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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung mit Greifelemente tragenden, beweglichen Schlitten, wobei die Schlitten in mindestens einer im Grundkörper angeordneten, zumindest bereichsweise offenen Führungsnut - zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung - antreibbar geführt und quer zur Greifrichtung allseitig abstützend gelagert sind.
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Für die Mensch-Roboter-Kollaboration wird u.a. für Greifer aller Art ein von der Maschinen- oder Gerätesteuerung unabhängiger Sicherheits-Mechanismus gefordert. Ein derartiger Mechanismus soll auf einfache Weise sicherstellen, dass ein Maschinenbediener vor einfachen Verletzungen, wie z.B. Fingereinklemmen, durch Greifer bewahrt bleibt.
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Aus der
DE 10 2006 045 783 B4 ist eine derartige Parallelgreifvorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind auf den im Grundkörper gelagerten Schlitten die Greifelemente direkt montiert.
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Die
WO 2006/117025 A1 beschreibt u.a. einen Roboterarm, der über ein Schwenkgelenk an einem Roboterarmträger gelagert ist. Der Roboterarm wird von einem Mitnahmearm mitgenommen bzw. geführt, über den das Drehmoment in den Roboterarm eingeleitet wird. Als Mitnahmeelement dient ein Druckstück, dessen Sperrer in eine Nut des Roboterarms eingreift.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Greifvorrichtung zu entwickeln, deren Klemmkraft - unabhängig vom Greiferantrieb - auf einen einstellbaren Wert begrenzbar ist. Dabei soll die Greifvorrichtung nach jeder Überlastung mit geringem Aufwand in den vorherigen, regulären Betriebszustand zurückversetzbar sein.
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Diese Problemstellung wird zum einen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist zwischen mindestens einem Schlitten und dessen Greifelement ein formschlüssiges Riegel oder Zahnrichtgesperre, ein kraft- und formschlüssiges Rastgesperre oder ein kraftschlüssiges Reib- oder Magnetgesperre angeordnet. Das Rast-, Reib- oder Magnetgesperre ist bei einer eingestellten oder einstellbaren Kraft, die im Bereich von 5 bis 300 N liegt, entsperrbar. Bei einem Überschreiten der eingestellten oder einstellbaren Kraft durch eine Relativbewegung zwischen dem Greifelement und dem es tragenden Schlitten ist ein Getriebe aktivierbar, das die Bewegung der Schlitten gegenüber dem Grundkörper durch einen Form-, Rast-, Reib- oder Magnetschluss blockiert. Das Getriebe wirkt zur Blockierung eines Schlittens am Grundkörper mit einem Riegelgesperre zusammen. Ein Blockiersperrer des Riegelgesperres ist in eine Ausnehmung einer am Grundkörper angeordneten Sperrstückleiste eingreifbar angeordnet.
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Damit wird ein Greifer zur Verfügung gestellt, der bei einem Greifen des Werkstückes mit einer begrenzbaren Greifkraft ausgestattet ist. Auf diese Weise kann ein Maschinenbediener keine nennenswerte Verletzung erleiden, wenn er mit mindestens einem Finger zwischen das Werkstück und eines der Greifelemente gerät. Wird ein Finger des Bedieners eingeklemmt, werden die klemmenden Greifelemente von ihrem Antrieb mit Hilfe vom mindestens einem in der Greifelementeaufhängung untergebrachten Gesperre abgekuppelt. Die Greifelemente verrutschen dazu gegenüber der Greifelementeaufhängung beispielsweise in eine speziell für diesen Zweck vorgesehenen Führung. Obwohl der Antrieb versucht, die Greifelemente weiter zuzustellen, folgen sie nicht der Zustellbewegung.
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Innerhalb der Vorrichtung kann jedes oder auch nur ein Greifelement mit einer solchen Ab- oder Auskuppelmechanik ausgestattet sein.
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Gegebenenfalls oder zusätzlich ist die Greifvorrichtung mit einem Getriebe zur Blockierung der angetrieben verfahrbaren Greifelementeaufhängung, z.B. einem Schlitten pro Greifelement, ausgestattet. Das Getriebe, das ein Keilgetriebe in Form eines Druckstücks sein kann, wirkt beispielsweise mit einem Riegelgesperre zusammen, das das angetriebene Weiterbewegen der Greifelementeaufhängung gegenüber dem Grundkörper stoppt, sobald ein Sperrer des Riegelgesperres in eine entsprechende, als Sperrstück wirkende, Ausnehmung des Grundkörpers eingreift.
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Je nach Greifaufgabe können Führungsschienen eingesetzt werden, die z.B. tragfähig sind oder eine verschleißfeste oder reibungsarme Oberfläche aufweisen. Je nach Werkstoffwahl lassen sich diese Eigenschaften auch kombinieren.
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Hierbei können die für die Führung im Gehäuse verwendeten, die Schlitten lagernden Führungsschienen fast beliebige Querschnitte haben. Neben dem im Ausführungsbeispiel gezeigten t-förmigen Querschnitt sind u.a. auch rechteckige, runde, ovale und sägezahnartige Querschnitte denkbar. Die Schlitten sind quer zur Greifrichtung allseitig abstützend gelagert. Sie können z.B. auch hintereinander in nur einer Führungsschiene, -nut oder -bohrung gelagert sein.
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Angetrieben werden die Schlitten beispielsweise über drei hintereinander angeordnete Getriebe, z.B. ein Stirnradgetriebe, ein Schneckengetriebe und ein Zahnstangengetriebe. Anstelle dieser Getriebe oder zusätzlich zu mindestens einem Teil dieser Getriebe können auch Schiebekeilgetriebe, Kurven-, Hebel-, Kulissen- oder Zugmittelgetriebe eingesetzt werden.
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In den Ausführungsbeispielen werden nur Teile von Parallelgreifern gezeigt. Selbstverständlich können die meisten Teile, mit Ausnahme des Gehäuses, auch für Drei-, Vier- und Mehrbacken-, Mehrschlitten- oder Zentrischgreifer verwendet werden, so dass die dargestellte Problemlösung auch dort eingesetzt werden kann. Bei drei-, vier- oder Mehrbackengreifern werden in den beispielsweise sternförmig oder parallel angeordneten Führungsnuten pro Nut in der Regel zwei Schlittenführungsschienen vorgesehen, deren Werkstoff belastbarer ist als der des Grundkörpers. Es ist aber auch möglich, pro Führungsnut nur eine, drei oder mehrere einzelne Schlittenführungsschienen einzubauen.
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Die Vorrichtung kann sowohl in Außen- als auch in Innengreifern verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
- 1: Perspektivische Ansicht eines Parallelgreifers;
- 2: Perspektivische Ansicht des um 180° geschwenkten Parallelgreifers ohne Gehäuse;
- 3: Seitenansicht und Teilschnitte des Greifers in geöffneter Stellung;
- 4: wie 3, jedoch mit in Schließstellung fahrenden Schlitten: Fingerkonkakt;
- 5: wie 4, jedoch mit sich vom Schlitten lösenden Greifelement: leichte Fingerklemmung;
- 6: wie 5, jedoch rastet der Schlitten am Grundkörper ein: leichte Fingerklemmung;
- 7: wie 6, jedoch wird der Schlitten im Grundkörper blockiert: lösbare Fingerklemmung.
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Die 1 und 2 zeigen einen elektromotorisch angetriebenen Parallelgreifer mit zwei für das Aufnehmen von - hier nicht dargestellten - Greifelementen (1, 2) ausgestatteten Schlitten (41, 42). Die Schlitten (41, 42) und der Antrieb (120), also Motor (121), Getriebe (130, 140, 150) und Steuerung (160), sind in einem Grundkörper oder Gehäuse (10) gelagert.
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Der Grundkörper (10) ist ein quaderförmiger, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellter Gegenstand. Die Abmessungen des Grundkörpers (10) betragen beim Ausführungsbeispiel, in Millimetern: 130 x 62 x 45,2. Der Grundkörper (10) weist an seiner Oberseite (11) zwei t-nutenförmige Führungsnuten (15, 16) auf. Diese Führungsnuten (15, 16) verlaufen parallel zu den längeren Körperkanten des Gehäuses (10). Ihr Abstand von Führungsnutmitte zu Führungsnutmitte beträgt z.B. 22 mm. Die Führungsflächen der Führungsnuten (15, 16) sind hardcoatiert, d.h. das Gehäuse (10) wird zumindest im Bereich der Führungsnuten (15, 16) z.B. galvanisch mit einer keramikähnlichen Aluminiumoxidschicht überzogen.
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In den Führungsnuten (15, 16) des Gehäuses (10) sind zwei Schlitten (41, 42) geführt. Beide Schlitten (41, 42) bestehen aus einem unteren Antriebsabschnitt (43) und einem oberen Schlittensteg (45). Der breitere, untere Antriebsabschnitt (43) hat jeweils seitlich ein Zahnstangenprofil (151). Auf der dem Zahnstangenprofil (151) abgewandten Seite hat der Antriebsabschnitt (43) eine Anschlagsnut (44), die jeweils kurz vor dem Schlittenende, einen Anschlag bildend, endet. Ein in die jeweilige Anschlagsnut (44) eingreifender Anschlagsstift (21) ist im Gehäuse (10) befestigt.
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Der Schlittensteg (45) steht bei beiden Schlitten (41, 42) z.B. 0,4 Millimeter über die Gehäuseoberseite (11) über. An der Schlittenoberseite (46), vgl. 3, trägt jeder Schlitten (51, 52) beispielsweise an den den jeweiligen äußeren Stirnseiten (47) zugewandten Enden drei Zentrierhülsen (6) und drei Befestigungsbohrungen (48). Die Befestigungsbohrungen (48) haben unterhalb der Zylindersenkungen jeweils ein Innengewinde. Auf den Zentrierhülsen (6) wird hier ggf. pro Schlitten (41, 42) eine Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) aufgesetzt und diese jeweils über drei Schrauben (17) in den entsprechenden Befestigungsbohrungen (48) verankert.
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Die einzelne Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) hat beispielsweise eine Länge, die der Länge des tragenden Schlittens (41, 42) entspricht.
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Die im Querschnitt z.B. t-förmige Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) umfasst einen Parallelflansch (53) und einen Steg (54). Letzterer hat z.B. eine Breite, die mit der Breite des Schlittenstegs (45) übereinstimmt.
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Auf dem Parallelflansch (53) der mindestens einen Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) ist ein Sicherheitsschlitten (61, 62) gelagert und geführt. Dabei umgreift der Sicherheitsschlitten (61, 62) den Parallelflansch (53) oben und seitlich mit geringem Spiel vollständig. An der Unterseite des Parallelflansches (53) liegt er z.B. gerade soweit an, dass er den Steg (54) noch nicht kontaktiert. Am jeweils äußeren Ende weist jede Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) drei Senkbohrungen mit Innengewinde auf, von denen mindestens eine benutzt wird, um daran ein Greifelement (1, 2) zu montieren. Die Zentrierung und die Montage erfolgt genau in der Weise, in der auch die Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) auf dem jeweiligen Schlitten (41, 42) befestigt ist.
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An den Stirnseiten des einteiligen Gehäuses (10) befinden sich je eine größere Einfräsung, die jeweils durch einen separaten Deckel (28) verschließbar ist. Die beiden z.B. gleichgroßen Deckel (28) sind jeweils über vier Senkschrauben am Gehäuse (10) - bündig mit der Gehäusekontur - befestigt, vgl. 1. Der nach 1 vordere Deckel (28) trägt eine vielpolige Anschlussbuchse (29).
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Im Grundkörper (10) ist unterhalb der Führungsnuten (15, 16) ein Motor (121) mit einem Tachogenerator gelagert. Der Motor (121) wirkt, nach 2, über ein z.B. zweistufiges Rädergetriebe (130), dessen Stirnräder beispielsweise geradverzahnt sind, auf ein Schneckengetriebe (140). Auf der Schneckenradwelle (144) des Schneckengetriebes (140) ist ein z.B. geradverzahntes Synchronrad (152) angeordnet, das mit den Zahnstangenprofilen (151) der Schlitten (41, 42) kämmt.
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Der Tachogenerator liefert Signale für eine Lageregelung der Greifvorrichtung.
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Im Detail ist auf der Abtriebswelle des Elektromotors (121) ein z.B. 12-zahniges Ritzelrad (131) angeordnet. Die Mittellinie (122) des Motors (121) ist zu den Führungsnuten (51, 52) parallel orientiert. Das Ritzelrad (131) kämmt mit einem ersten z.B. 42-zahnigen Nebenwellenrad (134), das über das zweite 16-zahnige Nebenwellenrad (135) auf einer Nebenwelle (132) angeordnet ist. Die Nebenwelle (132) sitzt z.B. wälz- oder gleitgelagert im Grundkörper (10). Die Lagerung der Nebenwelle (132) ist hier nicht dargestellt.
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Das kleinere, zweite Nebenwellenrad (135) kämmt mit einem auf der Schneckenwelle (141) des Schneckengetriebes (140) angeordneten 24-zahnigen Abtriebsrad (136). Auf der Schneckenwelle (141) sitzt auch die Schnecke (143), die mit dem auf der Synchronwelle (144) angeordneten Schneckenrad (145) kämmt.
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Die beispielsweise eingängige, zylindrische Schnecke (143) kämmt mit dem zentral im Gehäuse (10) angeordneten, beispielsweise 20-zahnigen Schneckenrad (145). Beide haben sich senkrecht kreuzende Mittellinien. Das Schneckenrad (145) hat im Ausführungsbeispiel eine reine Schrägverzahnung, dessen Schrägungswinkel dem Mittensteigungswinkel der Zylinderschnecke (143) entspricht. Wegen der reinen Schrägverzahnung wird das Schneckenrad (145) als unechtes Schneckenrad bezeichnet. Die Zahnflanken der Radpaarung haben im Gegensatz zu regulären Schneckenradsätzen nur eine Punktberührung. Die vorhandene Längsgleitbewegung der Zahnflanken erfordert hier verschleißfeste Werkstoffe oder gehärtete Zahnräder. Im Ausführungsbeispiel sind daher die Schnecke (143) und das Schneckenrad (145) jeweils aus einem Nitrierstahl 34CrAlNi7-10 gefertigt und entsprechend oberflächengehärtet.
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Bei dem unechten Schneckenrad (145) muss bei seinem Einbau in das Gehäuse (10) die Mittellinie der Schnecke (143) nicht in der Mittelebene der Schneckenradverzahnung liegen. Die Höhenlage darf gegenüber der Mittellinie (142) der Schnecke (143) im Millimeterbereich abweichen.
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Beidseits der Schnecke (143) sind die Lager der Schneckenwelle (141) erkennbar.
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Die im Grundkörper (10) vertikal orientierte Synchronwelle (144) trägt oberhalb des Schneckenrades (145) das 10-zahnige Synchronrad (152), das im Ausführungsbeispiel mit beiden Zahnstangenprofilen (151) der Schlitten (41, 42) kämmt.
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In 2 befindet sich im rechten Grundkörperbereich eine bestückte Platine einer Steuereinheit (160), über die der Motor (121) gespeist, die Tachogeneratorwerte und andere Sensordaten ausgelesen und zur Weiterverarbeitung gewandelt werden. Einige Bausteine der Platine sind mit der im Deckel (28) angeordneten Abschlussbuchse (29) elektrisch verbunden.
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Die 3 zeigt eine Parallelgreifvorrichtung mit zwei jeweils auf Schlitten (41, 42) sitzenden Greifbacken (1, 2). Die in ihrer Längsrichtung beweglichen Schlitten (41, 42), vgl. 1, sind im Gehäuse bzw. im Grundkörper (10) in je einer Führungsnut (15, 16) z.B. gleitgelagert geführt. Die Parallelgreifvorrichtung ist über ihren Grundkörper (10) auf einem sie tragenden Maschinen- bzw. Handhabungsgeräteteil montiert. Einige Teile der Greifvorrichtung werden zur Erzielung einer hochgenauen Schlittenführung verstellbar ausgeführt oder durch präzise - nach eng tolerierten Maßen - vorsortierte Teile zusammengestellt.
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In der 3 wird in der Seitenansicht der obere Teil einer Parallelgreifvorrichtung gezeigt. Der Greifer weist einen Teillängsschnitt auf, der auf der Höhe des vorderen aufgeschraubten Greifelements (2) liegt. Geschnitten wird hier primär das, was zwischen dem Schlitten (42) und dem Greifelement (2) liegt. Die Schlitten (41, 42) befinden sich in ihren äußeren Positionen, so dass die montierten Greifelemente (1, 2) zueinander in der Offenstellung den maximalen Abstand haben. Zwischen den Greifelementen (1, 2) ist ein z.B. zylindrisches Werkstück (7) dargestellt. Es wird in der Übergabeposition von einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Übernahme durch den Greifer angeboten. Zwischen Greifelement (2) und Werkstück (7) ragt z.B. der Zeigefinger einer menschlichen Hand, um symbolisch die Gefahrensituation einer Fingerklemmung darzustellen.
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Zur Erläuterung der sicherheitsrelevanten Bauteile des Greifers wird u.a. die vergrößerte Darstellung der 6 herangezogen.
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In der Führungsnut (15) ist der Schlitten (42) geführt. Auf dem Schlitten (42) ist mittels der Schrauben (17) die Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) aufgeschraubt. Auf ihr ist wiederum der die Greifelemente (1, 2) tragende Sicherheitsschlitten (61, 62) geführt. Die beispielsweise winkelförmig ausgeführten Greifelemente (1, 2), vgl. 3, bestehen aus einer Elementbasis (3) und einem Elementarm (4). Die Elementbasis (3) sitzt zentriert und verschraubt auf dem Sicherheitsschlitten (62). Der davon senkrecht nach oben abstehende Elementarm (4) dient dem Greifen des Werkstücks (7). Hier hat er eine z.B. kerbenartige Ausnehmung (5), um das Werkstück (7) auch bereichsweise formschlüssig umgreifen zu können.
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Um im Umfeld der Mensch-Roboter-Kollaboration den Maschinenbediener vor möglichen Verletzungen durch das Schließen der Greifelemente (1, 2) des Greifers zu schützen, sollen die Greifelemente (1, 2) eine vorgegebene Schließkraft nicht überschreiten können. Die vorgesehene Schließkraft liegt im Bereich von 5 bis 300 N. Im Ausführungsbeispiel ist die Schließkraft z.B. auf 135 N eingestellt.
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Ein mechanisches Rastgesperre (90) verhindert - ohne Eingriff in die Greifersteuerung - eine Schließkraftüberschreitung durch das Einleiten eines gezielten Nachgebens mindestens eines Greifelements (1, 2) im Bereich der zum tragenden Schlitten (41, 42) hin orientierten Gleitfuge (89). Die Gleitfuge (89) umfasst im Ausführungsbeispiel alle Kontaktflächen, die zwischen dem jeweiligen Sicherheitsschlitten (41, 42) und der tragenden Sicherheitsschlittenführungsschiene (51, 52) liegen. Dazu gehören auch die Flächen, die parallel zur vertikalen Mittenlängsebene (8) orientiert sind.
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Ein Rastgesperre (90) ist ein Gesperre mit einer form- und kraftschlüssigen Sperrung, die zudem zwei Sperrrichtungen und eine begrenzte Haltekraft aufweist. Die Sperrung wird durch eine entsprechende Eingriffsform und durch eine externe Kraft erzeugt. Wird für das Aufbringen der externen Kraft z.B. ein mechanisches Federelement benutzt, kann die Federkraft einstellbar sein. Das Gesperre besteht in der Regel aus einem Sperrstück, einem Sperrer, einem Steg und ggf. einem Ausheber, vgl. VDI/VDE 2053 Blatt 1, 1967.
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Zum gezielten Nachgeben mindestens eines Greifelements (2) sind im Ausführungsbeispiel zwischen der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) und dem Sicherheitsschlitten (62) nur beispielhaft drei Druckstücke (91, 92, 100) - jeweils nur beispielhaft senkrecht zu einer Ebene der Gleitfuge (89) - angeordnet. Die Druckstücke (91, 92) sind hierbei baugleich ausgeführt. Sie bestehen aus einem Sperrer (93), mindestens einem Federelement (96) und einem Einstellelement (97). Über Letzteres sitzt das jeweilige Druckstück (91, 92) z.B. höhenverstellbar im Sicherheitsschlitten (61, 62).
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Der Sperrer (93) ist eine Scheibe (94), an der zentral auf der Unterseite z.B. eine fast vollständige Halbkugel (95) angeformt ist. Die Scheibe (94) und die Halbkugel (95) haben die gleiche Mittellinie. Das Einstellelement (97) hat die Form eines mit einem Außengewinde ausgestatteten Topfes. In den im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum des Topfes, der der Aufnahme von z.B. mindestens einer Schraubendruckfeder (96) oder mindestens einer Tellerfeder dient, ragen zwei außermittige Eingriffsbohrungen, die parallel zur Topfmittellinie orientiert sind. Über die Eingriffsbohrungen kann das Einstellelement mittels eines Stirnlochschlüssels im Sicherheitsschlitten (61, 62) verschieden tief eingeschraubt werden.
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Innerhalb des Sicherheitsschlittens (62) sitzt das Einstellelement (97), der Sperrer (93) und das oder die jeweiligen Federelemente (96) in einer Stufenbohrung (66), deren größter Bereich z.B. ein Feingewinde zur Aufnahme des Einstellelements (97) aufweist. Zwischen dem planen Boden der Stufenbohrung (66) und dem das Feingewinde tragenden Bereich gibt es einen kurzen Führungsbereich (67), dessen Durchmesser z.B. 0,1 mm größer ist als der maximale Durchmesser des Sperrers (93). In diesem Bereich ist der Sperrer (93) seitengeführt.
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Im Boden der Stufenbohrung (66) befindet sich eine zentrale Ausnehmung (68), durch die die Halbkugel (95) mit Spiel hindurchsteckbar ist. Die Mittellinie der Halbkugel (95) verläuft koaxial zur Mittellinie des Feingewindes. Die Ausnehmung (68) hat hier z.B. eine geradkegelige kegelstumpfmantelförmige Wandung. Der Spitzenwinkel der Kegelstumpfmantelform beträgt z.B. 30 Winkelgrade. Die gedachte Spitze der Kegelstumpfmantelform liegt nach 6 unterhalb der Stufenbohrung (66) im Bereich des Schlittens (42).
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Nach 6 hat die Halbkugel (95) ein Abflachung, mit der sie hier bei gespanntem Federelement (96) im ausgerasteten Zustand auf der Oberseite (55) der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) aufliegt.
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Gemäß 4, bei der zwischen der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) und dem Sicherheitsschlitten (62) noch kein Versatz in Greifrichtung (9) vorhanden ist, ragt die Halbkugel (95) des Sperrers (93) in eine konische Ausnehmung (56) der Oberseite (55) der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52). Die konische Ausnehmung (56) hat dabei eine Wandung, die den Bereich eines geraden Kegelmantels darstellt, dessen Kegelwinkel z.B. 60 Winkelgrade misst. Die gedachte Spitze des Kegels liegt im Bereich des Stegs der Sicherheitsschlittenführungsschienen (52).
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Der Öffnungsdurchmesser der Ausnehmung (56) und der Durchmesser der Halbkugel (95) sind genau so aufeinander abgestimmt, dass die Halbkugel (95) die Wandung der Ausnehmung (56) z.B. 0,5 mm unterhalb der Oberseite (55) des Parallelflansches (53) kontaktiert. In den 3 und 4 liegt dabei die Unterseite der Scheibe (94) des Sperrers (93) nicht auf dem Boden der Stufenbohrung (66) auf. Der Abstand zwischen der Scheibe (94) und dem Boden beträgt z.B. 0,05 bis 0,2 mm.
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Wird nun der Sicherheitsschlitten (62) gegenüber seiner Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) in Greifrichtung (9) verschoben, steigt die Sperrkraft aufgrund des Federelementhubs und der Federrate des oder der Federelemente (96, 109) bis zu einem Sicherheitsschlittenverfahrweg von 0,53 mm geringfügig an, um dann relativ schnell aufgrund der Krümmung der Halbkugel (95) wieder abzufallen. Der Wert 0,53 mm ist eine Funktion der Geometriedaten der Halbkugel (95), der Ausnehmung (56) und der anfänglichen Eindringtiefe mit der die Halbkugel (95) in der Ausnehmung (56) anliegt. Über die Änderung dieser Daten und die Anzahl der Druckstücke (91, 92, 100) pro Sicherheitsschlitten (61, 62) wird die maximale Klemmkraft eingestellt und/oder vorgegeben.
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Gemäß der Definition eines Gesperres greift der Sperrer (93) in die Ausnehmung (56) der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52). Letztere bildet hier das Sperrstück. Die Funktion des Steges übernimmt im Ausführungsbeispiel die im Sicherheitsschlitten eingeschraubte topfförmige Einstellschraube (97). Anstelle des richtungsunabhängigen Rastgesperres ist im vorliegenden Anwendungsfall auch ein Zahnrichtgesperre denkbar. Beim Zahnrichtgesperre ist ein Entsperren nur in eine Richtung möglich. Diese Richtung ist entgegen der jeweiligen Greifrichtung ausgerichtet.
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In den 4, 5 und 6 weisen die jeweils rechten Ausnehmungen (56) des Parallelflansches (53) im Grund oder im unteren Bereich der Ausnehmung (56) eine die Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) durchdringende Bohrung (69) auf, in die ein Hubstößel (72) eingesetzt ist. Die Bohrung (69) mündet in eine Schalterausnehmung (71), die in den Schlitten (42) nach den 4, 5 und 6 von unten her eingearbeitet ist. In der Schalterausnehmung (71) sitzt beispielsweise verschraubt ein mechanischer Mikroschalter (73), auf dessen Schaltnocken der Hubstößel (72) aufliegt.
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Sobald der Sperrer (93) die konische Ausnehmung (56) verlässt, wird der bisher gegen die mikroschaltereigene Feder niedergehaltene Schaltnocken entlastet, wodurch der Mikroschalter (73) z.B. ein elektrisches Signal auslöst. Das Signal wird von der nachgeschalteten Greifersteuerung als ein Entrasten des jeweiligen Sicherheitsschlittens (42) interpretiert.
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Nach einem Zurückschieben des Sicherheitsschlittens (42) in seine originäre Ausgangslage, drückt der Sperrer (93) den Hubstößel (72) wieder nieder, so dass der Mikroschalter (73) in seine andere Schaltstellung übergeht. Beispielsweise schaltet er das Signal ab. Anstelle des Mikroschalters (73) können kapazitive, induktive oder magnetische Schalter sowie dergleichen verwendet werden.
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Im Ausführungsbeispiel sind im Sicherheitsschlitten (62) zwei baugleiche Druckstücke (91, 92) nebeneinander angeordnet. Die hier parallelen Mittellinien, die zugleich in der vertikalen Mittenlängsebene des Sicherheitsschlittens (62) liegen, können z.B. auch um 90 Winkelgrade geneigt sein, so dass sie parallel zu den Normalen der großen Seitenwände (12) des Grundkörpers (10) orientiert sind. Dabei können die Wirkrichtungen der Druckstücke (91, 92, 100) auch einander entgegengesetzt gerichtet sein.
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Zwischen den Druckstücken (91, 92) befindet sich im Sicherheitsschlitten (62) eine Gewindebohrung (74), in der ein Gewindestift (75) mit langem Zapfen (76) eingeschraubt ist. Die Mittellinie der Gewindebohrung (74) liegt z.B. in der Ebene der druckstückeigenen Mittellinien. Der Zapfen (76) des Gewindestifts (75) ragt in ein Langloch (57) des Parallelflansches (53). Die Enden des Langlochs (57) dienen als Anschlag für den Sicherheitsschlittenhub.
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Nach den 3 bis 6 befindet sich im linken Bereich des Schlittens (42) und der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) ein Doppeldruckstück (100), das zum einen in einer größeren Bohrung (58) der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) und zum anderen in einer kleineren Bohrung (49) des Schlittens (42) geführt ist. Beide Bohrungen (49, 58) sind koaxial zueinander orientiert. Das Doppeldruckstück (100) besteht aus einem äußeren (101) und einem inneren Druckstück (110).
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Das äußere Druckstück (101), vgl. 7, ist ein hohler, mit einem Rastkopf (103) und einem Schaft (104) ausgestatteter Bolzen (102). Der Rastkopf (103) ist mit geringem Spiel in der Bohrung (58) geführt, während der Schaft (104), ebenfalls mit geringem Spiel, in der Bohrung (49) geführt ist. In der oberen Hälfte des Rastkopfes (103) ist dieser als abgeplattete Halbkugel ausgebildet. Der Durchmesser der Halbkugel entspricht dem Durchmesser des Rastkopfes (103). Zwischen dem Rastkopf (103) und der Oberseite (46) des Schlittens (42) ist als Federelement eine Schraubendruckfeder (109) angeordnet, die geführt am Schaft (104) versucht, das Doppeldruckstück (100) gegen die Unterseite (64) des Sicherheitsschlittens (62) zu drücken.
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Im Sicherheitsschlitten (62) ist eine konische Ausnehmung (77) angeordnet, in die der Rastkopf (103) gemäß den 2 und 4 einrastet. Der zwischen dem Rastkopf (103) und der Ausnehmung (77) gelegene Berührkreis ist von der Unterseite (64) des Sicherheitsschlittens (62) z.B. 1,5 mm entfernt. Der Kegelwinkel auch dieser Ausnehmung (77) beträgt beispielsweise 60 Winkelgrade. Die Funktion des äußeren Druckstückes (101) entspricht der Funktion der bereits beschriebenen größeren Druckstücke (91, 92). Prinzipiell reicht für das kraftbegrenzte Sperren des Sicherheitsschlittens (62) am Schlitten (42) nur ein Druckstück (91, 92, 100) aus, sofern das entsprechende Federelement (96, 109, 114) oder eine Kombination aus gleich- oder verschiedenartigen Federelementen die geforderte Sperrkraft erreicht.
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Nach 3 befindet sich im Bereich des Nutgrundes der dort vorderen Führungsnut (15) als Gesperre-Sperrstück eine Sperrstückleiste (30). Letztere ist beispielsweise eine flache Stange, die entlang ihrer Längsausdehnung eine Vielzahl von äquidistant geteilten Rastbohrungen (31) aufweist. Die Mittellinien aller Rastbohrungen (31) liegen in einer Ebene. Diese Ebene ist parallel zu der grundkörpereigenen vertikalen Mittenlängsebene (8) ausgerichtet. Die Sperrstückleiste (30) ist über eine Senkschraube (35) am Grundkörper (10) starr befestigt. Zwischen den Bohrungen (31) liegen die Querstege (33).
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Diese Sperrstückleiste (30) arbeitet mit einem Blockiersperrer (111) des inneren Druckstücks (110) zusammen. Das innere Druckstück (110), vgl. 6 und 7, ist im Hohlraum (105) des äußeren Druckstückes (101) untergebracht. Der Hohlraum (105) hat als Wandung eine Stufenbohrung, die von oben her in drei Bereiche unterteilt ist, einen Gewindebereich (106), einen Führungsbereich (107) und einen Rückhaltebereich (108).
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Im unteren Teil des Führungsbereichs (107) sitzt mit Spiel der Blockiersperrer (111). Der Blockiersperrer (111) besteht aus einem Bolzen (112), der im oberen Bereich einen Anschlagkragen (113) aufweist. Über den Anschlagkragen (113) liegt der Blockiersperrer (111) auf der inneren ringförmigen Stirnfläche des Rückhaltebereichs (108) auf. Der Schaft des Bolzens (112) durchdringt den Rückhaltebereich, um nach den 6 und 7 in eine Bohrung (34) der Sperrstückleiste (30) hineinzuragen. Er füllt z.B. 50 bis 95% der Tiefe der Bohrung (34) aus.
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Im Gewindebereich (106) des Hohlraums (105) ist ein Gewindestift (115) eingeschraubt. Zwischen dem Gewindestift (115) und dem Blockiersperrer (111) ist als Federelement eine Schraubendruckfeder (114) vorgespannt angeordnet. Das Federelement (114) stützt sich z.B. seitlich an der Wandung des Führungsbereichs (107) ab.
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Anstelle der dargestellten Sperrstückleiste (30) kann auch jedes Mehrfachsperrstück verwendet werden, das statt Bohrungen (31) andere Ausnehmungen, Auskerbungen, vorstehende Stifte, Zähne, Nocken oder vergleichbare Erhebungen aufweist, solange die entsprechenden Vertiefungen oder Erhebungen mit einem entsprechenden Sperrer zusammenwirken können.
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Das innere Druckstück (110) stellt in Kombination mit der ortsfesten Sperrstückleiste (30) ein Riegelgesperre dar. Es hat keine einstellbare Haltekraft, da sein Sperrer, der Blockiersperrer (111), formschlüssig in sein Sperrstück, der Sperrstückleiste (30), feststellend eintaucht. Im vorliegenden Fall dient das innere Druckstück (101) als Steg und zugleich über das Federelement (109) als Ausheber.
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Das Doppelsperrstück (100) hat zwei Funktionen. Zum einen erfüllt es die übliche Rastfunktion des einfachen Druckstücks, das eine Relativbewegung zwischen dem Schlitten (41, 42) und dem Sicherheitsschlitten (61, 62) bei einer Klemmkraftüberschreitung zulässt. Zum anderen soll es dafür sorgen, dass der Greiferantrieb (120), der die Schlitten (41, 42) verfährt, blockiert und/oder abgeschaltet wird.
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Die zweite Funktion wird mit Hilfe einer Bildfolge erläutert. 3 zeigt die Schlitten (41, 42) des Greifers im Augenblick des Startens der Greifelementschließbewegung. Das Doppeldruckstück (100) ist in der Ausnehmung (77) verrastet. Mit dem äußeren Druckstück (101) ist der Blockiersperrer (111) des inneren Druckstücks (110) soweit zurückgezogen, dass nach den 3 und 4 der Blockiersperrer (111) nicht die Sperrstückleiste (30) berührt. Beispielsweise hat der Blockiersperrer (111) gegenüber der Sperrstückleiste (30) einen Mindestabstand von 0,2 mm.
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Nach 4 legt sich das Greifelement (2) am Finger des Bedieners an. Die Fingerklemmkraft hat noch nicht das zulässige Maximum erreicht.
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Gemäß 5 ist das Maximum der Fingerklemmkraft überschritten. Die Druckstücke (91, 92) sind aus ihren Ausnehmungen (56) ausgerastet. Durch das Abwärtsfahren des äußeren Druckstücks (101) liegt die untere Stirnseite des hohlen Bolzens (102) nur wenige zehntel Millimeter vor der Sperrstückleiste (30). Der Blockiersperrer (111) steht - durch das Federelement (114) vorgespannt - z.B. zwischen zwei Bohrungen (32, 34) auf der Sperrstückleiste (30) auf einem Quersteg (33) auf. Dadurch ist in dieser Position die Blockierwirkung des inneren Druckstücks (110) nicht gegeben. Der Greiferantrieb (120) verfährt die Schlitten (41, 42) weiterhin in Greifelementschließrichtung (9). Allerdings gibt der sich sowieso im Rutschen befindende Sicherheitsschlitten (62) mindestens um das Maß nach, um das sich der ihn tragende Schlitten (42) weiterbewegt.
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Nach 6 hat sich der Schlitten (41, 42) um ca. eine halbe Teilung der Bohrungen (31) der Sperrstückleiste (30) weiterbewegt, bis der Blockiersperrer (111) mit seinem Bolzen (112) unter der Wirkung der Schraubendruckfeder (114) in die Bohrung (34) eingeschoben wurde.
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Ab jetzt bewegt sich der Schlitten (41, 42) nur noch so lange weiter, bis der linke Bereich des Bolzens (112) am linken Bereich der Bohrung (34) zur Anlage kommt, vgl. 7. Nun ist der Schlitten (42) gegenüber dem Gehäuse (10) blockiert. Der Greiferantrieb (120) schaltet sich z.B. durch den mit der Blockierung verbundenen Motorstromanstieg ab.
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Da der mögliche Hub des Zapfens (76) im Langloch (57) immer größer ist als der Abstand zweier unmittelbar benachbarter Bohrungen (31) der Sperrstückleiste (30), kann die Fingerklemmkraft ihren Anfangswert, der beim Übergang der Schlittenposition von 4 zu 5 entsteht, nicht überschreiten.
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Spätestens nach dem Abschalten des Motors (121) kann das fingerklemmende Greifelement (2) zurückgeschoben werden. Die hierfür erforderliche Kraft liegt bei einem Bruchteil der Fingerklemmkraft. Sie liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 20 N. Sobald der Finger befreit ist, kann das jeweilige Greifelement (1, 2) mit seinem Sicherheitsschlitten (61, 62) in seine Ausgangslage zurückgeschoben werden. Die Ausgangslage ist erreicht, wenn der oder die Sperrer (93, 103) des oder der Druckstücke (91, 92, 100) in die jeweiligen Ausnehmungen (56, 77) einrasten.
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In 7 ist der Sicherheitsschlitten (62) gegenüber dem Schlitten (42) hauptsächlich über Reibschluss gesperrt. Dazu befindet sich im Sicherheitsschlitten (62) ein z.B. nahezu quaderförmiges Langloch (81), in dem als Federelement beispielsweise eine Blattfeder (82) angeordnet ist. Diese Blattfeder (82) ist z.B. eine zweiarmige Rechteckfeder mit beidseitig teilweise angerollten Enden. In der Mitte hat sie eine Durchgangsbohrung, über die das Federelement mittels einer Schraube (83) gegen den Boden des Langlochs (81) gespannt wird. Die Schraube (83) sitzt in einer Gewindebohrung (59) der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52).
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Das Federelement kann auch eine mehrfach geschichtete Blattfeder sein. Zur Reduzierung der Federschwächung durch die zentrale Bohrung kann die Blattfeder auch eine zweiarmige Trapezfeder sein. Zudem kann die Schraube (83) oder eine Gruppe von Schrauben das oder die Federelemente auch ohne schwächende Durchgangsbohrung niederhalten, z.B. mittels einer Bügelhalterung. Anstelle der Verwendung einer Blattfeder ist auch die Verwendung anderer Federtypen denkbar.
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Im Ausführungsbeispiel haben die Schraube (83) und das Langloch (84) die Anschlagfunktion, die in den 3 bis 6 der Zapfen (76) und das Langloch (57) haben.
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Ist ein Blockieren des Schlittens (42) am Grundkörper (10) vorgesehen, wird auch hier das Doppeldruckstück (100) eingebaut. In diesem Fall ist die erforderliche Ausrastkraft des äußeren Druckstücks (101) wesentlich kleiner als die zwischen dem Sicherheitsschlitten (62) und der Sicherheitsschlittenführungsschiene (52) vorhandene Reibkraft.
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Um die Reibkraft zwischen dem Schlitten (62) und der Schiene (52) zu erhöhen, können die Unterseite (64) des Schlittens (62) und/oder die Oberseite (55) der Schiene (52) mittels einer Oberflächenbehandlung so aufgeraut werden, dass der übliche Reibwert der vorgesehenen Materialpaarung in der Reibfuge (89) erhöht wird. Ein Aufrauhen wird beispielsweise durch Sandstrahlen, Ätzen oder dergleichen bewirkt. Auch das Fräsen einer Rauhigkeitstruktur ist denkbar. Ferner ist es auch möglich, in der Reibfuge (89) vollflächig oder partiell Reibbeläge einzusetzen.
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Wird in der vorausgehenden Beschreibung ein geringes Spiel erwähnt, beträgt bei der vorliegenden Größenordnung der Vorrichtungen das Spiel i.d.R. 0,005 bis 0,3 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Greifelemente, Greifbacken
- 3
- Elementbasis
- 4
- Elementarm
- 5
- Ausnehmung, kerbenartig
- 6
- Zentrierhülsen
- 7
- Werkstück
- 8
- vertikale Mittenlängsebene
- 9
- Greifrichtung, Schlittenverfahrrichtung
- 10
- Grundkörper, Gehäuse
- 11
- Oberseite, Gehäuseoberseite
- 12
- Seitenwände, groß
- 15, 16
- Führungsnuten
- 17
- Schrauben zwischen (41, 42) und (51, 52)
- 18
- Schrauben zwischen (61, 62) und (1, 2)
- 21
- Anschlagsstift
- 28
- Deckel
- 29
- Anschlussbuchse
- 30
- Sperrstückleiste
- 31
- Rastbohrungen
- 32
- Rastbohrung
- 33
- Querstege
- 34
- Rastbohrung
- 35
- Senkschraube
- 41, 42
- Schlitten
- 43
- Antriebsabschnitt
- 44
- Anschlagsnut
- 45
- Schlittensteg
- 46
- Oberseite, Schlittenoberseite
- 47
- Stirnseite, außen
- 48
- Befestigungsbohrungen
- 49
- Bohrung für Doppeldruckstück
- 51, 52
- Sicherheitsschlittenführungsschiene, Schiene
- 53
- Parallelflansch
- 54
- Steg
- 55
- Oberseite
- 56
- Ausnehmung, konisch; Sperrstück
- 57
- Langloch für den Zapfen
- 58
- Bohrung für Doppeldruckstück
- 59
- Gewindebohrung für blattfederhaltende Schraube
- 61, 62
- Sicherheitsschlitten, Schlitten
- 63
- Oberseite
- 64
- Unterseite
- 66
- Stufenbohrungen
- 67
- Führungsbereich, kurz
- 68
- Ausnehmung, zentral, z.B. konisch
- 69
- Bohrung für Hubstößel
- 71
- Schalterausnehmung
- 72
- Hubstößel
- 73
- Mikroschalter
- 74
- Gewindebohrung
- 75
- Gewindestift
- 76
- Zapfen
- 77
- Ausnehmung, konisch; Sperrstück
- 81
- Langloch, ggf. quaderförmig
- 82
- Federelement, Blattfeder
- 83
- Schraube
- 84
- Anschlaglangloch, Langloch
- 88
- Klemmdeckel
- 89
- Gleitfuge; Reibfuge nach 7
- 90
- Rastgesperre
- 91, 92
- Druckstücke, groß
- 93
- Sperrer
- 94
- Scheibe
- 95
- Halbkugel
- 96
- Federelement, Schraubendruckfeder
- 97
- Einstellelement, topfförmig
- 100
- Doppeldruckstück; Druckstück, klein
- 101
- Druckstück, äußeres
- 102
- Bolzen, hohl; Ausheber
- 103
- Rastkopf, Sperrer
- 104
- Schaft
- 105
- Hohlraum
- 106
- Gewindebereich
- 107
- Führungsbereich
- 108
- Rückhaltebereich
- 109
- Federelement, Schraubendruckfeder
- 110
- Druckstück, inneres
- 111
- Blockiersperrer
- 112
- Bolzen
- 113
- Anschlagkragen
- 114
- Federelement, Schraubendruckfeder
- 115
- Gewindestift
- 120
- Antrieb
- 121
- Motor, ggf. mit Tachogenerator
- 122
- Mittellinie
- 130
- Rädergetriebe, zweistufig
- 131
- Ritzelrad
- 132
- Nebenwelle
- 133
- Mittellinie
- 134
- Nebenwellenrad, erstes, groß
- 135
- Nebenwellenrad, zweites, klein
- 136
- Abtriebsrad, Getriebeausgang
- 140
- Schneckengetriebe
- 141
- Schneckenwelle
- 142
- Mittellinie
- 143
- Schnecke, Zylinderschnecke
- 144
- Synchronwelle
- 145
- Schneckenrad
- 150
- Zahnstangengetriebe
- 151
- Zahnstangenprofil
- 152
- Synchronrad
- 153
- Mittellinie
- 160
- Steuerung, Steuereinheit
