestigungsvorrichtung bekannt, welche eine Lagesicherung des Betätigungsteils an dem als Zahnstange ausgeführten Befestigungszapfen aufweist. Zur Lagesicherung hat die Befestigungsvorrichtung mehrere Hemmelemente, welche von einem Federelement gegen die Zahnelemente gedrückt werden. Die Lagesicherung ist mittels einer Verdrehung des Betätigungsteils relativ zu einer Mutter aktivierbar.
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Weiterer Stand der Technik ist durch die Druckschrift
DE 697 21 418 T2 gegeben, welche eine einfache Schraubverbindung zur Fixierung eines Ersatzrades an einem Fahrzeug zeigt. Dabei wird ein Befestigungszapfen mit Außengewinde in eine an dem Fahrzeug fixierte Befestigungsmutter mit Innengewinde geschraubt. Mittels einer Rastverbindung, die elastische Klauen umfasst, ist an dem Befestigungszapfen ein scheibenförmiges Reifendruckteil fixierbar.
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Ferner zeigt die
WO 2010/123742 A1 diverse Ausgestaltungen für eine Befestigungsmutter.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Verbindung zwischen Befestigungsmutter und Befestigungszapfen einerseits leicht, einfach und schnell herstellbar ist und andererseits in ihrer Lage gesichert wird, wobei die Funktion der Lagesicherung auch bei einer Erhöhung der Betriebskräfte gewährt ist. Darüber hinaus sollte die neu zu findende Befestigungsvorrichtung eine geringe Anzahl an einzelnen Teilen aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Befestigungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch eine Befestigungsmutter mit den Merkmalen des Patentanspruches 9. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, bei der das Mutterteil aus einem quer zur Drehachse von Außengewinde und Innengewinde elastischen Schaftabschnitt und einem formstabilen Ringabschnitt besteht. Dabei ist nur im Bereich des Schaftabschnittes ein Innengewinde vorgesehen. Der Innenquerschnitt des Mutterteiles ist im Bereich des formstabilen Ringabschnittes größer oder gleich dem Nenndurchmesser des Innengewindes. Dies ermöglicht, dass das Innengewinde über das Außengewinde überrasten kann. Hierdurch ist es möglich, die Befestigungsmutter leicht, einfach und schnell auf den Befestigungszapfen aufzustecken. Dabei hält sich das Innengewinde des elastisch zurückstellenden Schaftabschnittes in dem Außengewinde, sodass das Aufstecken der Befestigungsmutter auf den Befestigungszapfen einhändig möglich ist. Sobald die eine Auflagefläche des Betätigungsteils an dem zu verspannenden Ersatzrad anliegt, wird die Befestigungsmutter um die Drehachse gegen das Ersatzrad gedreht.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass das Mutterteil und das Betätigungsteil einander zugewandte Keilflächen aufweisen, welche eine Neigung zur Drehachse aufweisen. Die Keilfläche des Mutterteiles ist kegelstumpfförmig, während die Keilfläche des Betätigungsteils trichterförmig ausgeführt ist. Die Keilflächen haben an einem Ende einen kleinen Umfang und an einem anderen Ende einen großen Umfang. Die Keilflächen sind so orientiert, dass das Ende mit dem kleinen Umfang in Befestigungsrichtung vor dem Ende mit dem großen Umfang angeordnet ist. Die Keilfläche des Mutterteiles ist an einer dem Innengewinde abweisenden Außenfläche angeordnet, während die Keilfläche des Betätigungsteils dem Außengewinde beziehungsweise der Keilfläche des Mutterteiles zugewandt ist. Durch die beim Drehen der Befestigungsmutter erzeugte Schraubbewegung wird das Mutterteil translatorisch gegenüber dem Betätigungsteil bewegt, sodass die Keilflächen sich annähern und letztlich berühren. Die Klemmkraft der Keilflächen wird aufgrund der Elastizität des Schaftabschnittes auf das Gewinde übertragen. Die Klemmkraft zwischen dem Innengewinde und dem Außengewinde erhöht sich bei einer Erhöhung der Betriebskräfte der Verschraubung selbstständig und verhindert somit ein selbstständiges Lösen der Verschraubung. Die Intensität der Klemmkraft kann durch die Wahl des Neigungswinkels der Keilflächen gegenüber der Drehachse festgelegt werden. Das Lösen der Schraubverbindung zwischen Befestigungsmutter und Befestigungszapfen erfolgt durch ein entgegengesetztes Drehen. Das Innengewinde und das Außengewinde können als Linksgewinde ausgeführt sein, sind jedoch vorzugsweise als Rechtsgewinde ausgeführt.
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Erfindungsgemäß weist das Betätigungsteil eine Kammer zur Aufnahme des Mutterteiles auf. Diese Kammer hat eine Einlassöffnung für das Mutterteil, welche einer der Auflagefläche abgewandten Seite des Betätigungsteils zugeordnet ist. Das Mutterteil wird in die Kammer, also in das Betätigungsteil in axialer Richtung eingesetzt. Vorzugsweise hat die Befestigungsmutter eine Verliersicherung, mittels der das Mutterteil in dem Betätigungsteil insbesondere gegen eine axiale Bewegung aus der Kammer heraus gehalten ist. Die Verliersicherung ist als Rastverbindung ausgeführt und/oder im Bereich der Einlassöffnung der Kammer angeordnet. Bei einer als Rastverbindung gestalteten Verliersicherung hat es sich als praktikabel erwiesen, dass die Verliersicherung aus mehreren Rasthaken besteht, welche entweder ein Teil des Betätigungsteils sind und bei eingesetztem Mutterteil an dem Ringabschnitt anliegen oder ein Teil des Mutterteiles sind und bei eingesetztem Mutterteil in eine Ausnehmung des Betätigungsteils eingreifen.
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Das Mutterteil ist in dem Betätigungsteil derart angeordnet, dass der Ringabschnitt der Einlassöffnung zugewandt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Ringabschnittes größer als der Außendurchmesser des Schaftabschnittes, wobei der Außendurchmesser des Ringabschnittes annähernd dem Innendurchmesser der Kammer entspricht. Hierdurch hat das Mutterteil in der Kammer über den Ringabschnitt einen insbesondere kippsicheren Halt. Darüber hinaus kann der Schaftabschnitt beim Überrasten des Gewindes in den Differenzraum zwischen Außendurchmesser des Schaftabschnittes und Innendurchmesser der Kammer radial nach außen ausweichen. Die Grundform des äußeren Querschnittes von Mutterteil beziehungsweise des inneren Querschnittes der Kammer ist vorzugsweise kreisrund, jedoch nicht auf diese geometrische Form beschränkt.
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Damit die Drehbewegung des Betätigungsteils auf das Mutterteil übertragen werden kann, kann die Grundform von der Rotationssymmetrie abweichend, beispielsweise als Quadrat gestaltet sein. Es sind jedoch auch asymmetrische Grundformen möglich. Um eine allseitig gleichmäßige Elastizität des Schaftabschnittes zu gewährleisten, sollte dieser eine gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Daher hat es sich als günstig erwiesen, dass die Grundform Kammer und zumindest des äußeren Querschnittes des Schaftabschnittes kreisförmig ist. Für die Kraftübertragung auf das Mutterteil beim Drehen des Betätigungsteils kann der äußere Querschnitt des Ringabschnittes beispielsweise sternförmig ausgeführt sein, wobei die über die kreisrunde Grundform erhabenen Zacken in entsprechende Ausnehmungen der Mantelfläche der Kammer eingreifen. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise schlitzartig ausgebildet und parallel zur Drehachse orientiert.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung hat das Mutterteil mehrere, insbesondere als Schlitze gestaltete Ausnehmungen, welche den Schaftabschnitt in mehrere Schaftsegmente unterteilen. Durch das Unterbrechen des ringförmigen Querschnittes des Schaftabschnittes wird die für das Überrasten des Gewindes erforderliche Elastizität auf einfache Weise herbeigeführt. Die einzelnen Segmente können einer radial zur Drehachse wirkenden Kraft weniger widerstehen als eine ringförmig geschlossene Hülse.
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Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Betätigungsteil als Stege ausgebildete Mitnehmer aufweist. Die Mitnehmer sind in der Kammer als gegenüber der kreisrunden Grundform auf die Drehachse zu erstreckte Vorsprünge zum Eingriff in die Ausnehmungen des Mutterteiles ausgeführt. Die Ausnehmung des Mutterteiles und die Mitnehmer des Betätigungsteils haben in ihrer Erstreckung parallel zur Drehachse vorzugsweise eine konstante Breite oder eine in Befestigungsrichtung zunehmende Breite. Diese Formen erlauben eine translatorische Bewegung des Mutterteiles in der Kammer parallel zur Drehachse, wobei bei der zuletzt genannten Form die Elastizität der Schaftsegmente radial zur Drehachse höher und die Festigkeit der Mitnehmer größer ist.
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Die Gewindeflanken von Innengewinde und Außengewinde sind üblicherweise als Spitzgewinde ausgeführt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Gewindeflanken des Innengewindes und/oder des Außengewindes als Sägegewinde ausgeführt sind. Hierdurch wird das Anbringen der Befestigungsmutter an dem Befestigungszapfen erleichtert. Insbesondere wenn die abgeschrägten Gewindeflanken des Sägegewindes bei dem Innengewinde in Montagerichtung beziehungsweise Befestigungsrichtung vorn und/oder beim Außengewinde hinten angeordnet sind, unterstützen diese das elastische Ausweichen des Schaftabschnittes. Zugleich erschwert eine derartige Orientierung eines Sägezahngewindes ein Überrasten bei einer Krafteinwirkung auf die Befestigungsmutter in Demontagerichtung. Die Demontage ist somit ausschließlich durch vollständiges Abdrehen der Befestigungsmutter von dem Befestigungszapfen möglich. Das Außengewinde des Befestigungszapfens ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung konisch ausgeführt.
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Als dienlich hat es sich zudem erwiesen, dass die Kammer eine der Einlassöffnung gegenüberliegende Wandstruktur aufweist, die wiederum eine der Drehachse zugewandte Keilfläche aufweist, bei der zumindest ein Innendurchmesser geringer ist als der kleinste Außendurchmesser des Schaftabschnittes des Mutterteiles.
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Weiterhin ist zweckmäßig, dass das Mutterteil an seiner Außenfläche an einem dem Ringabschnitt gegenüberliegenden Ende des Schaftabschnittes eine Keilfläche aufweist, bei der zumindest ein Außendurchmesser größer ist als der größte Innendurchmesser der Wandstruktur des Betätigungsteils.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst mit einer Befestigungsmutter gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Erfindungsgemäß ist eine Befestigungsmutter für eine Befestigungsvorrichtung nach zumindest einem der vorstehend genannten Merkmale vorgesehen.
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Durch das Überrasten wird die Montagezeit reduziert und durch die von den Keilflächen bewirkte zusätzliche Klemmung ein selbstständiges Lösen der Verbindung, zum Beispiel bei großen Betriebskräften, verhindert. Die Komponenten, die das selbstständige Lösen der Verschraubung verhindern, setzen sich aus der Selbsthemmung des Gewindes und der zusätzlichen, auf den Befestigungszapfen wirkenden Klemmkraft der Keilflächen zusammen. Diese Befestigungsvorrichtung kann mit einer Hand bedient werden und umfasst wenige einfach gestaltete Teile.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung einer Ansicht einer Befestigungsvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch die in 1 gezeigte Befestigungsvorrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Betätigungsteil der in den 1 und 2 gezeigten Befestigungsvorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Ansicht eines Mutterteiles der in den 1 und 2 gezeigten Befestigungsvorrichtung;
- 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht des in 4 gezeigten Mutterteiles;
- 6 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des in den 4 und 5 gezeigten Mutterteiles;
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1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 1 für wenigstens ein hier nicht weiter dargestelltes Ersatzrad eines Fahrzeuges. Die Befestigungsvorrichtung 1 besteht aus einem an dem Fahrzeug fixierten Befestigungszapfen 2 und einer Befestigungsmutter 3. Der Befestigungszapfen 2 hat an einem dem Fahrzeug abgewandten Ende ein Außengewinde 4. An einem dem Fahrzeug zugewandten Ende des Befestigungszapfens 2 ist ein Verbindungsmittel 5 zur Fixierung des Befestigungszapfens 2 an dem Fahrzeug dargestellt. Die Befestigungsmutter 3 ist lösbar mit dem Befestigungszapfen 2 verbunden. Die Befestigungsmutter 3 ist zweiteilig, bestehend aus einem Betätigungsteil 6 und einem relativ zum Betätigungsteil 6 axial verschieblichen und unverdrehbaren hülsenförmigen Mutterteil 7 ausgeführt. Das Mutterteil 7 hat zur lösbaren Verbindung mit dem Befestigungszapfen 2 ein mit dem Außengewinde 4 korrespondierendes in 2 gezeigtes Innengewinde 8. Das Mutterteil 7 ist weiterhin lösbar mit dem Betätigungsteil 6 verbunden. Das Betätigungsteil 6 dient der Betätigung, insbesondere Drehung des Mutterteiles 7 um eine Drehachse 11 der Gewinde 4, 8. Das als Sterngriff gestaltete Betätigungsteil 6 hat einen seitlich auswärts kragenden Flansch 9 als Griffbereich und weist für das wenigstens eine Ersatzrad eine Auflagefläche 10 auf. Das Mutterteil 7 ist mittels einer aus mehreren, vorzugsweise 3 bis 5 Rasthaken bestehenden Verliersicherung 12 an dem Betätigungsteil 6 gehalten. Die Verliersicherung 12 sichert das Mutterteil 7 insbesondere gegen eine axiale Bewegung außerhalb des gewünschten Spielraumes.
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2 zeigt einen Schnitt durch die in 1 gezeigte Befestigungsvorrichtung 1 in einem ungespannten Zustand. Das Mutterteil 7 ist in einer Kammer 13 des Betätigungsteils 6 angeordnet und liegt mit einem Ringabschnitt 14 an der Verliersicherung 12 an. Das Mutterteil 7 besteht neben dem formstabilen Ringabschnitt 14 weiterhin aus einem quer zur Drehachse 11 von Außengewinde 4 und Innengewinde 8 elastischen Schaftabschnitt 15. Die Elastizität des Schaftabschnittes 15 ermöglicht ein Ausweichen beziehungsweise Überrasten des Innengewindes 8, wenn dieses in den ungespannten Zuständen der Befestigungsvorrichtung 1 in Befestigungsrichtung 16 translatorisch entlang dem Außengewinde 4 bewegt wird. Eine Demontagerichtung 17 ist der Befestigungsrichtung 16 entgegengesetzt. In der Kammer 13 ist für die elastische Ausweichbewegung des Schaftabschnittes 15 radial nach außen ein entsprechender Spielraum vorgesehen. Nachdem die Auflagefläche 10 des Betätigungsteils 6 an dem zu verspannenden Ersatzrad anliegt, wird die Befestigungsmutter 3, insbesondere das Betätigungsteil 6, entsprechend dem Drehsinn der Gewinde 4, 8 so gedreht, dass die Befestigungsmutter 3 weiter in Befestigungsrichtung 16 bewegt wird. Durch die Schraubbewegung bewegt sich das Mutterteil 7 innerhalb der Kammer 13 des Betätigungsteils 6 von der Verliersicherung 12 weg und auf ein der Verliersicherung 12 gegenüberliegendes Ende der Kammer 13 zu. Das Drehmoment wird von dem Betätigungsteil 6 mittels in 3 gezeigter Mitnehmer 21 auf das Mutterteil 7 übertragen. Das translatorisch, parallel zur Drehachse 11 bewegte Mutterteil 7 trifft infolge der durch die Drehbewegung verursachten axialen Verschiebung auf eine ebenfalls in 3 gezeigte Keilfläche 18 des Betätigungsteils 6. Auch das Mutterteil 7 hat eine Keilfläche 19. Die Keilfläche 19 des Mutterteiles 7 ist für eine Wirkverbindung mit der Keilfläche 18 des Betätigungsteils 6 an dem vom Ringabschnitt 14 abgewandten Ende des Schaftabschnittes 15 angeordnet. Wenn die beiden Keilflächen 18, 19, wie hier nicht gezeigt, einander berühren, und die Bewegung des Mutterteiles 7 in Befestigungsrichtung 16 fortgesetzt wird, erzeugen die Keilflächen 18, 19 eine radial in Richtung der Drehachse 11 wirkende Klemmkraft, welche den Schaftabschnitt 15 mit dem Innengewinde 8 auf den Befestigungszapfen 2 mit dem Außengewinde 4 presst. Ein Lösen der Befestigungsvorrichtung 1 erfolgt in entgegengesetzter Reihenfolge, wobei ein Überrasten der Gewinde 4, 8 je nach Ausführung der Befestigungsvorrichtung 1 möglich oder unterdrückt ist. Ist ein Überrasten der Gewinde 4, 8 bei der Bewegung der Befestigungsmutter 3 in Demontagerichtung 17 nicht möglich, dann muss die Befestigungsmutter 3 vollständig durch eine fortgesetzte Drehbewegung von dem Befestigungszapfen 2 abgeschraubt werden.
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3 zeigt eine geschnittene Darstellung des Betätigungsteils 6 der Befestigungsmutter 3. Die Verliersicherung 12 ist als Rastverbindung ausgeführt und im Bereich einer Einlassöffnung 20 der Kammer 13 angeordnet. Die Einlassöffnung 20 dient dem Einsetzen des Mutterteiles 7 in axialer Richtung in die Kammer 13. Die Einlassöffnung 20 ist einer der Auflagefläche 10 angewandten Seite des Betätigungsteils 6 zugeordnet. Mittels der Verliersicherung 12 wird eine Bewegung des Mutterteiles 7 aus der Kammer 13 heraus verhindert. Das Betätigungsteil 6 hat weiterhin als Stege ausgebildete Mitnehmer 21. Die Mitnehmer 21 sind in der Kammer 13 zur formschlüssigen Verbindung mit dem Mutterteil 7 angeordnet. Da die Darstellung in der Ebene zweier Mitnehmer 21 geschnitten ist, ist die Keilfläche 18 des Betätigungsteils 6 nicht im Schnitt, sondern nur in der Ansicht dargestellt.
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Die 4 bis 6 zeigen das Mutterteil 7 der Befestigungsvorrichtung 1. Das Mutterteil 7 hat mehrere schlitzartige Ausnehmungen 22, welche den Schaftabschnitt 15 in mehrere Schaftsegmente 23 unterteilen. Die Ausnehmungen 22 dienen der Erhöhung der Elastizität des Schaftabschnittes 15. In den Ausnehmungen 22 können die Mitnehmer 21 des Betätigungsteils 6 eingreifen und so, verteilt über einen Großteil der axialen Erstreckung des Schaftabschnittes 15, zumindest über die gesamte axiale Erstreckung des Innengewindes 8 das Drehmoment aus dem Betätigungsteil 6 auf das Mutterteil 7 übertragen. Die den Keilflächen 18 des Betätigungsteils 6 zugeordneten Keilflächen 19 des Mutterteiles 7 sind an einem dem Ringabschnitt 14 abgewandten Ende des Schaftabschnittes 15 angeordnet. Die Keilflächen 18, 19 des Betätigungsteils 6 und des Mutterteiles 7 sind gegenüber der Drehachse 11 geneigt und dabei zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmig beziehungsweise trichterförmig ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsvorrichtung
- 2
- Befestigungszapfen
- 3
- Befestigungsmutter
- 4
- Außengewinde
- 5
- Verbindungsmittel
- 6
- Betätigungsteil
- 7
- Mutterteil
- 8
- Innengewinde
- 9
- Flansch
- 10
- Auflagefläche
- 11
- Drehachse
- 12
- Verliersicherung
- 13
- Kammer
- 14
- Ringabschnitt
- 15
- Schaftabschnitt
- 16
- Befestigungsrichtung
- 17
- Demontagerichtung
- 18
- Keilfläche (Betätigungsteil)
- 19
- Keilfläche (Mutterteil)
- 20
- Einlassöffnung
- 21
- Mitnehmer
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Schaftsegment
