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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Spannfutter der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie weisen einen Kupplungsabschnitt auf, der dazu dient, das Spannfutter mit einer Werkzeugmaschine unmittelbar oder über Adapter, Zwischenstücke oder dergleichen drehfest zu verbinden, und um ein Drehmoment in das Spannfutter und in ein von diesem gehaltenes Werkzeug einzuleiten. Die genannten Spannfutter weisen einen mit einer Ausnehmung versehenen Aufnahmeabschnitt auf, in welchen ein Werkzeug eingesetzt und auf bekannte Weise festgespannt werden kann. Derartige Spannfutter weisen eine Sicherungseinrichtung auf, mit deren Hilfe das Werkzeug derart im Aufnahmeabschnitt fixiert wird, dass auch bei hohen Belastungen während der Bearbeitung eines Werkstücks eine axiale Verlagerung verhindert wird (
DE 10 2006 062 973 B3 ). Es hat sich nämlich gezeigt, dass insbesondere Fräswerkzeuge bei der Bearbeitung von Werkstücken bei hohen Belastungen aus dem Aufnahmeabschnitt herausgezogen werden können. Es ist bekannt, derartige Sicherungseinrichtungen mit Klemmschrauben zu versehen, welche das Werkzeug im Aufnahmeabschnitt fixieren. Bekannt ist es auch, mindestens einen Stift vorzusehen, der das Spannfutter im Aufnahmeabschnitt im Wesentlichen quer zu dessen Längserstreckung durchgreift und dabei in einer seitlichen Ausnehmung des Werkzeugs angeordnet ist. Soll ein in dem Aufnahmeabschnitt untergebrachtes Werkzeug ausgetauscht werden, bedarf es spezieller Instrumente, um den mindestens einen Stift aus dem Spannfutter auszutreiben. Erst dann kann das Werkzeug dem Aufnahmeabschnitt entnommen werden. Nach Einsetzen des Werkzeugs muss der Stift wieder in das Spannfutter eingesetzt werden. Die den Stift aufnehmende Bohrung kann bei einem mehrfachen Werkzeugwechsel beschädigt werden, sodass der Stift nicht mehr sicher gehalten wird und das Werkzeug bei hoher Belastung des Spannfutters aus dem Aufnahmeabschnitt herausgezogen werden kann. Darüber hinaus ist es zeitaufwändig, den Stift auszutreiben und wieder einzusetzen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter der oben genannten Art zu schaffen, welches diesen Nachteil vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Spannfutter vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass der mindestens eine Stift der Sicherungseinrichtung um eine sich in Längserstreckung des Stifts verlaufende Achse drehbar gelagert ist, außerdem dadurch, dass der Stift in seiner Umfangsfläche eine Ausnehmung aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass in einer ersten Drehstellung des Stifts ein Werkzeug ungehindert in den Aufnahmeabschnitt des Spannfutters eingeführt oder aus diesem herausgezogen werden kann, und dass in einer zweiten Drehstellung des Stifts das Werkzeug durch diesen – in axialer Richtung gesehen – gesichert wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spannfutters zeichnet sich dadurch aus, dass der Stift eine dessen Drehbewegung begrenzende Begrenzungseinrichtung aufweist. Bei der Verlagerung des Stifts aus einer ersten Drehstellung in eine zweite Drehstellung braucht ein Benutzer nicht auf die momentane Drehstellung des Stifts zu achten. Wenn er den Stift zur Erreichung der ersten Drehstellung bis zu einem Anschlag dreht, ist die erste Drehstellung exakt erreicht. Entsprechendes gilt für die zweite Drehstellung.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Spannfutters ist vorgesehen, dass die Begrenzungseinrichtung als in Umfangsrichtung des Stifts verlaufende Nut mit Endflächen ausgebildet ist, in die ein Anschlagelement eingreift. Grundsätzlich ist es möglich, den Stift auf seiner Außenseite mit einer Nase zu versehen, die in eine im Grundkörper des Spannfutters vorgesehene Nut eingreift und auf diese Weise die Drehbewegung des Stifts begrenzt. Das Ausführungsbeispiel mit der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut im Stift wird deshalb bevorzugt, weil diese Ausführungsform besonders einfach und kostengünstig realisierbar ist.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Stift zumindest an einem Ende einen Betätigungsabschnitt aufweist. Dieser kann beispielsweise einen Schlitz oder aber eine Vertiefung zur Realisierung eines Eingriffs für einen Inbusschlüssel oder ein Torx-Werkzeug aufweisen. Diese Ausgestaltung erlaubt es, auf besonders einfache Weise den Stift bei einem anstehenden Werkzeugwechsel oder beim erstmaligen Einsetzen eines Werkzeugs in den Aufnahmeabschnitt in die gewünschte Drehstellung zu verdrehen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines Spannfutters im Längsschnitt,
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2 eine perspektivische Darstellung eines Stifts einer Sicherungseinrichtung des Spannfutters gemäß 1,
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3 einen Querschnitt durch den Stift gemäß 2,
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4 eine Seitenansicht des Stifts gemäß 2,
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5 einen Querschnitt durch das Spannfutter gemäß 1 mit einem Stift gemäß 2 in einer ersten Drehstellung und
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6 einen Querschnitt durch das Spannfutter gemäß 1 mit einem Stift gemäß 2 in einer zweiten Drehstellung.
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1 zeigt in einer Prinzipskizze einen Längsschnitt eines Spannfutter 1 mit einem Kupplungsabschnitt 3, über den das Spannfutter 1 mit einer Werkzeugmaschine drehfest koppelbar ist. Dabei können zwischen Werkzeugmaschine und Spannfutter 1 auch Zwischenstücke, Adapter oder dergleichen vorgesehen sein. Der Kupplungsabschnitt 3 weist hier beispielhaft einen Hohlkegel 5 auf, der in eine entsprechende Aufnahme zur Halterung des Spannfutters 1 einführbar ist. Hohlkegel der hier angesprochenen Art sind bekannt, sodass auf dessen Ausgestaltung und Funktionsweise nicht näher eingegangen wird. Es sei hier aber festgehalten, dass statt eines Hohlkegels auch zylindrische Ansätze oder Steilkegel verwendet werden können.
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Das Spannfutter 1 weist außerdem einen Aufnahmeabschnitt 7 auf, der dazu dient, ein Werkzeug 9 im Spannfutter 1 aufzunehmen und auf geeignete Weise zu fixieren. Dabei kann das Werkzeug 9, wie hier dargestellt, einen zylindrischen Schaft 11 aufweisen, der in eine im Aufnahmeabschnitt 7 vorgesehene Ausnehmung 13 einsetzbar ist. Der Aufnahmeabschnitt 7 kann beispielsweise als Schrumpffutter ausgebildet sein, dessen Aufbau und Funktionsweise bekannt ist. Insbesondere ist bekannt, dass bei derartigen Futtern das Werkzeug erst nach Erwärmung des Futters einführbar ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Spannfutters 1 weist der Aufnahmeabschnitt 7 ein Hydrodehnspannfutter auf, dessen Aufbau und Funktionsweise ebenfalls bekannt ist, sodass hier nicht im Einzelnen darauf eingegangen wird. Die Innenfläche 15 der Ausnehmung 13 weist einen Innendurchmesser auf, der so auf den Außendurchmesser der Außenfläche 17 des Werkzeugs 9 beziehungsweise des zugehörigen Schafts 11 abgestimmt ist, dass das Werkzeug 9 durch das in der Stirnseite 19 des Spannfutters 1 vorgesehene offene Ende der Ausnehmung 13 in den Aufnahmeabschnitt 7 einführbar ist. Das Hydrodehnspannfutter 21 weist mindestens einen einen Teil der Innenfläche 15 der Ausnehmung 13 bildenden elastischen Wandabschnitt 23 auf, der mit einem auf der der Ausnehmung 13 abgewandten Seite des Wandabschnitts 23 angeordneten Hohlraum 25 zusammenwirkt. In dem Hohlraum 25 ist ein Medium, vorzugsweise eine hydraulische Flüssigkeit vorgesehen, die auf geeignete Weise mit Druck beaufschlagbar ist. Wird ein Druck in dem Hohlraum 25 aufgebaut, so drängt dieser den elastischen Wandabschnitt 23 in Richtung der Ausnehmung 13, sodass sich deren Innendurchmesser reduziert und ein in die Ausnehmung 13 eingesetztes Werkzeug 9 sicher gehalten wird. Es ist bekannt, dass sich bei einem Hydrodehnspannfutter 21 der elastische Wandbereich 23 vorzugsweise vollständig um die Ausnehmung 13 herum erstreckt. Dies gilt auch für den Hohlraum 25.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum 25 allerdings nicht vollständig um die Ausnehmung 13 umlaufend ausgebildet. In einem Bereich, in dem der Hohlraum 25 fehlt, ist bei dem hier dargestellten Spannfutter 1 eine Sicherungseinrichtung 27 vorgesehen, die mindestens einen Stift 29 aufweist. Der Stift 29 verläuft entlang einer Linie, die senkrecht zur Bildebene von 1 steht und schneidet die Ausnehmung 13 im Aufnahmeabschnitt 13. Er ist dabei so angeordnet, dass seine hier durch einen Punkt angedeutete Mittelachse 31 außerhalb der Ausnehmung 13 verläuft.
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1 ist zu entnehmen, dass das Werkzeug 9, hier also dessen Schaft 11, eine Vertiefung 33 aufweist, deren Boden 35 ebenfalls senkrecht zur Bildebene von 1 verläuft und die zwei Begrenzungswände 37 und 39 aufweist, die einen sich nach außen öffnenden Winkel einschließen. Die Vertiefung 33 ist so angeordnet, dass der Stift 29 an der linken Begrenzungswand 39 der Vertiefung 33 anliegt, sodass das Werkzeug 9 in einer definierten Axialposition angeordnet ist.
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Das in 1 dargestellte Spannfutter 1 umfasst eine Vorspanneinrichtung 41 mit einem hier als Schraubenfeder 43 ausgebildeten Vorspannelement. Die Vorspanneinrichtung 41 ist so ausgebildet, dass sie auf das Werkzeug 9 eine – in 1 nach rechts gerichtete – Kraft beziehungsweise Vorspannkraft ausübt, welche das Werkzeug 9 aus der Ausnehmung 13 herausdrängt. Dies wird allerdings durch den Stift 29 der Sicherungseinrichtung 27 verhindert, der an der linken Begrenzungswand 39 der Vertiefung 33 des Werkzeugs 9 beziehungsweise des Schafts 11 anliegt.
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Bereits in der hier vorliegenden Querschnittdarstellung der Stifts 29 wird deutlich, dass dieser in seiner Umfangsfläche 45 eine Ausnehmung 47 aufweist, die in der in 1 wiedergegebenen Drehstellung des Stifts 29 oben, das heißt auf der der Ausnehmung 13 abgewandten Seite des Stifts 29 angeordnet ist. Auf die Funktion und Ausgestaltung der Sicherungseinrichtung wird unten näher eingegangen.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Spannfutters 1 ist zwischen dem Kupplungsabschnitt 3 und dem Aufnahmeabschnitt 7 ein Mittelteil 49 vorgesehen, welches eine Greiferrille 51 aufweist, in welche ein Greifwerkzeug beispielsweise einer Werkzeug-Wechseleinrichtung eines Bearbeitungszentrums eingreifen kann. Die Ausgestaltung eines derartigen Mittelteils und die Funktion der Greiferrille sind bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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2 zeigt den in 1 erwähnten Stift 29 in perspektivischer Darstellung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Deutlich erkennbar ist hier die in die Umfangsfläche 45 des Stifts eingebrachte Ausnehmung 47, die bereits bei den Erläuterungen in 1 erwähnt wurden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grund 53 der Ausnehmung 47 bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet. Ganz besonders bevorzugt ist der Grund 53 an die Außenkontur des in die Ausnehmung 13 des Aufnahmeabschnitts 7 eingebrachten Werkzeugs 9, welches einen zylindrischen Schaft 11 aufweisen kann, angepasst. Das heißt, der Grund 53 ist kreisbogenförmig ausgebildet, wobei der Radius des Kreisbogens dem des in die Ausnehmung 13 eingesetzten Werkzeugs 9 entspricht.
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Der Stift 29 ist drehbar in dem Grundkörper des Spannfutters 1 gelagert. Die Drehbewegung kann über einen Betätigungsabschnitt 55 bewirkt werden, der zumindest an einem Ende des Stifts 29 vorgesehen ist. Der Betätigungsabschnitt kann einen quer zur Längserstreckung des Stifts 29 aufweisenden Schlitz für einen Schraubendreher umfassen, oder aber eine in die Stirnseite des Stifts 29 eingebrachte Vertiefung, die einen Abschnitt eines Inbusschlüssels oder eines Torx-Werkzeugs aufnehmen kann. Auf diese Weise kann der Stift 29 mittels eines in den Betätigungsabschnitt 55 eingreifenden Werkzeugs leicht verdreht werden, um ihn in verschiedene Drehpositionen zu bringen.
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Die Sicherungseinrichtung 27 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der Stift 29 nicht frei drehbar im Grundkörper des Spannfutters 1 gelagert ist. Beispielsweise kann auf der Innenseite einer den Stift 29 aufnehmenden Bohrung, oder aber auf der Umfangsfläche eine Beschichtung aus vorzugsweise elastischem Material vorgesehen werden, die einer Verdrehung des Stifts 29 Reibkräfte entgegensetzt. Bevorzugt ist in die Umfangsfläche 45 des Stifts eine umlaufende Vertiefung 57, insbesondere Nut, eingebracht, in die ein O-Ring eingesetzt wird, dessen Durchmesser so groß gewählt ist, dass er über die Umfangsfläche 45 des Stifts 29 hinaussteht und mit der Innenfläche einer den Stift 29 aufnehmenden Ausnehmung im Grundkörper des Spannfutters 1 in Eingriff tritt. Die Reibkräfte zwischen dem Stift 29 und dem Grundkörper des Spannfutters 1 werden so eingestellt, dass sich der Stift 29 mittels eines entsprechenden Werkzeugs über den Betätigungsabschnitt 55 drehen lässt, jedoch nicht, auch nicht bei hohen Drehzahlen und Vibrationen des Spannfutters 1, ungewollt verdrehen kann.
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In die Umfangsfläche 45 des Stifts 29 ist außerdem eine sich über einen Bereich des Umfangs des Stifts 29 erstreckende Nut 59, die Teil einer Begrenzungseinrichtung ist, eingebracht, in die ein hier nicht dargestelltes Anschlagelement eingreift, beispielsweise eine die Innenwand der den Stift 29 aufnehmenden Bohrung im Grundkörper des Spannfutters 1 überragende Kugel, oder aber eine Anschlagschraube 67, auf die unten näher eingegangen wird.
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3 zeigt einen Querschnitt durch den in 2 wiedergegebenen Stift 29 und die in dessen Umfangsfläche 45 eingebrachte Nut 59, die, wie bereits schon aus 2 ersichtlich, sich nicht vollständig über den Umfang des Stifts 29 erstreckt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Die Enden der Nut 59 bilden daher Anschlagflächen 61 und 63, die mit dem Anschlagelement, sei es einer Kugel oder der erwähnten Anschlagschraube 67 zusammenwirken. Die Anschlagelemente greifen in die Nut 59 ein, sodass bei einer Verdrehung des Stifts 29 in einer Richtung die eine Anschlagfläche 61 schließlich mit dem Anschlagelement in Eingriff tritt. Bei einer Verdrehung des Stifts 29 in die andere Richtung, schlägt das Anschlagelement der anderen Anschlagfläche 63 an. Damit wird eine Begrenzungseinrichtung realisiert, die dazu dient, die Drehbewegung des Stifts 29 zu begrenzen.
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Durch die hier speziell ausgebildete Nut 59 mit den beiden Anschlagflächen 61 und 63 ist es auf einfache Weise möglich, den Stift 29 mittels eines mit dem Betätigungsabschnitt 55 zusammenwirkenden Werkzeugs zu verdrehen. Dabei muss ein Benutzer die Drehstellung des Stifts 29 nicht überwachen. Es reicht, wenn der Stift 29 in eine Richtung verdreht wird, bis die Drehbewegung durch den ersten Anschlag 61 beziehungsweise bei einer Drehung in die andere Richtung durch den zweiten Anschlag 63 begrenzt wird. Auf diese Weise kann der Stift 29 auf einfache Weise zwei definierte Drehstellungen einnehmen.
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Es wird hier davon ausgegangen, dass in 2 der erste Anschlag 61 am Ende der Nut 59 gegeben sei.
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4 zeigt den in den 2 und 3 wiedergegebenen Stift 29 in Seitenansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Deutlich erkennbar sind hier die in die Umfangsfläche 45 eingebrachte, vorzugsweise umlaufende Vertiefung 57 sowie die in die Umfangsfläche 45 eingebrachte Nut 59, die sich nicht über den ganzen Umfang des Stifts 29 erstreckt. In 4 ist die zweite Anschlagsfläche 63 zu erkennen.
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5 zeigt das Spannfutter 1 gemäß 1 im Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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5 zeigt den anhand der 2 bis 4 erläuterten Stift 29 in einer ersten Drehstellung, in welcher sich, anders als in 1 dargestellt, die in die Umfangsfläche 45 eingebrachte Ausnehmung 47 in einer Position befindet, in der diese in Richtung auf die Aussparung 13 weist, in welche das Werkzeug 9 beziehungsweise dessen Schaft 11 eingesetzt ist. Die Ausnehmung 47 ist so groß, dass die Ausnehmung 13 freigegeben ist, wobei der Stift 29 die Innenfläche 15 der Ausnehmung 13 nicht überragt. Es ist also auf einfache Weise möglich, das Werkzeug 9 in die Ausnehmung 1 einzusetzen oder aus dieser herauszunehmen.
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Das Werkzeug 9 muss so um seine senkrecht zur Bildebene von 5 stehende Mittelachse verdreht werden, dass die in die Außenfläche 17 des Werkzeugs 9 beziehungsweise dessen Schaft 11 eingebrachte Vertiefung 33 dort angeordnet ist, wo auch der Stift 29 liegt.
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6 zeigt das in 5 dargestellte Spannfutter 1 wiederum im Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Allerdings ist hier, in Abweichung zu 5, der Stift 29 so verdreht, dass, wie in 1 dargestellt, die in dessen Umfangsfläche 45 eingebrachte Vertiefung 47 der Ausnehmung 13 abgewandt ist. In dieser zweiten Drehstellung ragt der Stift 29 mit seiner Umfangsfläche 45 in die Ausnehmung 13 hinein. Eine Verdrehung des Stifts 29 ist nur dann möglich, wenn das Werkzeug 9 gegenüber seiner Längsachse so verdreht ist, dass dessen Vertiefung 33 den Stift 29 aufnimmt, wie dies in 1 wiedergegeben ist.
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Eine Verdrehung des Stifts 29 in die erste Drehstellung gemäß 5 und in die zweite Drehstellung gemäß 6 ist auf einfache Weise möglich, nämlich dadurch, dass ein Werkzeug in den Betätigungsabschnitt 55 des Stifts 29 eingeführt wird. Die 5 und 6 lassen erkennen, dass der Stift auch einen zweiten den anhand von 2 erwähnten Betätigungsabschnitt 55 gegenüberliegenden Eingriffsbereich 65 aufweisen kann, der auf den Eingriff eines Werkzeugs abgestimmt ist, damit mithilfe eines Schraubendrehers, eines Inbusschlüssels oder eines Trox-Werkzeugs oder dergleichen der Stift 29 in die gewünschte Drehposition verlagert werden kann.
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Den 5 und 6 ist zu entnehmen, dass in die in die Umfangsfläche 45 eingebrachte Nut 59 eine Anschlagschraube 67 eingreift, statt derer auch eine Kugel oder ein Stift verwendet werden können. Der Stift 29 kann daher nur um einen derartigen Drehwinkel verdreht werden, wie er der Umfangserstreckung der Nut 59 entspricht. Bei einer Drehung des Stifts 29 in eine Richtung schlägt schließlich die in die Nut 59 hineinragende Anschlagschraube 67 an die erste Anschlagfläche 61, und bei einer umgekehrten Verdrehung des Stifts 29 schlägt die Anschlagschraube 67 schließlich an der zweiten Anschlagsfläche 63 an. Ein Benutzer kann also auf einfache Weise den Stift 29 in die erste oder zweite Drehposition verlagern, die durch die Anschlagflächen 61 und 63 definiert wird.
