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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen getakteten Drehtisch, insbesondere einen Drehtisch, der mit einem innovativen Aktivierungsmechanismus versehen ist, wobei der getaktete Drehtisch ausgestaltet ist, um Teile zwischen mehreren Arbeitsstationen zu bewegen.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Auf dem Gebiet der industriellen Automatisierung ist die Verwendung von Drehtischen bekannt, auf welchen Teile angeordnet sind, um in zeitlicher Abfolge Arbeitsstationen zugeführt zu werden, die mit einer konstanten Schrittweite um den Tisch herum angeordnet sind. Üblicherweise erfolgt die Tischdrehung um eine Achse, die orthogonal zu dem Tisch selbst ist.
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Solch eine Art von Drehtisch, der der Wirkung eines Aktuators und eines Aktivierungsmechanismus unterworfen ist, versetzt alle auf demselben Tisch angeordneten Teile gleichzeitig aus einer Anfangswinkelstellung in mehrere Endwinkelstellungen, wobei der Tisch für die vorgegebene Zeit stoppt, wenn diese Stellungen erreicht sind, d. h. die Zeit, welche die langsamste Arbeitsstellung benötigt, um ihren eigenen Eingriff auf das erhaltene Teil zu beenden. Selbstverständlich kann die Drehung je nach Bedarf im Uhrzeiger oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen.
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Für die Anzahl von Winkelstellungen, in welchem das zeitweise Stoppen des Tisches vorgesehen ist, wird üblicherweise die Formulierung Taktzahl oder Anzahl von Stationen des Drehtischs verwendet. In der Praxis ist die Taktzahl eines Tisches gleich der Anzahl von Winkelunterteilungen oder Sektoren, die zueinander gleich sind, welche in einer vollständigen Tischdrehung vorgesehen sind. Zum Beispiel führt ein Tisch mit vier gleichen Takten intermittierende Drehungen um 90° und ein Tisch mit acht gleichen Takten intermittierende Drehungen um 45° aus.
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Üblicherweise werden getaktete Tische auch Schalttische genannt.
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Gewöhnlich ist bei einem Tisch mit einem pneumatischen Aktuator der Aktivierungsmechanismus, der die intermittierende Drehbewegung des Tisches antreibt, ein Mechanismus, der den sogenannten Pilgerschritt ausführt. Hierbei handelt es sich um einen Mechanismus basierend auf Hebeln, Nocken, usw., welcher zwei Vor- und Rückläufe des pneumatischen Aktuators in einen einzelnen Lauf des Tisches zwischen zwei Stationen umwandelt. Selbstverständlich ist diese Lösung aus energetischer Sicht nicht besonders effizient. Es ist daher wünschenswert, einen Aktivierungsmechanismus zu haben, welcher die Energie, die der Aktuator zur Verfügung stellt, besser umwandelt, z. B. ein Mechanismus, in welchem jeder Lauf des Aktuators einem Lauf des Tisches entsprechen würde. Zudem haben sich derartige Lösungen als sperrig erwiesen, was deren entsprechende. Flexibilität negativ beeinflusst.
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Als eine Alternative wurden Aktivierungsmechanismen des Kurvengetriebetyps vorgeschlagen und sind nun weithin verbreitet, bei welchen eine Kurve mit einem geeigneten Profil, die kontinuierlich durch den Aktuator gedreht wird, den mit dem Tisch zusammenhängenden Abtaster in eine intermittierende Drehbewegung antreibt. Diese Lösungen erwiesen sich als verlässlich und exakt in der Präzision der Positionierung. Dennoch leiden diese unter dem Nachteil, dass es notwendig ist, die Aktivierungskurve zu verändern, um die Taktzahl des Tisches zu variieren, und zudem ist die Kurve teuer.
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Auch Aktivierungsmechanismen mit Planetengetrieben wurden vorgeschlagen, wie beispielsweise in der
US 6,220,116 beschrieben. Diese Lösungen leiden häufig unter Vibrationen, die durch die Wechselwirkung zwischen den Getrieberädern auftreten.
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In anderen bekannten Lösungen ist der Aktuator ein Elektromotor, dessen Welle direkt mit dem Tisch verbunden ist. Ausgeklügelte und teure Steuergeräte regeln die Funktionsweise des Elektromotors, um die intermittierende Drehung der Welle zu erhalten. Zum Beispiel beschreibt die
US 2007/137433 einen getakteten Tisch, der von einem Wechselstrom-Induktionselektromotor aktiviert wird, welcher durch eine elektronisches Positionierungseinrichtung geregelt wird.
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Viele Lösungen mit pneumatischen Aktuatoren verwenden Elektroventile, die durch ein Programm zum Stoppen der Aktuatorbewegung in Stellungen, in welchen der Tisch stoppt, aktiviert werden.
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Die Verwendung von elektronischen Geräten zum Steuern des Aktuators oder des Aktivierungsmechanismus bringt de facto eine Erhöhung der Produktions- und Instandhaltungskosten der Tische mit sich. Zusätzlich sind diese Geräte üblicherweise anfällig und nicht dazu geeignet, in Umgebungen mit größeren Temperaturbereichen, Vibrationen etc. betrieben zu werden. Ferner erlauben elektronische Geräte häufig nicht, die gewünschte Präzision bei der Tischpositionierung zu erreichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen getakteten Tisch anzugeben, der mit einem Aktivierungsmechanismus versehen ist, welcher es erlaubt, Nachteile bekannter Lösungen zu überwinden, im Ergebnis mit geringen Kosten einfach zu realisieren, zuverlässig und genau in der Positionierung ist und auch ohne Elektronikbauteilen zum Steuern des Aktuators auskommt.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen getakteten Tisch anzugeben, der es erlaubt, die Taktzahl relativ leicht zu verändern.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen getakteten Tisch anzugeben, der mit derselben Größe wie bekannte Lösungen ein höheres Drehmoment zur Verfügung stellt.
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Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung einen getakteten Tisch gemäß Anspruch 1.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen getakteten Drehtisch, der einen Körper, eine bezüglich des Körpers um eine erste Achse Z drehbare Plattform, einen Aktuator und einen Taktmechanismus aufweist, welcher angeordnet ist, um die Plattform als Reaktion auf die Bewegung, die durch den Aktuator aufgezwungen wird, drehend zu aktivieren.
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Der Aktivierungsmechanismus weist seinerseits eine Antriebsplatte auf, die mit dem Aktuator verbunden ist und in dem Körper nur parallel zu einer zweiten Achse X orthogonal zu der Achse Z in zwei Richtungen alternierend verschiebbar ist. Die Antriebsplatte liegt im Wesentlichen in einer zu der Achse Z orthogonalen Ebene und ist auf zumindest einer ihrer Seiten mit bezüglich der Achse X quer verlaufenden Führungsnuten oder Innenkurven versehen, die vorzugsweise unter ungefähr 45° bezüglich der Achse X ausgerichtet sind.
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Der Aktivierungsmechanismus weist ferner ein Doppelzahnstangenelement auf, das mit Gleitschuhen oder Abtastern versehen ist, von welchen jeder gleitend in eine der Führungsnuten oder Innenkurven eingreift. Die beiden Zahnstangen sind gerade und parallel zur Achse X ausgerichtet, wobei sie bezüglich der Achse Z gegenüberliegen und beabstandet sind.
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Der Aktivierungsmechanismus weist ferner eine Antriebswelle auf, die in einer Zwischenstellung zwischen den beiden geraden Zahnstangen drehbar auf der Achse Z gelagert ist.
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Die Antriebswelle weist ein Zahnrad zum Eingriff mit den beiden Zahnstangen auf.
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In einer ersten Konfiguration, die einem Anfangslauf der Antriebsplatte in eine der beiden Richtungen entspricht, ist das Doppelzahnstangenelement parallel zu einer dritten Achse Y verschiebbar, die orthogonal zu der Achse X und der Achse Z ist, um nur eine der beiden Zahnstangen in Eingriff mit dem Zahnrad der Antriebswelle zu bringen und um die andere Zahnstange auszuklinken, ohne dass eine Drehung auf die Antriebswelle übertragen wird, und gleiten die Gleitschuhe in den entsprechenden Führungsnuten.
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In einer zweiten Konfiguration, die dem Schlusslauf der Antriebsplatte in dieselbe Richtung entspricht, hängt das Doppelzahnstangenelement mit derselben Antriebsplatte translatorisch zusammen und zwingt der Antriebswelle eine Drehung auf. Die Gleitschuhe befinden sich in den entsprechenden Führungsnuten in der Endstellung.
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Die Umkehr der Verschieberichtung der Antriebsplatte entspricht der Umkehr der Verschieberichtung des Zahnstangenelements parallel zur Achse Y, d. h. es wechselt die Zahnstange, die mit der Antriebswelle eingreift und der Arbeitszyklus startet erneut.
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Die Arbeitsweise des Drehtisches kann bezugnehmend auf die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte erläutert werden.
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Schritt A)
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Der Aktuator wird aktiviert, um die Antriebsplatte im Körper des Tisches parallel zur Achse X um eine erste Strecke des entsprechenden Laufs und in einer ersten Richtung zu verschieben, wodurch bewirkt wird, dass die Gleitschuhe des Doppelzahnstangenelements in entsprechenden Führungsnuten der Antriebsplatte gleiten. Auf diese Weise wird die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements parallel zur Achse Y bewirkt und gleichzeitig
- – wird eine Zahnstange von der Antriebswelle ausgeklinkt und die andere Zahnstange in Eingriff mit derselben Antriebswelle gebracht, ohne dass Drehungen auf Letztere übertragen werden, und
- – werden die Gleitschuhe des Doppelzahnstangenelements an die Begrenzungen der entsprechenden Führungsnuten der Antriebsplatte gedrückt.
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Schritt B)
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Ferner verschiebt der Aktuator die Antriebsplatte im Körper des Tisches parallel zur Achse X um eine zweite Endstrecke des entsprechenden Laufs und in die erste Richtung, d. h. die Verschiebung aus Schritt A) fortsetzend. Auf diese Weise wird die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements gemeinsam mit der Antriebsplatte selbst bewirkt und gleichzeitig
- – wird die Antriebswelle um die Achse Z um einen Winkel gedreht, der entsprechend dem Übersetzungsverhältnis, welches zwischen der Zahnstange und der daran eingreifenden Antriebswelle existiert, proportional zu der Endstrecke des vollständigen Laufs ist. Die Antriebsplatte wird an der Endstellung gestoppt.
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Schritt C)
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Der Aktuator wird aktiviert, um die Antriebsplatte in dem Körper des Tisches parallel zu der Achse X um eine erste Strecke des entsprechenden Laufs und in die zweite Richtung entgegen der ersten Richtung zu verschieben, d. h. in eine Richtung, die bezüglich der Schritte A) und B) entgegengesetzt ist. Auf diese Weise gleiten die Gleitschuhe des Doppelzahnstangenelements in den entsprechenden Führungsnuten der Antriebsplatte in eine Richtung, die bezüglich des Schritts A) entgegengesetzt ist, so dass die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements parallel mit der Achse Y bewirkt wird und gleichzeitig
- – wird die Zahnstange aus Schritt B) aus der Antriebswelle ausgeklinkt und die andere Zahnstange in Eingriff mit derselben Antriebswelle gebracht, ohne dass Drehungen auf die Letztere übertragen werden, und
- – werden die Gleitschuhe des Doppelzahnstangenelements an die Begrenzungen der entsprechenden Führungsnuten der Antriebsplatte gebracht.
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Schritt D)
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Der Aktuator verschiebt ferner die Antriebsplatte im Körper des Tisches parallel zur Achse X um eine zweite Endstrecke des entsprechenden Laufs und in die zweite Richtung, d. h. die Verschiebung aus Schritt C) fortsetzend. Auf diese Weise wird die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements zusammen mit der Antriebsplatte selbst bewirkt und gleichzeitig
- – wird die Antriebswelle um die Achse Z um einen Winkel gedreht, der entsprechend dem Übersetzungsverhältnis, das zwischen der Zahnstange und der daran angreifenden Antriebswelle existiert, proportional zu der Endstrecke des vollständigen Laufs ist.
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Die Drehungen der Antriebswelle, die in den Schritten B) und D) erhalten werden, gehen in die gleiche Richtung – im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.
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Ein neuer Schritt A) folgt auf den Schritt D) und die Arbeitsweise des Tisches wiederholt sich wie oben beschrieben.
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In der Praxis wird mittels des beschriebenen Aktivierungsmechanismus, welcher dafür sorgt, dass während der Verschiebebewegung des Doppelzahnstangenelements bezüglich der Antriebsplatte entlang der Achse Y keine Drehungen auf die Antriebswelle übertragen werden, und während der gemeinsamen Bewegung des Doppelzahnstangenelements mit der Antriebsplatte entlang der X-Achse auf die Welle Drehungen proportional zum Lauf der mit der Antriebswelle in Eingriff stehenden Zahnstange übertragen werden, die intermittierende Drehbewegung des Tisches erhalten.
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Die Vorteile, die durch den erfindungsgemäßen getakteten Tisch geboten werden, sind vielfältig.
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Zunächst kann der Tisch mit einem pneumatischen oder einem elektrischen Aktuator implementiert werden. Wie auch immer der Aktuator geartet sein mag, ist das Vorhandensein von elektronischen Geräten, die den Aktuator steuern, nicht notwendig, da die Arbeitsweise des in den Schritten A) bis D) beschriebenen Aktivierungsmechanismus direkt von dessen Struktur und nicht zu sehr von dem verwendeten Aktuatortyp abhängt.
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Die Zahnrad-Zahnstangen-Art der Kopplung, die zwischen der Antriebswelle und dem Doppelzahnstangenelement realisiert ist, gewährleistet auch ohne elektronische Geräte zum Steuern des Aktuators eine hohe Präzision und Wiederholbarkeit, was die auf den Tisch ausgeübten Drehungen betrifft. Zum Beispiel erlaubt die beschriebene Anordnung, eine Wiederholbarkeit von Winkelpositionierungen im Bereich von ±0,015° (Sexagesimalgrade) und Winkelpräzisionen im Bereich ±0,10° zu erreichen.
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Zusätzlich erzeugt der Betrieb des Aktivierungsmechanismus kaum Vibrationen.
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Die Struktur. des getakteten Tisches, im Wesentlichen mechanisch, erlaubt, eine hohe Zuverlässigkeit und eine extrem lange Lebensdauer zu erreichen. In der Tat halten die Komponenten des Aktivierungsmechanismus, auch wenn sie Verschleiß unterworfen sind, vielen Arbeitszyklen stand, bevor deren Austausch notwendig wird.
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Andererseits ist der erfindungsgemäße Tisch nicht so kompliziert zusammenzubauen, wie bekannte Lösungen mit Planetengetrieben oder teuren Steuerkurven.
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Die Abwesenheit elektronischer Geräte zur Steuerung des Aktivierungsmechanismus macht den Tisch auch dann zuverlässig, wenn er in Umgebungen betrieben wird, die thermischen Veränderungen, Schmutz, Feuchtigkeit, Vorhandensein von aggressiven Substanzen etc. unterworfen sind. Zum Beispiel ist der erfindungsgemäße Tisch in der Lage, in einem zwischen 5°C und 60°C gelegenen Temperaturbereich korrekt zu arbeiten.
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Vorzugsweise sind die Führungsnuten geradlinig und unter einem Winkel von 45° bezüglich beider Achsen X und Y ausgerichtet.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Antriebsplatte einen zentralen Durchgangsschlitz auf, in welchem die Antriebswelle eingesetzt ist.
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Vorzugsweise ist das Doppelzahnstangenelement als Rahmen mit den beiden gegenüberliegenden und parallelen Zahnstangen ausgestaltet, die sich parallel zur Achse X erstrecken und die an entsprechenden Enden eine mit der anderen von entgegengesetzten Seiten bezüglich der Antriebswelle durch Querträger parallel zur Achse Y befestigt sind. In der Praxis befindet sich die Antriebswelle zwischen den beiden Zahnstangen und zwischen den beiden Querträgern.
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Vorzugsweise weist der Tisch mindestens ein Dämpfungs- oder Bremselement auf, das zwischen den Körper und die Antriebsplatte oder zwischen den Körper und das Doppelzahnstangenelement zwischengeschaltet ist, um die Vibrationen zu dämpfen und den Lauf der Antriebsplatte an den entsprechenden Begrenzungen abzubremsen, um so graduell und ohne Verwackelungen die Tischdrehung bis zum vollständigen Stopp zu verlangsamen.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Antriebswelle einen gezahnten Abschnitt oder einen Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt auf. Solch ein Abschnitt ist vorgesehen, um in Anschlag gegen entsprechende Sitze des Doppelzahnstangenelements zu kommen, wenn sich der Tisch in einer ersten oben beschriebenen Konfiguration befindet. Der gezahnte Abschnitt erzeugt einen formschlüssigen Eingriff mit den entsprechenden Sitzen, wodurch die Drehung der Antriebswelle verhindert, aber die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements parallel zur Achse Y erlaubt wird. Zum Beispiel kann der gezahnte Abschnitt einen achtzackigen Stern als Querschnitt haben und die Sitze können in den Querbalken des Doppelzahnstangenelements ausgenommene Aussparungen sein, in welche einer der Zacken sich mit Spiel in einer Richtung parallel zur Achse Y einfügt. Das Ausmaß dieses Spiels definiert den Lauf des Zahnstangenelements in die Y-Richtung.
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Vorzugsweise sind die beiden Querbalken an den Zahnstangen in einer Mehrzahl von diskreten Stellungen entlang der Zahnstangen selbst befestigbar. Diese Stellungen bestimmen die Abstände zwischen den zwei Querbalken und entsprechend die Taktzahl des Tisches.
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Das Modifizieren der Laufstrecken der Antriebsplatte und des Doppelzahnstangenelements in den Schritten B) und D) macht es möglich, die Taktzahl des Tisches entsprechend zu verändern. Dies kann erreicht werden beispielsweise durch Erhöhen oder Verkleinern der Abstände zwischen den beiden Querträgern des Doppelzahnstangenelements.
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Im Allgemeinen kann der Aktuator des Drehtisches pneumatisch oder elektrisch sein.
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Im ersten Fall weist der Aktuator einen oder mehr pneumatische Kolben auf, beispielsweise aktiviert durch Druckluft, die in dem Körper des Tisches alternierend beweglich und mit der Antriebsplatte verbunden sind.
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Im zweiten Fall ist der Aktuator elektrischer Art und weist einen Elektromotor, ein oder mehr Antriebsschrauben, die durch den Motor in Drehung versetzt werden, und für jede Antriebsschraube eine Verschiebegruppe auf, welche die Bewegung an die Antriebsplatte überträgt, wobei all diese Komponenten in dem Körper des Tisches aufgenommen sind. Bei diesem Sachverhalt weist die Verschiebegruppe ihrerseits vorzugsweise auf:
- – einen Gewindeschlitten, der mit der entsprechenden Antriebsschraube kämmt,
- – einen Reiter, der translationsmäßig mit der Antriebsplatte zusammenhängt und bezüglich des Gewindeschlittens in eine Richtung parallel zum Lauf der Antriebsplatte selbst beweglich ist, und
- – ein oder mehrere vorgespannte und elastische Ausgleichselemente, die zwischen den Gewindeschlitten und den Reiter zwischengeschaltet sind.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer ersichtlich werden aus einer Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten aber nicht abschließenden Ausführungsbeispiels, das nur zu Illustrationszwecken und ohne Beschränkung mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines getakteten Tisches gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 dargestellten getakteten Tisches zeigt;
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3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einiger isolierter Komponenten des in 1 dargestellten getakteten Tisches zeigt;
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4 eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung von Teilen des in 1 dargestellten getakteten Tisches zeigt;
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5 eine perspektivische Teilschnittansicht des in 1 dargestellten getakteten Tisches zeigt;
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6 eine ebene Aufsicht auf den in 1 dargestellten getakteten Tisch in einer ersten Konfiguration, teilweise auseinandergebaut, zeigt;
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7 eine ebene Aufsicht auf den in 1 dargestellten getakteten Tisch in. einer zweiten Konfiguration, teilweise auseinandergebaut, zeigt;
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8 eine ebene Aufsicht auf den in 1 dargestellten getakteten Tisch in einer dritten Konfiguration, teilweise auseinandergebaut, zeigt;
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9 eine ebene Aufsicht auf den in 1 dargestellten getakteten Tisch in einer vierten Konfiguration, teilweise auseinandergebaut, zeigt;
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10 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen getakteten Tisches zeigt;
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11 eine ebene Aufsicht auf den in 10 dargestellten getakteten Tisch in einer ersten Konfiguration, teilweise auseinandergebaut zeigt;
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12 eine vertikale Schnittsansicht des in 10 dargestellten Tisches zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines getakteten Tisches 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit dem Bezugszeichen 2 wird der Körper des Tisches 1 bezeichnet und mit Bezugszeichen 3 wird eine sich um eine vertikale Achse Z drehende Drehplattform bezeichnet, welche selbst vorgesehen ist, um daran einen Tisch oder eine Plattform zu befestigen, welche sich mit einer intermittierenden Drehbewegung zwischen verschiedenen Stationen drehen sollen.
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2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des getakteten Tisches 1. Im Körper 2 sind zwei Zylinder 4 und 5 herausgearbeitet, die parallel zur longitudinalen Achse X orientiert sind und in welchen entsprechende Kolben 6 und 7 aufgenommen sind, die dafür vorgesehen sind, um sich durch die Zufuhr von Druckluft mit einer in zwei Richtungen alternierenden Verschiebebewegung zu bewegen.
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Durch die obere Wand der Zylinder 4 und 5 hindurch sind zwei longitudinale Durchgangsschlitze 8 herausgearbeitet, in welchen entsprechende Stifte 9 beweglich sind, um die Kolben 6 und 7 mit einer Antriebsplatte 10 zu verbinden.
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Die Antriebsplatte 10 ist dazu vorgesehen, auf der Oberfläche 11 des Körpers 2 durch die Kolben 6 und 7 alternierend in die beiden Richtungen geschleppt zu werden, mit welchen sie mittels der Stifte 9 verbunden ist, die sich in den Durchgangsschlitzen 8 verschieben.
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Die Antriebsplatte 10 ist auf beiden ihren oberen und unteren Seiten mit vier Führungsnuten 12, oder Innenkurven, versehen, welche sich im Wesentlichen quer zur Achse X erstrecken, beispielsweise einen Winkel von 45° mit solch einer Achse bildend. Insbesondere sind insgesamt vier Nuten 12 auf der Oberseite, zwei für jede Seite der Platte 10. Ferner schneiden die Nuten 12 die Ränder der Platte.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Platte 10 auch auf der Unterseite mit Nuten 12 versehen, die spiegelbildlich zu den Nuten 12 auf der Oberseite sind. Dies erlaubt es, die Platte in zwei Stellungen entsprechend der Drehrichtung des Tisches 1 zu montieren.
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Ein Durchgangsschlitz 13 erstreckt sich zentral in der Antriebsplatte 10. Eine Antriebswelle 14, die mit der Plattform 3 verbunden und in einem Sitz 15 des Körpers 2 mittels Lagern aufgenommen ist, ist in den Schlitz 13 eingepasst. Die Drehachse der Welle 14 ist die Achse Z.
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Die Antriebswelle 14 ist drehbar in dem Körper 2 mittels Lagern (in 2 unten gezeigt) gelagert.
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3 zeigt detailliert und von den anderen Komponenten des Tisches 1 getrennt die Kolben 6 und 7, die über die Stifte 9 mit den Kolben 6 und 7 verbundene Antriebsplatte 10 und die Antriebswelle 14, die in den Schlitz 13 eingesetzt und longitudinal bezüglich der Achse Z ausgerichtet ist.
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4 zeigt den Tisch 1 teilweise zusammengebaut, d. h. zu Klarheitszwecken unter Weglassung mancher Komponenten. Insbesondere ist die Antriebsplatte 10 gezeigt, wie sie in dem Körper 2 in einer Richtung parallel zur Achse X auf der oberen Oberfläche 2' der Wand, welche die Zylinder 4 und 5 nach oben hin begrenzt, in beide Richtungen gleitend aufgenommen ist. Wie ersichtlich, wird die alternierende Verschiebebewegung der Antriebsplatte 10 durch die Kolben 6 und 7 bewirkt, wobei dies dadurch möglich ist, dass der Durchgangsschlitz 13 sich um die Antriebswelle 14 herum bewegt, wobei die Letztere immer mit der Achse Y fluchtend bleibt.
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Über der Antriebsplatte 10, aber weiterhin aufgenommen im Körper 2 des Tisches 1, ist ein Doppelzahnstangenelement 16 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist solch ein Element 16 zwei gerade Zahnstangen 17 und 18 auf, welche sich parallel zur Achse X erstrecken und zwei verbindende Querbalken 19 und 20, welche sich parallel zur Achse Y erstrecken, die senkrecht zur Achse X steht.
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Das Doppelzahnstangenelement 16 ist als Rahmengestell oder Rahmen geformt, welcher sich auch um die Antriebswelle 14 erstreckt, was bedeutet, dass die Querbalken 19 und 20 die Zahnstangen 17 und 18 an den entsprechenden Enden festlegen. Die Querbalken 19 und 20 können mit den Zahnstangen 17 und 18 durch Schrauben 22 verbunden werden, die in Löcher 23 eingreifen, welche an den Zahnstangen 17 und 18 vorgesehen sind. An den Zahnstangen 17 und 18 sind mehrere Löcher 23 vorhanden, was ermöglicht, die Querbalken 19 und 20 entsprechend einer Mehrzahl von Abständen anzuordnen, welche, wie dies später beschrieben werden wird, der Taktzahl des Tisches oder der Anzahl von Stationen, an welchen der Stopp der Plattform 3 vorgesehen ist, entsprechen. In der Praxis wird durch Vergrößern oder Verkleinern des Abstandes der Querbalken 19 und 20 der Arbeitslauf der Zahnstangen 17 und 18 entsprechend verändert. Mit anderen Worten kann der Spalt zwischen den beiden Zahnstangen 17 und 18 und den beiden Querbalken 19 und 20 in X-Richtung variiert werden, um die Begrenzung der beiden Zahnstangen 17 und 18 zu variieren.
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Das Doppelzahnstangenelement 16 ist mit der Antriebsplatte 10 unter Zwischenschaltung von Gleitschuhen 21 verbunden. Jeder Gleitschuh 21 ist dafür vorgesehen, um in einer entsprechenden Führungsnut 12 der Antriebsplatte 10 zu gleiten, um so mit dieser eine Kopplung eines Kurvengetriebetyps zu bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Gleitschuhe vorgesehen und in der Praxis liegt das Doppelzahnstangenelement 16 auf der Antriebsplatte selbst mittels der Gleitschuhe 21 auf. Beide Elemente 16 und 10 umgeben die Antriebswelle 14.
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Zwei elastische Elemente 25 zum Beispiel Dämpfer, sind zwischen das Doppelzahnstangenelement 16 und den Körper 2 des Tisches 10 zwischengeschaltet und sind auf der Achse X ausgerichtet. Deren Funktion ist es, den Lauf des Elements 16 an den Begrenzungen, d. h. an einer Haltestation der Plattform 3, graduell zu verlangsamen. Bei dem in den Figuren dargestellten Tisch 1 sind die elastischen Elemente 25 Federdämpfer.
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Wie man beim Betrachten der 2 und 5 erkennen kann, ist die Antriebswelle 14 direkt auf die Plattform 3 geschraubt. Dadurch werden auf die Welle 14 übertragene Drehungen um die Achse Z mit gleichen Drehgeschwindigkeiten direkt an die Plattform 3 übertragen.
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Zurückkommend auf die 2 ist festzustellen, dass mit dem Bezugszeichen 14' ein gezahnter Abschnitt der Antriebswelle 14 bezeichnet ist, beispielsweise ein Stückabschnitt oder ein gezahntes Getrieberad, und mit dem Bezugszeichen 14' ein gezackter Abschnitt oder ein Abschnitt mit einem polygonalen Querschnitt bezeichnet ist, der hier einen Querschnitt in Form eines achtzackigen Sterns hat.
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Der gezahnte Abschnitt 14' ist vorgesehen, um mit den Zahnstangen 17 und 18 des Elements 16 ineinander zu greifen.
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Der geformte Abschnitt 14'' ist vorgesehen, um abwechselnd in die entsprechenden Sitze 19' und 20' der Querbalken 19 und 20 des Doppelzahnstangenelements 16 einzugreifen.
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Die Funktionsweise des Tisches 1 wird nun unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 erläutert, welche die entsprechenden Stellungen mancher Komponenten des Tisches in vier verschiedenen Schritten zeigen.
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6 zeigt den Tisch 1 in einer ersten Stellung, in welcher die Antriebswelle 14 feststehend ist, das heißt, dass sie sich nicht um die Achse Z dreht. Dadurch ist auch die Plattform 3 feststehend. Das Doppelzahnstangenelement 16 ist mit der Zahnstange 17 seitlich (Achse Y) im Anschlag an dem Körper 2, wo hingegen zwischen der Zahnstange 18 und dem Körper 2 ein Spalt I definiert ist. Die Zahnstange 18 kämmt mit dem gezahnten Abschnitt 14' der Antriebswelle 14, wo hingegen die Zahnstange 17 von demselben Abschnitt 14' beabstandet ist und in dies nicht eingreift. Eine Spitze 30 des gezackten Abschnitts 14'' greift in den im Querbalken 19 ausgebildeten Sitz 19' ein, wobei die Kopplung in zur Achse Y paralleler Richtung ein gewisses Spiel zulässt. Der linke Dämpfer 25 ist komprimiert, d. h. der Querbalken 20 befindet sich gegen ihn im Anschlag, da das Element 16 an seiner Begrenzung ist. Eine Sperre 31 verhindert die Verschiebung des Elements 16 nach rechts. Die Antriebsplatte 10 befindet sich links an der Begrenzung (Anfangsstellung).
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Die 7 zeigt die Stellung, die zeitlich nachfolgend durch den Tisch 1 eingenommen wird. Die Antriebsplatte 10 wurde nach rechts verschoben aufgrund der Bewegung der Kolben 6 und 7. Folglich haben die Führungsnuten 12 die entsprechenden Gleitschuhe 21 nach oben geschoben, wodurch das gesamte Element 16 einer Seitwärtsbewegung parallel zu der Achse Y unterworfen wurde. Dadurch wurde der in 6 gezeigt Spalt I geschlossen, d. h. die Zahnstange 18 wurde in Anschlag gegen den Körper 2 gebracht. Die Zahnstange 18 wurde demnach so angetrieben, das der gezahnten Abschnitt 14' der Antriebswelle 14 ausgeklinkt wurde und im Gegensatz dazu nun die gegenüberliegende Zahnstange 17 in die Antriebswelle 14 eingreift. Die Seitwärtsbewegung des Doppelzahnstangenelements 16 ist möglich, da der geformte Abschnitt 14'' in dem Sitz 19' gleitet.
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Der Vergleich zwischen den 6 und 7 zeigt, wie das Doppelzahnstangenelement 16 als Reaktion auf eine Bewegung der Antriebsplatte 10 parallel zur Achse X parallel zur Achse Y verschoben wurde. Die Pfeile deuten die Verschieberichtung an. Wie bereits erläutert, ist dies dadurch begründet, dass die Führungsnuten 12 bezüglich beider Achsen um 45° geneigt sind.
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Die 8 zeigt den Tisch 1 in einer dritten Stellung, welche während der Funktion des Tisches der zweiten Stellung zeitlich nachfolgt. Die Antriebsplatte 10 und das Doppelzahnstangenelement 16 sind nach rechts verschoben in die durch die Pfeile angedeutete Richtung. Die Gleitschuhe 21 sind in ihren entsprechenden Führungsnuten an den Begrenzungen angekommen, d. h. sie befinden sich am inneren Ende der entsprechenden Führungen. In diesem Fall ist die Bewegung der Gleitschuhe 21 bezüglich der entsprechenden Führungsnuten 12 geblockt und die Gleitschuhe 21 sind gezwungen, sich mit den Nuten 12 parallel zur Achse X zu bewegen. Mit anderen Worten, schleppt in dieser Konfiguration die Antriebsplatte 10 das Element 16 gemeinsam in Richtung der entsprechenden Begrenzung, die durch die Interaktion zwischen dem gezackten Abschnitt 14 und dem Querbalken 20 bestimmt wird. Die Verschiebung des Doppelzahnstangenelements 16 nach rechts führt dazu, dass die Zahnstange 17 die Antriebswelle 14 in eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Winkel antreibt, der mit der Arbeitsstrecke der Zahnstange 17 selbst korrespondiert.
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Der Fachmann wird verstehen, dass der Lauf der Zahnstange 17 auch von dem Abstand zwischen den Querbalken 19 und 20 abhängt. Durch Erhöhen dieses Abstandes d. h. voneinander Entfernen der beiden Querbalken 19 und 20 durch Befestigen derselben an den entsprechenden Zahnstangen 17 und 18 derart, dass diese weiter voneinander beabstandet sind, wird die Laufstrecke der Zahnstange erhöht und entsprechend wird die Taktzahl des Tisches erniedrigt. Das heißt, der Winkel jeder Drehung, die der Antriebswelle 14 und der Plattform 3 aufgezwungen wird, wird erhöht. Umgekehrt wird durch Verringern des Abstandes zwischen den Querbalken 19 und 20 eine Erhöhung der Taktzahl des Tisches bewirkt, d. h. der Winkel, der jeder Drehung, die der Plattform aufgezwungen wird, entspricht, wird entsprechend erniedrigt.
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Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem gezahnten Abschnitt 14' der Welle 14 und den Zahnstangen 17 und 18 bestimmt die Drehgeschwindigkeit der Plattform 3.
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Die 9 zeigt eine vierte Stellung, in welcher die Antriebsplatte 10 den Rückwärtslauf beginnt, d. h. sie bewegt sich von der Endstellung, die sie rechts erreicht hat in Richtung der in 6 gezeigten Anfangsstellung. Die Gleitschuhe 21 werden in eine entgegengesetzte Richtung zu der Richtung gedrückt, die verfolgt wurde, um der in den 7 und 8 gezeigten Stellung anzukommen. Entsprechend bewegt sich das Doppelzahnstangenelement 16 nicht parallel zur Achse X, sondern nur parallel zur Achse Y. Die Plattform 3 ist dabei feststehend. Keine Drehung wird auf die Welle 14 übermittelt. Der entsprechend gezackte Abschnitt 14'' gleitet auf dem Querbalken 20 über eine Länge hinweg, die dem Spiel entspricht, das zwischen der Spitze 30 und dem Sitz 20' vorhanden ist. Am Ende der Verschiebung der Antriebsplatte 10 kommt der Tisch zurück zu der in 6 gezeigten Anordnung. Die beschriebenen Stellungen werden zyklisch wiederholt, um die Drehungen der Plattform 3 anzutreiben.
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10 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schalttisches 1', bei welchem der Aktuator nicht pneumatisch, sondern elektrisch ist. Der Rest des Tisches 1' weist im Wesentlichen denselben Aktivierungsmechanismus auf wie das in den 1 bis 9 gezeigte System: Der Körper 2, die mit unter 45° geneigten Nuten 12 versehene Antriebsplatte 10, ein Doppelzahnstangenelement, das sich aus den Zahnstangen 17 und 18 und den beiden Querbalken 19 und 20 zusammensetzt, eine Antriebswelle 14, die mit der Plattform 3 verbunden ist, usw. 12 zeigt dieses Ausführungsbeispiel in einer Stellung, die zu der in 6 für das erste Ausführungsbeispiel gezeigten äquivalent ist.
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Der Aktuator weist einen Elektromotor M auf, der in dem Körper 2 aufgenommen ist. Der Motor treibt mittels Vorgelege Schrauben 31 und Antriebs- oder Steuerschrauben S die Verschiebung von Verschiebegruppen 40 an, welche an dem Gewindeabschnitt der Schrauben S eingreifen.
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Wie in den 10 und 11 gezeigt, weist jede Verschiebegruppen 40 einen Schleppschlitten 41 auf, der an seiner Unterseite mit einem Gewinde oder einem Gewindeloch versehen ist, um in die Gewindestange der entsprechenden Antriebsschraube S einzugreifen. Der Schleppschlitten 41 trägt den Reiter 43, der so befestigt ist, dass er bezüglich des Schleppschlittens 41 selbst gleiten kann. Zwischen dem Schleppschlitten 41 und dem Reiter 43 ist eine Schraubenfeder 42 nicht nur materiell, sondern darüber hinaus auch funktionell zwischengeschaltet. Die Schraubenfeder 42 wird während des Montageschrittes direkt durch den Hersteller komprimiert vorgespannt. Je nach Bedarf können die Federn 42 durch Federn mit einer anderen Vorspannung ersetzt werden.
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Die so zusammengesetzte Verschiebegruppe 40 ergibt eine Einrichtung zur elastischen Kompensation des Laufs der Antriebsplatte 10. Daher übernehmen die Verschiebegruppen 40 auch die Aufgabe der Dämpfer äquivalent zu dem, was bezüglich der Dämpfer 25 beschrieben wurde.
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Die Stifte 44 bleiben mit dem Reiter 41 zusammen und stehen in Richtung des Schleppschlittens 43 hervor, so dass diese als Stützen der Federn 42 agieren, wenn der Reiter 41 sich bezüglich des Schleppschlittens 43 verschiebt. Die Stifte 44 können zwischen die Schultern des Schlittens 43, die den Sitz der Federn 42 definieren, einfahren. Im Wesentlichen läuft der durch die Schraube S verschobene Schleppschlitten 41 stets eine vorgegebene Strecke, wohingegen der Reiter 43 sich auch bezüglich des Schleppschlittens 41 verschieben kann und so in gewissen Grenzen variable Strecken in Abhängigkeit von dem Bewegungswiderstand zurücklegen kann, welchem die kinematische Kette aus der Plattform 3, der Welle 14, der Zahnstange 17 oder 18 sowie der Antriebsplatte 10 bei der Drehung der an der Plattform 3 befestigten Plattform begegnet. Die Federn 42 werden dann komprimiert, um die überschüssige Kraft aufzunehmen, die andernfalls auf die Plattform 3 übertragen würden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6220116 [0008]
- US 2007/137433 [0009]
