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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spaltsystem zur Begrenzung eines Strahlquerschnitts mittels eines zwischen einer ersten und einer zweiten Spaltbacke ausgebildeten Spalts, dessen Weite verstellbar ist.
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Derartige Spaltsysteme werden dazu eingesetzt, einen Photonen- oder Teilchenstrahl in seiner Weite senkrecht zur Strahlrichtung zu begrenzen. Dabei ist es erforderlich, dass die Mechanik zur Verstellung der Weite des Spalts derart ausgebildet ist, dass bei einem Verstellen trotzdem sichergestellt ist, dass sich die Spaltmitte nicht senkrecht zur Strahlrichtung verändert.
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Des Weiteren ist es wünschenswert, dass ein solches Spaltsystem so ausgestaltet ist, dass es in einer Vakuumkammer angebracht werden kann und die dabei verwendeten Bauteile vakuumtauglich sind. Es ergibt sich somit, dass die Mechanik zur Verstellung des Spalts einfach gehalten werden sollte und dass auf aufwändige Sensoren zur Erfassung der Position der einzelnen Spaltbacken verzichtet werden sollte.
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Daher ist es ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spaltsystem bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist und das eine Einstellung der Spaltweite mit hoher Präzision erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Spaltsystem gelöst mit einem ersten und einem zweiten Spalthebel, die sich parallel zu einer Längsachse des Spaltsystems zwischen ihrem ersten Ende und ihrem zweiten Ende erstrecken, wobei der erste Spalthebel auf einer ersten Seite einer Mittelebene angeordnet ist, in der sich die Längsachse erstreckt, und der zweite Spalthebel auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Mittelebene angeordnet ist.
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Des Weiteren ist ein Rahmen vorgesehen, der sich entlang der Spalthebel erstreckt, wobei das erste Ende des ersten Spalthebels um eine erste Schwenkachse schwenkbar an dem Rahmen gehaltert ist und die erste Spaltbacke an dem zweiten Ende des ersten Spalthebels ausgebildet ist, wobei das erste Ende des zweiten Spalthebels um eine parallel zur ersten Schwenkachse verlaufende zweite Schwenkachse schwenkbar an dem Rahmen gehaltert ist und die zweite Spaltbacke an dem zweiten Ende des zweiten Spalthebels ausgebildet ist, so dass die Spaltbacken einander gegenüberliegen und zwischen sich den Spalt ausbilden, der parallel zur Mittelebene verläuft.
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Ferner weist das erfindungsgemäße Spaltsystem einen ersten Kipphebel auf, der um eine dritte Schwenkachse, die parallel zu der ersten und zweiten Schwenkachse in der Mittelebene verläuft und auf der zu den zweiten Enden weisenden Seite der ersten und zweiten Schwenkachse angeordnet ist, an dem Rahmen gehaltert ist, und es ist ein erstes Kopplungselement vorgesehen, das um eine parallel zur dritten Schwenkachse verlaufende vierte Schwenkachse schwenkbar mit dem ersten Kipphebel verbunden ist und das um eine zur dritten Schwenkachse parallele fünfte Schwenkachse schwenkbar mit dem ersten Spalthebel verbunden ist, wobei die vierte und die fünfte Schwenkachse auf der ersten Seite der Mittelebene angeordnet sind und die vierte Schwenkachse gemessen senkrecht zur Mittelebene einen größeren Abstand von der Mittelebene hat als die fünfte Schwenkachse.
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Außerdem ist ein zweites Kopplungselement vorgesehen, das um eine parallel zur dritten Schwenkachse verlaufende sechste Schwenkachse schwenkbar mit dem ersten Kipphebel verbunden ist und das um eine zur dritten Schwenkachse parallele siebte Schwenkachse schwenkbar mit dem zweiten Spalthebel verbunden ist, wobei die sechste und die siebte Schwenkachse auf der zweiten Seite der Mittelebene angeordnet sind und die sechste Schwenkachse gemessen senkrecht zur Mittelebene einen größeren Abstand von der Mittelebene hat als die siebte Schwenkachse.
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Demnach sind bei dem erfindungsgemäßen Aufbau an den von der Mittelebene entfernten Enden des Kipphebels jeweils Kopplungselemente schwenkbar angelenkt, die wiederum schwenkbar mit den Spalthebeln verbunden sind, wobei die Achse, um die sie schwenkbar mit den Spalthebeln verbunden sind, der Mittelebene näher sind als die Achsen, um die die Kopplungselemente mit dem Kipphebel verbunden sind.
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Dies führt dazu, dass dann, wenn der Kipphebel gegenüber dem Rahmen so verschwenkt wird, dass der Winkel, den der Kipphebel mit der Mittelebene einschließt, sich verringert, die Spalthebel auseinander bewegt werden, sich also um die erste bzw. die zweite Schwenkachse von der Mittelebene weg verschwenken.
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Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau ein symmetrisches Verschwenken beider Spalthebel voneinander weg oder zueinander hin erreicht, wenn allein der Kipphebel verschwenkt wird. Damit ist es ausreichend, lediglich den Kipphebel zu verschwenken, um ein gleichzeitiges symmetrisches Auseinanderschwenken der Spalthebel zu erreichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen der ersten Schwenkachse und der Mittelebene gleich dem Abstand zwischen der zweiten Schwenkachse und der Mittelebene, wobei der Abstand zwischen der dritten und der vierten Schwenkachse gleich dem Abstand zwischen der dritten und der sechsten Schwenkachse ist und wobei der Abstand zwischen der vierten und der fünften Schwenkachse gleich dem Abstand zwischen der sechsten und der siebten Schwenkachse ist.
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Ein derartiger Aufbau ist symmetrisch bezüglich der Mittelebene, so dass in einfacher Weise sichergestellt werden kann, dass die Mitte des zwischen den Spaltbacken vorgesehenen Spalts immer die gleiche Position relativ zu der Mittelebene beibehält, unabhängig davon, wie weit die Spalthebel auseinandergeschwenkt sind.
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In weiter bevorzugter Weise ist ein zweiter Kipphebel vorgesehen, der um die dritte Schwenkachse schwenkbar am Rahmen gehaltert und auf der dem ersten Kipphebel abgewandten Seite der Spalthebel angeordnet ist, so dass die Spalthebel zwischen dem ersten und zweiten Kipphebel angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Kipphebel über eine sich über die Spalthebel erstreckende Quertraverse miteinander verbunden sind und wobei das erste Kopplungselement um die vierte Schwenkachse schwenkbar und das zweite Kopplungselement um die sechste Schwenkachse schwenkbar mit dem zweiten Kipphebel verbunden sind.
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Wenn das Spaltsystem derart aufgebaut ist, sind auf beiden Seiten der Spalthebel Kipphebel vorgesehen, was den gesamten Aufbau stabiler gegen ein Verwinden macht, so dass die Spaltweite über die Breite des Spalts nicht variiert.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das erste Kopplungselement einen sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kipphebel erstreckenden ersten Verbindungsabschnitt aufweist, von dem sich Armelemente zur fünften Schwenkachse weg erstrecken, zwischen denen der erste Spalthebel angeordnet ist, so dass die von dem Verbindungsabschnitt entfernten Enden der Armelemente um die fünfte Schwenkachse schwenkbar mit dem ersten Spalthebel verbunden sind, wobei das zweite Kopplungselement einen sich zwischen dem ersten und dem zweiten Kipphebel erstreckenden zweiten Verbindungsabschnitt aufweist, von dem sich Armelemente zur siebten Schwenkachse weg erstrecken, zwischen denen der zweite Spalthebel angeordnet ist, so dass die von dem Verbindungsabschnitt entfernten Enden der Armelemente um die siebte Schwenkachse schwenkbar mit dem zweiten Spalthebel verbunden sind.
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Bei diesem Aufbau greifen die Kopplungselemente jeweils auf beiden Seiten der Spalthebel an diese an. Durch den Verbindungsabschnitt wird dennoch sichergestellt, dass die Armelemente auf beiden Seiten der Spalthebel nicht unabhängig voneinander eine Schwenkbewegung ausführen können. Dies stellt weiter sicher, dass sich die Spalthebel nicht verwinden können.
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Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Linearantriebseinheit vorgesehen sein, die ein Ausgangselement aufweist, das derart linear verfahrbar ist, dass sich dessen Projektion auf die Mittelebene in einer zwischen dem ersten und zweiten Ende der Spalthebel verlaufenden Richtung bewegt, und wobei das Ausgangselement mit dem ersten Kipphebel gekoppelt ist.
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Mittels eines Linearantriebs ist es in einfacher Weise möglich, die Schwenkbewegung des Kipphebels/der Kipphebel zu bewirken. Insbesondere kann das Ausgangselement linear entlang einer Richtung verfahrbar sein, die parallel zur Mittelebene und zwischen den ersten und zweiten Enden der Spalthebel verläuft.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Linearantriebseinheit auf der von den zweiten Enden abgewandten Seite einer Ebene am Rahmen angebracht ist, die durch die erste und die zweite Schwenkachse verläuft, und wobei zwischen dem Ausgangselement und dem ersten Kipphebel ein verschiebbarer Betätigungsstößel vorgesehen ist.
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In diesem Fall kann die eigentliche Antriebseinheit entfernt von dem Spalt angebracht sein, so dass der Teil des Spaltsystems, an dem der eigentliche Spalt vorgesehen ist, eine vergleichsweise kleine Baugröße hat. Des Weiteren ist es dann möglich, dass die Antriebseinheit nahe eines Flanschs des Vakuumsystems angebracht ist, in dem das Spaltsystem angebracht ist, so dass sie leicht zugänglich bleibt. In einem solchen Aufbau ist es besonders bevorzugt, wenn der Betätigungsstößel an der Quertraverse anliegt.
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Schließlich ist es möglich, dass die erste und zweite Schwenkachse durch eine Verjüngung an dem ersten und zweiten Spalthebel gebildet sind. Bei einem derartigen Aufbau kann erreicht werden, dass die Spalthebel in einfacher Weise in eine Ausgangsstellung vorgespannt sind, aus der sie entgegen der Vorspannkraft durch Verschwenken des Kipphebels/der Kipphebel heraus bewegt werden können.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung erläutert, wobei
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1 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spaltsystems ist,
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2 ein Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus 1 ist,
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3 eine vergrößerte Darstellung des vorderen Abschnitts des Ausführungsbeispiels aus 1 ist,
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4 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels aus 1 mit geschlossenem Spalt ist und
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5 eine weitere schematische Darstellung der Funktionsweise mit geöffnetem Spalt ist.
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Wie aus den 1 und 2 zu erkennen ist, weist das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spaltsystems einen Rahmen 1 auf, an dem ein erster Spalthebel 3 sowie ein zweiter Spalthebel 5 schwenkbar angebracht sind. Die Spalthebel 3, 5 erstrecken sich parallel zu einer Mittelebene 7 und parallel zu einer Längsachse 9 des Spaltsystems. Dabei ist der erste Spalthebel 3 an einem ersten Ende 11 um eine erste Schwenkachse 13 schwenkbar an dem Rahmen 1 angelenkt, wobei die erste Schwenkachse 13 durch eine Verjüngung am ersten Ende des ersten Spalthebels 3 gebildet ist. Das von dem ersten Ende 11 des ersten Spalthebels 3 entfernte zweite Ende 17 weist eine erste Spaltbacke 19 auf, die an den Hauptkörper des ersten Spalthebels 3 angeschraubt ist. An der ersten Spaltbacke 19 ist eine erste Kante 21 ausgebildet, die die Oberkante des Spalts definiert.
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Das erste Ende 23 des zweiten Spalthebels 5 ist um eine zweite Schwenkachse 25 schwenkbar an dem Rahmen 1 angelenkt, wobei die zweite Schwenkachse 25 parallel zu der ersten Schwenkachse 13 und die erste und die zweite Schwenkachse 13, 25 parallel zur Mittelebene 7 verlaufen. Auch die zweite Schwenkachse 25 ist durch eine Verjüngung 27 im zweiten Spalthebel 5 definiert.
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Am zweiten Ende 29 des zweiten Spalthebels 5 ist eine zweite Spaltbacke 31 angeschraubt, die eine zu der ersten Spaltbacke 19 verlaufende Kante 33 aufweist, durch die die untere Seite des Spalts definiert wird. Die Mittelebene 7 verläuft dabei parallel zu den ersten und zweiten Schwenkachsen 13, 25 und parallel zu den ersten und zweiten Kanten 21, 33 durch die Längsachse 9.
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Dadurch, dass die erste und zweite Schwenkachse 13, 25 durch eine Verjüngung 15, 27 gebildet sind, ist es möglich, die Spalthebel 3, 5 in eine Stellung vorzuspannen, in der sie sich geradlinig parallel zu der Längsachse 9 bzw. der Mittelebene 7 erstrecken.
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Des Weiteren ist aus 1, 2 und 7 zu erkennen, dass an dem Rahmen 1 ein erster und ein zweiter Kipphebel 35, 37 um eine parallel zur Mittelebene 7 verlaufende dritte Schwenkachse 39 schwenkbar gehaltert sind, wobei der erste Kipphebel 35 und der zweite Kipphebel 37 über eine Quertraverse 41 miteinander verbunden sind. Dabei ist der zweite Kipphebel 37 auf der von dem ersten Kipphebel 35 abgewandten Seite der Spalthebel 3, 5 angebracht, so dass sich die Spalthebel 3, 5 zwischen den Kipphebeln 35, 37 erstrecken. Die Kipphebel 35, 37 sind mit dem Rahmen 1 über an sich bekannte Kreuzfedergelenke um die dritte Schwenkachse 39 schwenkbar verbunden.
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Kreuzfedergelenke sind hier deswegen vorteilhaft, weil diese eine Nullstellung haben, aus der die beiden über das jeweilige Kreuzfedergelenk miteinander verbundenen Bauteile nur durch Anwendung eines Drehmoments ausgelenkt werden können. Daher sind die Bauteile durch das Kreuzfedergelenk auch hin zu der Nullstellung vorgespannt.
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Im Fall der Verbindung zwischen dem Rahmen 1 und den Kipphebeln 35, 37 bedeutet dies, dass die Kipphebel 35, 37 durch die Kreuzfedergelenke in eine Winkelstellung relativ zu dem Rahmen 1 vorgespannt sind. Diese Winkelstellung ist so gewählt, dass sie zu einer Stellung der Spalthebel 3, 5 führt, bei der die Kanten 21, 33 der Spaltbacken 19, 21 aneinander anliegen und der Spalt geschlossen ist.
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Wie des Weiteren aus 1 zu erkennen ist, sind an den von der dritten Schwenkachse 39 entfernten Enden der Kipphebel 35, 37 ein erstes Kopplungselement 43 sowie ein zweites Kopplungselement 45 schwenkbar angelenkt. Auch die schwenkbare Verbindungen zwischen den Kipphebeln 35, 37 und den Kopplungselementen 43, 45 sind durch Kreuzfedergelenke realisiert.
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Das erste Kopplungselement 43 weist einen ersten Verbindungsabschnitt 47 auf, der sich zwischen dem ersten Kipphebel 35 und dem zweiten Kipphebel 37 über den ersten Spalthebel 3 hinweg erstreckt, wobei der erste Verbindungsabschnitt 47 um eine vierte Schwenkachse 49 schwenkbar an den Kipphebeln 35, 37 angelenkt ist. Die vierte Schwenkachse 49 verläuft dabei parallel zu der dritten Schwenkachse 39 und parallel zur Mittelebene 7. Des Weiteren weist das erste Kopplungselement 43 erste Armelemente 51 auf, die sich beiderseits des ersten Spalthebels 3 von dem ersten Verbindungsabschnitt 47 weg erstrecken, wobei aus 3 hervorgeht, dass die freien Enden der ersten Armelemente 51 um eine fünfte Schwenkachse 53 schwenkbar mit dem ersten Spalthebel 3 verbunden sind. Zwischen den ersten Armelementen 51 und dem ersten Spalthebel 3 sind wiederum Kreuzfedergelenke vorgesehen.
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Die fünfte Schwenkachse 53 verläuft parallel zur dritten und vierten Schwenkachse 39, 49, wobei die fünfte Schwenkachse 53 der Längsachse 9 bzw. der Mittelebene 7 näher ist als die vierte Schwenkachse 49.
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An dem anderen, der vierten Schwenkachse 49 gegenüberliegenden Ende der Kipphebel 35, 37 ist das zweite Kopplungselement 45 um eine sechste Schwenkachse 55 schwenkbar angelenkt, wobei das zweite Kopplungselement 45, ähnlich dem ersten Kopplungselement 43, einen zweiten Verbindungsabschnitt 57 aufweist, der sich entlang der sechsten Schwenkachse 55 erstreckt und von dem sich zweite Armelemente 59 hin zur Mittelebene 7 erstrecken. Dabei sind die zweiten Armelemente 59 beiderseits des zweiten Spalthebels 5 angeordnet, und deren freie Enden sind um eine siebte Schwenkachse 61 schwenkbar mit dem zweiten Spalthebel 5 verbunden (siehe 3). Die sechste und siebte Schwenkachse 55, 61 verlaufen beide parallel zur dritten Schwenkachse 39 und somit auch parallel zur Mittelebene 7. Dabei sind die schwenkbaren Verbindungen zwischen den Kipphebeln 35, 37 und dem zweiten Kopplungselement 45 sowie die zwischen den zweiten Armelementen 59 und dem zweiten Spalthebel 5 wieder durch Kreuzfedergelenke gebildet.
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Wie insbesondere aus der schematischen Darstellung in 4 sowie aus 2 hervorgeht, sind die Schwenkachsen 13, 25, 39, 49, 53, 55, 61 derart angeordnet, dass die erste Schwenkachse 13 und die zweite Schwenkachse 25 senkrecht zur Mittelebene 7 gemessen den gleichen Abstand dazu aufweisen. Darüber hinaus weisen auch die vierte und die sechste Schwenkachse 49, 55 senkrecht zur Mittelebene 7 gemessen den gleichen Abstand dazu auf. Schließlich haben auch die fünfte und die siebte Schwenkachse 53, 61 den gleichen Abstand senkrecht zur Mittelebene 7, so dass der Aufbau symmetrisch zur Mittelebene 7 ist.
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Am Rahmen 1 ist auf der von dem zweiten Spalthebel 5 abgewandten Seite des ersten Spalthebels 3 eine Linearantriebseinheit 63 vorgesehen, die auf der Seite einer Ebene angeordnet ist, die sich durch die erste und die zweite Schwenkachse 13, 25 senkrecht zur Mittelebene 7 erstreckt, die von den zweiten Enden 17, 29 der Spalthebel 3, 5 abgewandt ist. Dadurch ist die Linearantriebseinheit 63 entfernt von den Spaltbacken 19, 31 angeordnet.
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Die Linearantriebseinheit 63 weist ein Ausgangselement 65 auf, das sich geradlinig parallel zur Längsachse 9 bzw. parallel zur Mittelebene 7 verfahren lässt. Allgemein lässt sich das Ausgangselement 65 derart linear verfahren, dass sich dessen Projektion auf die Mittelebene 7 in einer zwischen dem ersten und zweiten Ende 11, 17; 23, 29 der Spalthebel 3, 5 verlaufenden Richtung bewegt. Hier ist das Ausgangselement 65 sogar in einer parallel zur Mittelebene 7 verlaufenden Richtung verfahrbar. Bei der Linearantriebseinheit 63 kann es sich insbesondere um einen Piezo-Motor handeln. Zwischen dem Ausgangselement 65 und der Quertraverse 41 erstreckt sich in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Betätigungsstößel 67, der parallel zu der Mittelebene 7 und der Längsachse 9 verläuft. Der Betätigungsstößel 67 ist dabei in einer Führungshülse 69 geführt.
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Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spaltsystems arbeitet nun wie folgt.
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In der in den 1 bis 4 gezeigten Ausgangsstellung liegen die erste und die zweite Kante 21, 33 der Spaltbacken 19, 31 aneinander an. Wenn nun die Linearantriebseinheit 63 betätigt wird, bewegt sich das Ausgangselement 65 hin zu den zweiten Enden 17, 29 der Spalthebel 3, 5 und bewegt dadurch die Kipphebel 35, 37 durch die Anlage des Betätigungsstößels 67 an der Quertraverse 41 entgegen des Uhrzeigersinns in 4. Durch die Schwenkbewegung der Kipphebel 35, 37 müssen sich die fünfte und die siebte Schwenkachse 53, 61, über die das erste und das zweite Kopplungselement 43, 45 mit den Spalthebeln 3, 5 schwenkbar verbunden sind, von der Längsachse 9 bzw. der Mittelebene 7 weg bewegen, so dass sich auch die Kanten 21, 33 der Spaltbacken 19, 31 voneinander weg bewegen und sich der Spalt öffnet.
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Aufgrund der Symmetrie des Aufbaus erfolgt diese Bewegung notwendigerweise symmetrisch zur Längsachse 9 bzw. zur Mittelebene 7. Die Längsachse 9 ist dabei immer mittig in dem sich bildenden Spalt zwischen den Kanten 21, 33 angeordnet. Die Nullstellungen der in den schwenkbaren Verbindungen zwischen den Kipphebeln 35, 37 und dem Rahmen 1, zwischen den Kipphebeln 35, 37 und den Kopplungselementen 43, 45 und zwischen den Armelementen 51, 59 und den Spalthebeln 3, 5 verwendeten Kreuzfedergelenken ist so gewählt, dass die gesamte Anordnung in eine Stellung vorgespannt ist, in der die Kanten 21, 33 aneinander anliegen. Dies führt wiederum dazu, dass die Quertraverse 41 in Anlage mit dem Betätigungsstößel 67 gehalten wird.
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Wenn nun das Ausgangselement 65 weg von den zweiten Enden der Spalthebel 3, 5, zurück bewegt wird, bleibt der Kipphebel bzw. die Quertraverse 41 in Anlage mit dem Betätigungsstößel 67, bis der Spalt wieder geschlossen ist.
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Damit wird bei dem Ausführungsbeispiel in einfacher Weise ein symmetrisch verstellbarer Spalt realisiert, ohne dass es dafür komplexer Sensoreinrichtungen für die Position der Spaltbacken 19, 31 oder dergleichen bedürfte.
