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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für ein flexibles Zugmittel mit einem Grundkörper und einem Befestigungselement, der Grundkörper weist eine Auflagefläche für das flexible Zugmittel auf.
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Bei der Kraftübertragung von einem flexiblen Zugmittel auf ein sich bewegendes oder kraftübertragendes Bauteil, beispielsweise einer Hubanwendung oder Drehmomentübertragung, ist die Stelle, an der das flexible Zugmittel, insbesondere Riemen, Bänder oder Seile, mit dem kraft- oder drehmomentübertragenden Bauteil verbunden ist, eine besondere Schwachstelle. Je größer die von dem flexiblen Zugmittel übertragende Kraft wird, desto kritischer ist diese Verbindungsstelle. Daher werden im Stand der Technik solche Verbindungsstellen sehr robust dimensioniert, teilweise stark überdimensioniert. Eine solche überdimensionierte Verbindungsstelle erzeugt nicht nur erhöhte Produktions- und Montagekosten sondern auch einen Gewichtsnachteil der entsprechenden Anwendung.
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Zur Befestigung eines flexiblen Zugmittels an einem Grundkörper gibt es im Stand der Technik sehr unterschiedliche Lösungen, mit dem das flexible Zugmittel an einer entsprechenden Auflagefläche befestigt wird. Neben einer einfachen Befestigung des flexiblen Zugmittels mit einer durch das Zugmittel hindurchgeführten Schraube, wobei eine entsprechende Öffnung im flexiblen Zugmittel vorgesehen ist oder die Schraube direkt durch ein geflochtenes Zugmittel hindurch in die Auflagefläche geschraubt wird, gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher, teilweise sehr komplexer, Befestigungsvorrichtungen. Eine reine Schraubverbindung ermöglicht nur eine Übertragung von sehr geringen Kräften. Um größere Kräfte zu übertragen kann zusätzlich zu der Schraubverbindung ein Befestigungselement vorgesehen sein, durch das die Schraube hindurchgeführt ist und das flexible Zugmittel gegenüber der Auflagefläche am Grundkörper einklemmt. Eine solche Befestigungsvorrichtung mit einem das flexible Zugmittel einklemmenden Befestigungselement ist zwar konstruktiv relativ einfach, erfordert aber einen höheren Montageaufwand und kann bei einer im Betrieb nachlassenden Klemmwirkung zwischen Befestigungselement und Auflagefläche zu einem Ausreißen des flexiblen Zugmittels an der Befestigungsvorrichtung führen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsvorrichtung für flexible Zugmittel bereitzustellen, die eine einfache und schnelle Befestigung der Zugmittel, eine gute Klemmwirkung auf das Zugmittel und eine große Lastübertragung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Führungseinrichtung vorgesehen ist und das Befestigungselement als Klemmkeil ausgebildet ist, der Klemmteil eine Klemmkeilfläche zur Fixierung des flexiblen Zugmittels an der Auflagefläche aufweist, wobei die Führungseinrichtung um den Klemmkeil relativ zum Grundkörper derart führt, dass die Klemmkeilfläche und die Auflagefläche aufeinander zu bewegbar sind, um das flexible Zugmittel zwischen der Auflagefläche und der Klemmkeilfläche zu fixieren. Das Einklemmen des flexiblen Zugmittels zwischen Klemmkeilfläche und Auflagefläche ermöglicht eine einfache und schnelle Befestigung flexibler Zugmittel wie Riemen, Bänder und Seilen, und ermöglicht trotzdem eine gute Lastübertragungsfähigkeit der Befestigungsvorrichtung, da der Klemmkeil das flexible Zugmittel über die gesamte Betriebszeit sicher am Grundkörper fixiert. Die Führungseinrichtung gibt dabei die Bewegungsrichtung des Klemmkeils vor, so dass über die Reduzierung der Freiheitsgrade der Bewegung des Klemmkeils eine sichere Fixierung des flexiblem Zugmittels über den Klemmkeil erreicht werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Klemmkeil einen Zugmittelkontaktbereich aufweist, der derart ausgebildet ist, dass das zumindest teilweise um den Klemmkeil herumgeschlungene flexible Zugmittel an dem Zugmittelkontaktbereich anliegt und eine Kraft auf den Klemmkeil aufbringt, um die Klemmkeilfläche auf die Außenfläche zu drücken und das dazwischen angeordnete flexible Zugmittel zu fixieren. Durch den Kontakt des flexiblen Zugmittels mit dem Zugmittelkontaktbereich des Klemmkeils wird die Klemmkeilfläche fest auf die Auflagefläche gedrückt und das dazwischen angeordnete flexible Zugmittel eingeklemmt und damit fixiert. Je größer die auf dem Grundkörper übertragende Kraft ist, entsprechend der Zugkraft durch das flexible Zugmittel, desto größer ist dabei die über den Zugmittelkontaktbereich des Klemmkeils auf die Klemmkeilfläche aufgebrachte Kraft und die Klemmung des flexiblen Zugmittels zwischen Auflagefläche und Klemmkeilfläche. Dies ermöglicht eine selbstverstärkende Befestigungsvorrichtung, wobei die in den Zugmittelkontaktbereich über das flexible Zugmittel einwirkende Kraft neben einer Kraftkomponente in der Führungsführung des Klemmkeils auch eine entsprechende Kraftkomponente in Richtung der Auflagefläche aufweist, um eine Verklemmung der Führungseinrichtung zwischen Klemmkeil und Grundkörper zu verhindern.
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Für eine gezieltere Krafteinleitung durch das flexible Zugmittel auf den Klemmkeil kann der Zugmittelkontaktbereich sich mindestens bereichsweise über einen konvexen Abschnitt des der Klemmkeilfläche abgewandten Keilrückens erstrecken. Der Klemmkeilrücken erstreckt sich dabei von einem Ende der Klemmkeilfläche zum anderen Ende der Klemmkeilfläche, wobei der konvexe Abschnitt des Keilrückens ein gegenüber einer halbkreisförmigen Verbindung der Enden der Klemmkeilfläche geringeren Radius aufweist und die dem konvexen Abschnitt nicht zuzuordnenden Teile des Keilrückens nicht mit dem flexiblen Zugmittel in Kontakt stehen. Dabei liegt der konvexe Abschnitt in einem Bereich des Keilrückens, der sich aus Richtung der Klemmkeilfläche aus oberhalb der Führungseinrichtung erstreckt, um die durch das flexible Zugmittel aufgebrachte Kraft in eine Kraftkomponente in der Führungsrichtung des Klemmkeils und in Richtung auf die Auflagefläche aufzuteilen.
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Eine zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Führungseinrichtung eine im Klemmkeil vorgesehene parallel zur Klemmkeilfläche verlaufende längliche Führungsöffnung und einen in der länglichen Führungsöffnung aufgenommenen Führungsbolzen umfasst, der mit dem Grundkörper verbunden ist und eine Bewegung des Klemmkeils in Richtung der Auflagefläche ermöglicht. Eine derartige Führungseinrichtung stellt eine einfache und wirkungsvolle Konstruktion zur Führung des Klemmteils relativ zum Grundkörper dar, die nicht nur einfach herzustellen sondern auch einfach zu montieren ist. Um eine ausreichende Klemmkraft zwischen der Klemmkeilfläche und der Auflagefläche zu erreichen, muss zumindest ein Teil der über das flexible Zugmittel auf den Klemmkeil aufgebrachten Kraft in Richtung der Auflagefläche weisen, bevorzugt die größte Kraftkomponente der aufgebrachten Klemmkraft. Entsprechend ist der Zugmittelkontaktbereich des Klemmkeils in dem die Führungsöffnung umgebenden Abschnitt des Keilrückens angeordnet. Alternativ können im Grundkörper Führungsbahnen ausgebildet sein, in die am Klemmkeil vorgesehene Führungselemente, beispielsweise Bolzen oder Federn, eingreifen.
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Zur Verbesserung der selbstsichernden Funktion der Befestigungsvorrichtung kann eine Öffnungslängsachse der länglichen Führungsöffnung in einem Winkel zur Klemmkeilfläche angeordnet sein, um eine Bewegung des Klemmkeils in Richtung des Winkels zur Klemmkeilfläche zu ermöglichen. Dies ermöglicht, gerade bei ungleichmäßigen Zugmittelkräften auf das flexible Zugmittel, eine in Abhängigkeit der steigenden Zugkraft ansteigenden Klemmkraft zwischen der Klemmkeilfläche und der Auflagefläche und vermeidet so ein Durchrutschen des flexiblen Zugmittels trotz einer ansteigenden Zugkraft.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, insbesondere ein Federelement, um den Klemmkeil derart gegenüber dem Grundkörper vorzuspannen, dass die Klemmkeilfläche in Richtung der Auflagefläche vorgespannt ist. Dies ermöglicht eine schnelle und sichere Montage des flexiblen Zugmittels, insbesondere eines flachen, bandförmigen Zugmittels, und in Verbindung mit einem geneigt zur Richtung der Auflagefläche geführten Klemmkeil zusätzlich eine selbstsichernde Befestigungskonstruktion.
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Eine besondere Konstruktion sieht vor, dass der Grundkörper als Teil einer Welle ausgebildet ist und die Achse der Welle bevorzugt in der Ebene der Auflagefläche verläuft. Eine Ausbildung des Grundkörpers als Welle oder Wellenabschnitt ermöglicht nicht nur einen direkten Antrieb einer derartigen Welle, sondern auch, durch die Umschlingung des Grundkörpers und des Klemmkeils mit dem flexiblen Zugmittel, eine einfache und sichere Realisierung der Befestigungsvorrichtung bei einer geringen Anzahl von notwendigen Bauteilen. Entsprechend der einfachen Wellenkonstruktion ist der Grundkörper zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgebildet. Die Ausbildung des Grundkörpers als Welle ermöglicht eine Drehmomentübertragung durch das flexible Zugmittel und entsprechend einen einfach konstruierten Antrieb zum Übertragen großer Kräfte, der im Gegensatz zu sonst oft eingesetzten Ketten einen deutlich geringeren Platzbedarf bei einer hohen Belastbarkeit aufweist.
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Sinnvollerweise kann das flexible Zugmittel ein riemenartiges Zugmittel mit flachem Querschnitt, insbesondere einen Karbonriemen, bevorzugt ein geflochtener Karbonriemen sein. Eine flache, bandförmige Ausgestaltung des flexiblen Zugmittels erhöht die Belastbarkeit, die durch den Einsatz von Karbonfasern, entsprechend eines Karbonriemens sowie einer geflochtenen Ausgestaltung des Karbonriemens gesteigert werden kann. Weiter können riemenartige Zugmittel durch ihre flache sowie rechteckig oder trapezförmig ausgebildete Form einreihig und spiralförmig übereinander auf die Befestigungsvorrichtung aus Klemmkeil und Grundkörper aufgewickelt werden.
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Für ein gutes Klemmverhalten, insbesondere gegenüber einem riemenartigen Zugmittel, können die Auflagefläche und die Klemmkeilfläche eben ausgebildet und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein. Durch die ebene Ausbildung der Klemmkeilfläche und der Auflagefläche ist die auf das flexible Zugmittel über dem Klemmkeil aufgebrachte Klemmkraft gut über das flexible Zugmittel verteilt, insbesondere bei einer bandförmigen Ausgestaltung des Zugmittels. Dabei sind auch leichte Abweichungen der parallelen Ausrichtung der Auflagefläche und der Klemmkeilfläche von ±5º, unschädlich. Darüber hinaus kann die Oberfläche der Auflagefläche und/oder der Klemmkeilfläche profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Oberfläche, beispielsweise rilliert, gerändelt oder mit Sägezahnprofil, auf einer der Oberflächen der Auflagefläche oder der Klemmkeilfläche, oder bevorzugt auf beiden Oberflächen, verbessert noch einmal die Klemmwirkung auf das flexible Zugmittel und verhindert sicher ein Durchrutschen des flexiblen Zugmittels zwischen Auflagefläche und Klemmkeilfläche.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung,
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2a einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 1,
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2b einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 1 mit einer Vorspanneinrichtung,
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2c einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 1 mit eingelegtem flexiblen Zugmittel,
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2d einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 1 mit einem eingeklemmten flexiblen Zugmittel,
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3 eine perspektivische Ansicht der Befestigungsvorrichtung aus 1 mit einem eingeklemmten flexiblen Zugmittel entsprechend der 2d,
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4a einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 3 mit einem den Klemmkeil umschlingenden flexiblen Zugmittel und
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4b einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung aus 3 mit einem vollständig um den Grundkörper und dem Klemmkeil herumgeführten flexiblen Zugmittel.
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Die perspektivische Ansicht einer Befestigungsvorrichtung 1 für ein flexibles Zugmittel 16 in 1 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung 1 mit einem Grundkörper 2 und einem relativ zum Grundkörper 2 bewegbaren Klemmkeil 3. Der Grundkörper 2 ist mit zwei Zylinderabschnitten 4 versehen, zwischen denen der Klemmkeil 3 mittels einer Führungseinrichtung 5 relativ zu einem Auflageabschnitt 6 des Grundkörpers 2 bewegbar ist. An den dem Auflageabschnitt 6 abgewandten äußeren Enden der Zylinderabschnitte 4 ist jeweils ein Vierkantabschnitt 7 mit einer Bohrung 8 vorgesehen, um die Befestigungsvorrichtung 1 in einer Hubanwendung oder einer Vorrichtung zur Drehmomentübertragung zu integrieren. Die Vierkantabschnitte 7 erstrecken sich dabei in Richtung der Mittelachse A der Zylinderabschnitte 4. Als Teil der Führungseinrichtung 5 ist an der Außenseite des vorderen Zylinderabschnitts 4 eine Mutter 9 zu sehen, mit dem der sich durch den Klemmkeil 3 erstreckende Bolzen 10 relativ zum Grundkörper 2 befestigt ist.
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2a zeigt einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung 1 aus 1 im Bereich zwischen den beiden Zylinderabschnitten 4. Der Klemmkeil 3 ist durch die Führungseinrichtung 5 aus dem mit dem Grundkörper 2 fest verbundenen Bolzen 10 und einem Langloch 11 im Klemmkeil 3 relativ zum Auflageabschnitt 6 bewegbar. Der im Wesentlichen halbkreisförmige Auflageabschnitt 6 zwischen den beiden Zylinderabschnitten 4 weist auf der flachen Seite eine Auflagefläche 12 auf, wobei sich die Mittelachse A der Zylinderabschnitte 4 sowie der mit den Zylinderabschnitten 4 verbundenen Vierkantabschnitten 7 sich in der Ebene der Auflagefläche 12 erstreckt. Im Abstand und parallel zur Auflagefläche 12 des Auflageabschnitts 6 ist eine Klemmkeilfläche 13 am Klemmkeil 3 ausgebildet. Das Langloch 11 der Führungseinrichtung 5 erstreckt sich in Richtung der Längsachse A durch den Klemmkeil 3, wobei das Spiel des Langlochs 11 gegenüber dem Bolzen 10 größer ist als der Abstand zwischen Auflagefläche 12 und Klemmkeilfläche 13, damit bei einer Bewegung des Klemmkeils 3 entlang der Führungseinrichtung 5 eine sichere Klemmwirkung zwischen Auflagefläche 12 und Klemmkeilfläche 13 erreicht werden kann. Der Klemmkeil 3 weist einen abschnittsweise konvex gebogenen Rücken 14 auf, der sich vom einen Ende der Klemmkeilfläche 13 zum anderen Ende der Klemmkeilfläche 13 erstreckt und das Langloch 11 umgibt. Dabei ist der Klemmkeil 3 im Verhältnis zum Auflageabschnitt 6 deutlich kleiner dimensioniert.
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Die 2b zeigt den aus 2a bekannten Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung 1 in einer geöffneten Position ohne flexibles Zugmittel 16. Der Klemmkeil 3 ist hier zusätzlich mit einer Federeinrichtung 15 ausgestaltet, die den Klemmkeil 3 in Richtung einer Klemmposition, entsprechend einer Position, in der die Klemmkeilfläche 13 auf die Auflagefläche 12 drückt, vorspannt. Folglich muss bei einem Einlegen des flexiblen Zugmittels 15 zwischen die Auflagefläche 12 und die Klemmkeilfläche 13 der Klemmkeil 3 in die hier in 2b dargestellte offene Position gedrückt werden. Die Vorspannung der Federeinrichtung 15 in Richtung des Pfeils auf den Klemmkeil 3 bewirkt nach dem Einlegen eines flexiblen Zugmittels 16 eine leichte Klemmwirkung der Klemmkeilfläche 13 auf das auf der Auflagefläche 12 aufliegende flexible Zugmittel 16, so dass das flexible Zugmittel 16 für die weitere Montage der Befestigungsvorrichtung 1 und Aufbringung einer ausreichenden Klemmkraft verliersicher zwischen Auflagefläche 12 und Klemmkeilfläche 13 positioniert ist.
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Die Schnittansicht durch die Befestigungsvorrichtung 1 in 2c zeigt das zwischen dem Klemmkeil 3 und den Auflageabschnitten 6 positionierte flexible Zugmittel 16. Dabei ist der Klemmkeil 3 der Befestigungsvorrichtung 1 weiter in seiner offenen Position, so dass die Klemmkeilfläche 13 des Klemmkeils 3 sich in einem Abstand zu dem auf der Auflagefläche 12 aufliegenden flexiblen Zugmittel 16 befindet.
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2d zeigt demgegenüber die Befestigungsvorrichtung 1 in einer geklemmten Anordnung, wobei der Klemmkeil 3 durch eine entsprechende Federeinrichtung 15 oder händisch in Pfeilrichtung bewegt ist, so dass das flexible Zugmittel 16 zwischen der Auflagefläche 12 und der Klemmkeilfläche 13 eingeklemmt ist.
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Die in 3 gezeigte perspektivische Ansicht der Befestigungsvorrichtung 1 zeigt die auch in der Schnittansicht der 2d gezeigte Klemmung des flexiblen Zugmittels 16 zwischen Klemmkeil 3 und Auflageabschnitt 6. Das leicht zwischen der Auflagefläche 12 und der Klemmkeilfläche 13 geklemmte flexible Zugmittel 16 ist um den Auflageabschnitt 5 herumgeführt. In der perspektivischen Darstellung der 3 ist gut zu erkennen, dass es sich bei dem flexiblen Zugmittel 16 um ein bandförmiges Zugmittel handelt mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, beispielsweise ein vulkanisierter Geweberiemen oder geflochtene Bänder aus Karbonfasern, die neben einer geringen Dicke auch eine große Festigkeit zur Übertragung großer Kräfte aufweisen. Auf der Außenseite des Zylinderabschnitts 4 ist der Kopf des Bolzens 10 zu sehen, der zum Eingriff eines Montagewerkzeugs mit einem Innensechskant versehen ist.
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Die 4a zeigt wieder einen Schnitt durch die Befestigungsvorrichtung 1 im Bereich zwischen den beiden Zylinderabschnitten 4 durch den Klemmkeil 3 und den Auflageabschnitt 6, wobei das flexible Zugmittel 16 zwischen dem Klemmkeil 3 und dem Auflageabschnitt 6 eingeklemmt ist. Das flexible Zugmittel 16 umschlingt hier nicht nur den im Wesentlichen halbkreisförmigen Auflageabschnitt 6, sondern auch den Klemmkeil 3, wobei das flexible Zugmittel 16 den Klemmkeil 3 nur im Bereich des Zugmittelkontaktbereichs 17 oberhalb des Langlochs 11 berührt. Der Zugmittelkontaktbereich 17 ist konvex ausgebildet und erstreckt sich am Rücken 14 des Klemmkeils 3 bogenförmig um das Langloch 11. Der angrenzende kreisabschnittsförmige Bereich 18 und der auf der anderen Seite des Zugmittelkontaktbereichs 17 befindliche gerade Rückenbereich 19 werden dabei nicht von dem flexiblen Zugmittel 16 berührt, da sie gegenüber dem Auflageabschnitt 6 leicht in Richtung der Mittelachse A zurückversetzt sind. Die gesamte von dem den Klemmkeil 3 umschlingenden flexiblen Zugmittel 16 auf den Zugmittelkontaktbereich 17 aufgeprägte Kraft wird mit Hilfe der Führungseinrichtung 5 als Klemmkraft über die Klemmkeilfläche 13 auf das auf der Auflagefläche 12 liegende flexible Zugmittel 16 übertragen. Bei einer steigenden Zugkraft auf das flexible Zugmittel 16 steigt damit gleichzeitig auch die Klemmkraft von der Klemmkeilfläche 13 auf das flexible Zugmittel 16 und erzeugt somit eine selbstverstärkende Klemmwirkung für die Befestigungsvorrichtung 1. Beim weiteren Herumführen des flexiblen Zugmittels 16 um das bereits in einer Lage auf dem Auflageabschnitt 6 verlaufenden flexiblen Zugmittel 16, entsprechend der 4b, ergibt sich zusätzlich noch eine selbstsicherende Wirkung der Befestigungsvorrichtung 1 über das flexible Zugmittel 16, da neben der selbst verstärkenden Wirkung des auf den Zugmittelkontaktbereich 17 aufdrückenden flexiblen Zugmittels 16 die erste Schicht des im gebogenen Auslaufbereich 20 des Auflageabschnitts 6 verlaufende flexible Zugmittel 16 bei einer zunehmenden Zugkraft auf das flexible Zugmittel 16 durch den Druck auf den gebogenen Auflaufbereich 20 noch einmal gesichert ist.
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Zur Verhinderung eines Durchrutschens des flexiblen Zugmittels 16 und zur besseren Übertragung der Klemmkraft kann die Auflagefläche 12 des Auflageabschnitts 6 sowie die Klemmkeilfläche 13 des Klemmkeils 3 mit einer Profilierung versehen sein, beispielsweise einer rillierten oder gerändelten Oberfläche oder sogar mit einem Sägezahnprofil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsvorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 3
- Klemmkeil
- 4
- Zylinderabschnitte
- 5
- Führungseinrichtung
- 6
- Auflageabschnitt
- 7
- Vierkantabschnitt
- 8
- Bohrung
- 9
- Mutter
- 10
- Bolzen
- 11
- Langloch
- 12
- Auflagefläche
- 13
- Klemmkeilfläche
- 14
- Rücken
- 15
- Federeinrichtung
- 16
- flexibles Zugmittel
- 17
- Zugmittelkontaktbereich
- 18
- kreisabschnittsförmiger Bereich
- 19
- gerader Rückenbereich
- 20
- gebogener Auslaufbereich
- A
- Mittelachse
