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Die Erfindung betrifft eine optische Fassung mit einem Innenring zur Aufnahme eines zu fassenden optischen Elementes und einem zum Innenring koaxial angeordneten Außenring, wobei der Innenring über Manipulatoreinheiten zum Außenring justierbar und unabhängig von diesen über Klemmeinheiten fixierbar ist. Eine gattungsgleiche optische Fassung ist aus der
DE 10 2015 101 384 B3 bekannt.
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Fassungen eines derartigen Typs werden vorzugsweise monolithisch hergestellt. Das heißt, die in einen Innenring und einen Außenring unterteilte Fassung wurde durch Einbringen von Schlitzen in einen Grundkörper hergestellt, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Materialverbindungen bestehen bleiben. Eine Vielzahl solcher aus dem Stand der Technik bekannten Fassungen unterscheiden sich insbesondere in der Ausführung dieser verbleibenden Materialverbindungen, die im Wesentlichen durch die Lage, die Geometrie und die Dimensionierung der Schlitze festgelegt werden und weitestgehend Stege bzw. Steganordnungen darstellen. An wenigstens zwei dieser Materialverbindungen greifen im Außenring gelagerte Stellglieder, z. B. eingeschraubte Stellschrauben, an. Mit der Einleitung eines Stellweges mittels eines der Stellglieder in eine der Materialverbindungen wird der Innenring und damit die Innenringachse gegenüber dem Außenring und damit der Außenringachse um einen Verschiebeweg bewegt. Da das optische Element und damit die optische Achse eines im Innenring gefassten optischen Elementes eine feste Lage zur Innenringachse hat, kann so die Lage der optischen Achse justiert werden.
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In Abhängigkeit von der Ausführung der Materialverbindungen und der Richtung eines eingeleiteten Stellweges sind die Richtung des resultierenden Verschiebeweges und die Feinfühligkeit der Übersetzung des Stellweges bestimmt. Die Ausführung und Anzahl der Materialverbindungen ist auch bestimmend für die Steifheit bzw. Nachgiebigkeit der Materialverbindungen zwischen Innen- und Außenring senkrecht zur Justierebene.
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Die Offenlegungsschrift
DE 199 01 295 A1 offenbart eine optische Baugruppe mit einer monolithischen typgleichen Fassung, bestehend aus einem Außenring (dort Außenfassung) und einem Innenring sowie unterschiedlich gestalteten Materialverbindungen zwischen dem Innenring und dem Außenring. Die unterschiedlich ausgeführten Materialverbindungen stellen Festkörpergelenkkoppeln bzw. Getriebe aus Festkörpergelenkkoppeln dar.
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Gemäß der vorgenannten
DE 199 01 295 A1 greift an den Materialverbindungen gemäß einer Ausführung der optischen Baugruppe jeweils ein radial wirkendes Stellglied (hier Stellschraube) an. Im Sinne der Erfindung stellt jeweils eine der Materialverbindungen in Zusammenwirkung mit jeweils einem Stellglied eine Manipulatoreinheit dar. Die jeweils durch die beiden Stellschrauben eingeleiteten Stellwege werden in voneinander unabhängige Verschiebewege feinfühlig untersetzt. Dabei ist die Feinfühligkeit jeweils durch die Übersetzung der Stellschraube, die Übersetzung des Hebelgetriebes und die Umsetzung der translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung um einen Drehpol bestimmt.
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Diese Fassung ist für einen sehr kleinen Justierbereich, vermutlich von 10–20 µm, und eine sehr feinfühlige Justierung, vermutlich mit einer Auflösung höher als 2 µm, ausgelegt, was sich durch das sehr geringe Übersetzungsverhältnis (auch als hohes Untersetzungsverhältnis bezeichnet) der über die Verstellhebel eingeleiteten Stellwege zu den sich daraus ergebenden Verschiebewegen erklärt. Die Verbindungen sind in axialer Richtung steif und in radialer Richtung weich ausgelegt, um die Justierung mit einem nur geringen Kraftaufwand vornehmen zu können.
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Eine ähnliche Fassung mit einem vergleichsweise größeren Justierbereich ist aus der
DE 10 2013 109 605 B3 bekannt. Die Manipulatoreinheiten unterscheiden sich hier zu denen der vorgenannten
DE 199 01 295 A1 dadurch, dass die sie bildenden Materialverbindungen durch eine geometrisch andere Schlitzführung gebildet sind. Vorteilhaft sind weitere Materialverbindungen vorhanden, an denen keine Stellschrauben angreifen und die daher keine Manipulatoreinheiten bilden. Sie dienen lediglich einer axialen Versteifung der Fassung und können in beliebiger Anzahl und an beliebigen Positionen angeordnet sein.
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Die zu den Manipulatoreinheiten gehörenden Materialverbindungen werden aus Stegen gebildet, die eine über ihre Länge verteilte Nachgiebigkeit aufweisen. Die Stege können aber auch über ihre Länge dicker ausgeführt und damit verhältnismäßig steif sein, wenn sie an den Übergängen zum Innenring bzw. Außenring Verjüngungen aufweisen, sodass diese Übergänge eine hohe Nachgiebigkeit aufweisen und Festkörpergelenke bilden. Unabhängig von ihrer Ausführung sind die so gebildeten Materialverbindungen in radialer Richtung weich.
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Eine Fassung gemäß der vorgenannten
DE 10 2013 109 605 B3 ist gegenüber der ebenfalls vorgenannten
DE 199 01 295 A1 durch eine vergleichsweise geringe Untersetzung der eingeleiteten Stellwege in Verschiebewege weniger feinfühlig. Die Auflösung liegt hier bei 1–2 µm. Sie ist jedoch für einen größeren Justierbereich bis ca. 100 µm geeignet und kann so ausgeführt werden, dass sie zur Justierung von nur einer Seite her zugängig sein muss.
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Aus der
US 7 916 408 B2 ist ein Beispiel für eine nicht-monolithische Fassung bekannt, ebenfalls bestehend aus einem Außenring und einem hierzu koaxial angeordneten und radial justierbaren Innenring. Zur Justierung sind im Außenring in radialer Richtung einen rechten Winkel miteinander einschließende Stellschrauben eingeschraubt, die jeweils mittelbar über eine Kugel auf einen Stift wirken, der mittelbar über eine zweite Kugel am Innenring anliegt. Eine solche Anordnung stellt im Sinne der Erfindung eine Manipulatoreinheit dar. Über das Einschrauben der Stellschrauben wird der Innenring in einer radialen Ebene verschoben. Eine den Stellschrauben entgegenwirkende Rückstellkraft wird durch ein tangential am Innenring anliegendes gefedertes Element bewirkt. Ebenso wie bei den aufgezeigten monolithischen Fassungen sind die Manipulatoreinheiten in der radialen Ebene weich, also elastisch.
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Sowohl die aufgezeigten monolithischen Fassungen als auch die aufgezeigte nicht-monolithische Fassung sind nur beispielhaft gezeigt und könnten durch eine Vielzahl weiterer typgleicher Fassungen ergänzt werden. Sie alle haben gemeinsam, dass die Fassung in einer Ebene senkrecht zur Fassungsachse, welche der Außenringachse entspricht, beweglich ist. Das heißt, in dieser Ebene wirkende Kräfte können temporär zu einer grundsätzlich reversiblen Auslenkung des Innenrings aus seiner Justierlage führen. In der Regel sind die bei der Rückkehr in die Justierlage infolge einer Bewegungshysterese entstehenden Lageabweichungen des in der Fassung gefassten optischen Elementes gegenüber der Justierlage so gering, dass sie innerhalb einer akzeptablen Toleranz liegen. Bei sehr hohen Genauigkeits- und Stabilitätsanforderungen an ein optisches System, z. B. bei großen äußeren Lasten und geforderter Auflösung < 1 µm, können diese Lageabweichungen jedoch außerhalb der Toleranz liegen, weshalb es bei sehr hohen Genauigkeits- und Stabilitätsanforderungen von Interesse ist, das einjustierte optische Element in der Justierlage zu sichern. Dabei kommt es insbesondere darauf an, dass die Lagesicherung nicht selbst zu einer Dejustage führt.
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Aus der vorgenannten
DE 10 2015 101 384 B3 ist eine Fassung mit einem Außenring und einem hierzu koaxial angeordneten und radial mittels Manipulatoreinheiten justierbaren Innenring zum Halten eines optischen Elementes offenbart, bei welcher der Innenring gegenüber dem Außenring von den Manipulatoreinheiten unabhängig über Klemmeinheiten lagegesichert wird. Die Klemmeinheiten weisen jeweils zwei über ein Ende mit dem Innenring fest verbundene Klemmstreifen, zwei Klemmbacken und eine Druckschraube auf. Mit dem zunehmenden Einschrauben der Druckschraube in den Außenring werden die Klemmbacken auseinander bewegt und die Klemmstreifen gegen den Außenring geklemmt, wodurch die Relativlage zwischen Innenring und Außenring fixiert wird.
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Die Ausführung einer optischen Fassung gemäß der vorgenannten
DE 10 2015 101 384 B3 ist insbesondere gerechtfertigt, wenn die Fixierung der Relativlage zwischen Innenring und Außenring lösbar sein soll und / oder wenn die Fassung Umwelteinflüssen oder optischen Strahlungen ausgesetzt wird, unter denen der Einsatz von Klebstoff ungeeignet ist. Nachteilig an dieser Fassung ist ihr hoher mechanischer und fertigungstechnischer Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Fassung mit von Manipulatoreinheiten unabhängig wirkenden Klemmeinheiten, die fertigungstechnisch vergleichsweise einfacher und damit billiger ausgeführt werden können, zu schaffen.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer optischen Fassung mit Manipulatoreinheiten und Klemmeinheiten und
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2–9 die Klemmeinheit in verschiedenen Ausführungen. Alle Ausführungen einer erfindungsgemäßen optischen Fassung, siehe 1, weisen einen Außenring 1 mit einer Achse, nachfolgend Fassungsachse 1.1 genannt, einen hierzu koaxial angeordneten Innenring 2 und wenigstens zwei den Außenring 1 und den Innenring 2 verbindende Manipulatoreinheiten 3, mittels derer der Innenring 2 gegenüber dem Außenring 1 in einer zur Fassungsachse 1.1 senkrechten Justierebene justierbar ist, auf. Die Ausführung der Manipulatoreinheiten 3 ist beliebig, solange über sie der Innenring 2 innerhalb des Außenringes 1 justierbar ist. Beispiele für mögliche Ausführungen der Manipulatoreinheiten 3 sind in den in der Beschreibung des Standes der Technik gewürdigten Publikationen offenbart.
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Über diese genannten Merkmale, welche eine erfindungsgemäße optische Fassung mit typgleichen Fassungen des Standes der Technik gemeinsam hat, hinaus beinhaltet eine erfindungsgemäße optische Fassung zusätzlich, wie aus der vorgenannten
DE 10 2015 101 384 B3 vorbekannt, wenigstens eine, vorteilhaft drei in den Außenring
1 integrierte Klemmeinheiten
0, die von den Manipulatoreinheiten
3 unabhängig wirken. Die wenigstens eine Klemmeinheit
0 ist zwischen benachbarten Manipulatoreinheiten
3 angeordnet. Mit ihr kann, nachdem über die Manipulatoreinheiten
3 der Innenring
2 in eine Justierlage gegenüber dem Außenring
1 gebracht wurde, der Innenring
2 in dieser Justierlage fixiert werden.
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1 ist eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen optischen Fassung, welche lediglich ein Beispiel für die Anordnung der Manipulatoreinheiten 3 und der Klemmeinheiten 0 in der optischen Fassung aufzeigt, ohne dass diese konkret ausgeführt sind.
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Grundsätzlich weist eine erfindungsgemäße optische Fassung mindestens zwei, vorteilhaft drei Manipulatoreinheiten 3 auf, die räumlich im Außenring 1 integriert sind. Grundsätzlich ist eine Klemmeinheit 0 ausreichend, zwei oder besser drei sind vorteilhaft. Sie sind zwischen den Manipulatoreinheiten 3 ebenfalls in dem Außenring 1 integriert angeordnet. Die Klemmeinheiten 0 sollten dann vorteilhaft mit gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sein. Es ist von Vorteil, wenn die Anzahl der Manipulatoreinheiten 3 und die Anzahl der Klemmeinheiten 0 gleich ist und die Klemmeinheiten 0 zu benachbarten Manipulatoreinheiten 3 gleiche Winkelabstände aufweisen. Bei Verwendung von zwei Klemmeinheiten 0 liegen diese vorteilhaft zueinander senkrecht in einer Ebene, der Klemmebene, senkrecht zur Fassungsachse 1.1. Die Klemmebene und die Ebene, in der die Manipulatoreinheiten 3 liegen, die Manipulatorebene, fallen vorteilhaft zusammen. Die Klemmebene und die Manipulatorebene können aber auch z. B. aus Platzgründen parallel zueinander liegen.
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Alle Ausführungen der Klemmeinheiten 0 werden durch eine im Außenring 1 radial zur Fassungsachse 1.1 gerichtete Gewindebohrung 4 und eine in der Gewindebohrung 4 gelagerte Schraube 5 mit einer radial zur Fassungsachse 1.1 gerichteten Schraubenachse 5.0, einem von außen zugängigen Kopfende 5.1 und einem Fußende 5.2, das mit dem Innenring 2 zumindest in der Justierlage einen Klebespalt 7 einschließt, gebildet. Die Schraube 5 weist entlang der Schraubenachse 5.0 eine Durchgangsbohrung 8 auf, über die in den Klebespalt 7, zum Herstellen eines den Innenring 2 im Außenring 1 klemmenden Zustandes, ein Klebstoff 6 eingebracht wird.
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Verschiedene vorteilhafte Ausführungen der Klemmeinheiten 0 sind in den 2 bis 9 dargestellt, wobei die dargestellten Ausführungen nur einen Teil der möglichen vorteilhaften Ausführungen zeigen. Die unterschiedlich ausgeführten Merkmale sind untereinander kombinierbar, solange in der Justierlage, in der die Klemmeinheit 0 fixiert wird, das heißt, in einen klemmenden Zustand gebracht wird, zwischen der Schraube 5 und dem Innenring 2 ein Klebespalt 7 gegeben ist.
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Idealerweise sollen durch die Klemmeinheit 0 keine Kräfte bzw. maximal Kräfte wirken, die sich entweder durch die Wirkung mehrerer Klemmeinheiten 0 aufheben oder so marginal klein sind, dass die Justierlage beibehalten bleibt.
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Die nachfolgenden Betrachtungen werden jeweils auf nur eine Klemmeinheit 0 bezogen und sind jeweils auf die gegebenenfalls weiteren Klemmeinheiten 0 der gleichen optischen Fassung übertragbar.
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Damit die Klemmeinheit 0 in der Justierlage einen Klebespalt 7 aufweist, können verschiedene Maßnahmen getroffen werden.
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Erstens kann die Schraube 5 vor der Justierung soweit in den Außenring 1 eingeschraubt sein, dass über den gesamten Justierbereich ein Klebespalt 7 gegeben ist, der größer ist als die maximale Justierbewegung des Innenrings 2 gegenüber dem Außenring 1 während der Justierung. Nach der Justierung kann es dann allerdings sein, dass die Klebespalte 7 der gegebenenfalls mehreren Klemmeinheiten 0 unterschiedlich groß sind. Das könnte auf Grund des Schrumpfens des Klebstoffes 6, der dann in unterschiedlichen Mengen in die Klemmeinheiten 0 eingebracht wird, zu unterschiedlich großen Zugkräften führen, die sich dann nicht zu Null kompensieren. Vorteilhaft ist diese Variante so toleriert und gefertigt, dass stets ein sehr kleiner Klebespalt 7 entsteht.
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Zweitens können die Schrauben 5 in der Justierlage der optischen Fassung bis auf einen Klebespalt 7 gleich Null eingeschraubt und dann definiert wieder ausgeschraubt werden, sodass definierte, für alle Klebespalte 7 einer optischen Fassung gleich breite Klebespalte 7 entstehen. Das definierte Wiederausschrauben und Befüllen der Klebespalte 7 mit Klebstoff 6 kann unter Beobachtung und auch nach der Justage zeitlich versetzt geschehen.
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Die aufgezeigte erste und zweite Maßnahme wird in Verbindung mit einer radial starren Begrenzungsfläche des Klebespaltes 7 am Innenring 2 getroffen, wie sie nachfolgend anhand der in den 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dargestellten Ausführungen erläutert wird.
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Bei den in den 8 und 9 gezeigten Ausführungen ist die Begrenzungsfläche des Klebspaltes 7 radial elastisch. Durch Vorspannung eines Biegeteils 9, an dem diese Begrenzungsfläche ausgebildet ist, wird diese zur Schraubenachse 5.0 verkippt und schließt mit dem Fußende 5.2 der Schraube 5, die gegebenenfalls eine plane Stirnfläche 2.1 darstellt, einen Winkel ein, der dann den Klebespalt 7 bestimmend wirkt. Der Klebespalt 7 an den gegebenenfalls mehreren Klemmeinheiten 0 einer optischen Fassung ist dann insbesondere für kleine Stellbewegungen nahezu gleichgroß und muss nicht nach der Justierung eingestellt werden.
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In 2 ist eine erste Ausführung einer Klemmeinheit 0 gezeigt.
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Am Kopfende 5.1 der Schraube 5 ist ein Schraubenkopf 5.1.1 ausgebildet, der gegen einen Anschlag am Außenring 1 geschraubt ist und damit die Einschraubtiefe der Schraube 5 begrenzt. Im geklemmten Zustand wird die Schraube 5 durch die Schrumpfung des Klebstoffes 6 gegen diesen Anschlag gezogen.
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Das Fußende 5.2 stellt eine plane Stirnfläche dar und die seitens des Innenrings 2 den Klebespalt 7 begrenzende Fläche ist eine an der Umfangsfläche 2.2 des Innenrings 2 durch eine Fase ausgebildete Planfläche 2.1.
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Die Ausführungen der 3, 4 und 5 unterscheiden sich zu dem vorgenannten dadurch, dass das Fußende 5.2 der Schraube 5 durch eine Innenkegelfläche 5.2.2, eine Außenkegelfläche 5.2.1 bzw. eine zur Schraubenachse 5.0 schräg verlaufende plane Stirnfläche gebildet ist. Es kann hier bei ansonsten gleicher Dimensionierung der optischen Fassung mehr Klebstoff 6 eingetragen werden.
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Damit der Spaltabstand a zwischen der inneren Umfangsfläche es Außenringes 1 und der äußeren Umfangsfläche des Innenringes 2 lediglich in Abhängigkeit vom Justierbereich dimensioniert werden kann, ist an der Umgangsfläche 2.2 des Innenrings 2 in einer weiteren Ausführung, dargestellt in den 6 und 7, eine Senke 2.3 vorgesehen. Zusätzlich wird auch hier sichergestellt, dass der Klebstoff 6 lokal nur begrenzt mit dem Innenring 2 in Kontakt kommen kann.
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In den 8 und 9 sind zwei Ausführungen dargestellt, bei denen die Planfläche 2.1 an einem mit dem Innenring 2 monolithisch verbundenen, radial elastischen Biegeteil 9 ausgebildet ist. In beiden Ausführungen hat die Schraube 5 in der Justierlage Flächenkontakt mit dem Biegeteil 9. Das Biegeteil 9 muss dabei nicht zwingend ausgelenkt und damit vorgespannt sein, wenn das Fußende 5.2, wie in 8 gezeigt, keine plane Stirnfläche, sondern zum Beispiel eine Innenkegelfläche 5.2.2 aufweist. Es ist jedoch von Vorteil, wenn in der Justierlage alle Klemmeinheiten 0 einer Fassung vorgespannt sind. Wenn die Fußenden 5.2 jeweils als plane Stirnflächen ausgeführt sind, werden diese mit den einzelnen Biegeteilen 9 der Klemmeinheiten 0 einen wenigstens nahezu gleichen Winkel einschließen. Durch eine Schrumpfung des Klebstoffes 6 wirkende Kräfte werden sehr gering sein, da die Breite des Klebespaltes 7 jeweils klein ist, sie werden sich wenigstens nahezu kompensieren und eine verbleibende Differenz wird sich auf die Justierlage nicht auswirken, da sie nicht starr auf den Innenring 2 übertragen wird.
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Die am Innenring 2 jeweils den Klebespalt 7 begrenzende Fläche muss nicht zwingend eine Planfläche 2.1 sein, die, wie bereits aufgezeigt, z. B. an einer Fase an der Umfangsfläche 2.2, in einer Senke 2.3 oder einem elastischen Biegeteil 9 ausgebildet ist. Sie kann auch praktisch ein Abschnitt einer zylindrischen Umfangfläche oder z. B. eine daran ausgebildete konkave Fläche 2.4 sein. Die Schraube 5 kann auch eine Madenschraube ohne einen Schraubenkopf 5.1.1 sein, welche vorteilhaft dann auch mit Klebstoff 6 im Außenring 1 lagegesichert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Klemmeinheit
- 1
- Außenring
- 1.1
- Fassungsachse
- 2
- Innenring
- 2.1
- Planfläche
- 2.2
- Umfangsfläche
- 2.3
- Senke
- 2.4
- konkave Fläche
- 3
- Manipulatoreinheit
- 4
- Gewindebohrung
- 5
- Schraube
- 5.0
- Schraubenachse
- 5.1
- Kopfende (der Schraube 5)
- 5.1.1
- Schraubenkopf (der Schraube 5)
- 5.2
- Fußende (der Schraube 5)
- 5.2.1
- Außenkegelfläche
- 5.2.2
- Innenkegelfläche
- 6
- Klebstoff
- 7
- Klebespalt
- 8
- Durchgangsbohrung
- 9
- Biegeteil
- a
- Spaltabstand
