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Die Erfindung betrifft ein Drehfutter zum Spannen eines Bauteils (z.B. Palette), insbesondere für eine Drehmaschine oder eine Rundschleifmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine mit einem solchen Drehfutter.
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Aus dem Stand der Technik sind Drehmaschinen bekannt, die zum Einspannen eines Bauteils (z.B. Palette) ein Drehfutter mit einem Nullpunktspannsystem aufweisen. Die bekannten Drehfutter mit einem solchen Nullpunktspannsystem haben jedoch systembedingte Nachteile, wie beispielsweise ungünstige mechanische Belastungseinflüsse bei der Rotation des Drehfutters. Darüber hinaus sind die bekannten Drehfutter für automatisierte Aufgaben nur bedingt geeignet.
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Schließlich offenbart
DE 101 55 077 A1 ein Drehfutter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dieses bekannte Drehfutter ist jedoch noch nicht vollständig befriedigend.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Drehfutter zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Drehfutter gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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Das erfindungsgemäße Drehfutter dient zum Spannen eines Bauteils, wie beispielsweise einer Palette, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
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Vorzugsweise ist das Drehfutter zur Montage an einer Drehmaschine oder an einer Rundschleifmaschine angepasst. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch möglich, dass das Drehfutter für andere Werkzeugmaschinen angepasst ist.
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Zum Spannen eines Bauteils weist das Drehfutter mindestens eine Aufnahmebohrung auf, in die ein Einzugsnippel axial eingeführt werden kann, der an dem zu spannenden Bauteil (z.B. Palette) befestigt ist.
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Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Drehfutter einen Einzugskolben auf, der quer zu der Aufnahmebohrung verschiebbar ist zwischen einer Freigabestellung zum Einführen und zur Entnahme des Einzugskolbens und einer Spannstellung zum Spannen des Einzugsnippels in der Aufnahmebohrung. Zum Einführen des Einzugsnippels in die Aufnahmebohrung wird der Einzugskolben also in die Freigabestellung bewegt, woraufhin dann der Einzugskolben axial in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann. Anschließend wird der Einzugskolben dann aus der Freigabestellung in die Spannstellung bewegt, wodurch der Einzugsnippel in der Aufnahmebohrung festgespannt wird, so dass dann auch das zu spannende Bauteil (z.B. Palette) in dem Drehfutter festgespannt ist.
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Hierbei ist zu erwähnen, dass das Drehfutter vorzugsweise mehrere (z.B. drei) Aufnahmebohrungen aufweist, um jeweils einen Einzugsnippel aufzunehmen. Die Erfindung ist also hinsichtlich der Anzahl der Aufnahmebohrungen und der entsprechenden Anzahl der Einzugsnippel nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt.
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Die Erfindung zeichnet sich nun gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass der Einzugskolben bezüglich der Drehachse des Drehfutters in radialer Richtung verschiebbar ist, wobei die Freigabestellung radial innen liegt, während die Spannstellung radial außen liegt, so dass die im Betrieb des Drehfutters auf den Einzugskolben wirkende Zentrifugalkraft den Einzugskolben in die Spannstellung drückt. Diese erfindungsgemäße Anordnung bietet den Vorteil, dass die im Betrieb auf den Einzugskolben wirkende Zentrifugalkraft nicht zu einer unerwünschten Verringerung der Spannkraft führt, sondern die Spannkraft sogar noch verstärkt. Dies ist wünschenswert, weil die Spannverbindung bei einer schnellen Rotation des Drehfutters besonders belastet wird, so dass dann auch die Spannkraft möglichst groß sein sollte.
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Hierbei ist zu erwähnen, dass der Einzugskolben nicht im mathematisch-geometrischen Sinne exakt radial ausgerichtet sein muss. Es reicht für die erfindungsgemäße Wirkung vielmehr aus, wenn der Einzugskolben im Wesentlichen radial verschiebbar ist, was auch Winkelabweichungen gegenüber der mathematisch-geometrisch exakten radialen Ausrichtung von beispielsweise ±1°, ±2°, ±5° oder +10° einschließt. Entscheidend ist lediglich, dass der Einzugskolben so ausgerichtet ist, dass die im Betrieb auf den Einzugskolben wirkende Zentrifugalkraft zu einer Verstärkung der Spannkraft wirkt.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Einzugskolben in einem Arbeitszylinder verschiebbar, wobei in den Arbeitszylinder beiderseits des Einzugskolbens zwei Druckleitungen (z.B. Hydraulikleitung, Pneumatikleitung) münden, um den Einzugskolben mit einem Fluiddruck zu beaufschlagen, der den Einzugskolben in die Spannstellung bzw. in die Freigabestellung drückt. Die Erzeugung der Spannkraft erfolgt also vorzugsweise durch einen entsprechenden Hydraulikdruck und wird durch die im Betrieb auf den Einzugskolben wirkende Zentrifugalkraft lediglich unterstützt. Das Lösen des Einzugskolbens, d.h. die Bewegung des Einzugskolbens aus der Spannstellung in die Freigabestellung, erfolgt vorzugsweise ebenfalls hydraulisch, indem der Einzugskolben auf der gegenüber liegenden Seite mit einem entsprechenden Hydraulikdruck beaufschlagt wird.
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Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Drehfutter eine zusätzliche Spannfeder auf, um den Einzugskolben in die Spannstellung vorzuspannen. Die Spannkraft wird hierbei also durch drei Kräfte erzeugt, nämlich durch den auf den Einzugskolben wirkenden Hydraulikdruck, durch die Zentrifugalkraft und zusätzlich durch die Federkraft der Spannfeder.
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Gemäß der Erfindung weisen der Einzugskolben und der Einzugsnippel paarweise jeweils eine Spannfläche auf, wobei die beiden Spannflächen jeweils zur Verschieberichtung des Einzugskolbens bzw. zur Verschieberichtung des Einzugsnippels geneigt sind. Bei einem Spannvorgang gleiten dann die Spannflächen des Einzugsnippels einerseits und des Einzugskolbens andererseits aufeinander, so dass der Einzugskolben aus der Freigabestellung in die Spannstellung bewegt wird. Die geneigten und aufeinander gleitenden Spannflächen des Einzugsnippels und des Einzugskolbens bewirken hierbei also eine Kraftübersetzung von der auf den Einzugskolben wirkenden Spannkraft auf die Spannkraft, mit der der Einzugsnippel in die Aufnahmebohrung hinein gezogen wird.
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Darüber hinaus weisen der Einzugskolben und der Einzugsnippel paarweise Aushubkonturen auf, um den Einzugsnippel bei einem Lösevorgang wieder aus der Aufnahmebohrung heraus zu drücken. Die Aushubkontur an dem Einzugskolben stößt dann gegen die Einzugskontur des Einzugsnippels, wenn sich der Einzugskolben aus der Spannstellung in die Freigabestellung bewegt. Die beiden Aushubkonturen an dem Einzugsnippel einerseits und an dem Einzugskolben andererseits führen also beim Lösen zu einem automatischen Aushub des Einzugsnippels.
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Ferner weist das Drehfutter vorzugsweise eine Verdrehsicherung für den Einzugskolben auf, um eine Verdrehung des Einzugskolbens zu verhindern. Hierzu kann in der Mantelfläche des Einzugskolbens eine Axialnut angeordnet sein, in die eine Schraube eingreift und dadurch eine Verdrehung des Einzugskolbens in dem Arbeitszylinder verhindert.
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Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Drehfutter vorzugsweise eine Zentrierhilfe auf, um das zu spannende Bauteil (z.B. Palette) relativ zu dem Drehfutter zu zentrieren. Vorzugsweise umfasst diese Zentrierhilfe einen ringförmigen Zentrierkragen, der axial von dem Drehfutter absteht und in einen entsprechenden Zentrierring an dem zu spannenden Bauteil eingreift. Der Zentrierring kann hierbei an einer auswechselbaren Zentrierplatte angeformt sein, wobei die Zentrierplatte mit dem Zentrierkragen beispielsweise mit dem Drehfutter verschraubt werden kann. Der Zentrierring an dem zu spannenden Bauteil kann ebenfalls auswechselbar an dem Bauteil angebracht sein, beispielsweise mittels einer Verschraubung.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Drehfutter vorzugsweise eine Positionsabfrageeinrichtung, um die Position des Einzugskolbens abzufragen. Diese Abfrage kann beispielsweise pneumatisch erfolgen, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierzu sind vorzugsweise zwei pneumatische Abfrageleitungen vorgesehen, die mit ihren Mündungsöffnungen in die Mantelfläche des Arbeitszylinders münden und von dem Einzugskolben positionsabhängig überfahren werden, wodurch sich positionsabhängig der Gegendruck verändert. Der Einzugskolben weist hierbei vorzugsweise eine Abfragedichtung auf, die zusätzlich zu den Hydraulikdichtungen vorgesehen ist und die so angeordnet ist, dass die Abfragedichtung des Einzugskolbens die Mündungsöffnungen der pneumatischen Abfrageleitungen positionsabhängig überfährt.
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Es wurde bereits vorstehend erläutert, dass die auf den Einzugskolben wirkende Zentrifugalkraft zu der Spannkraft beiträgt, die auf den Einzugskolben wirkt und ansonsten durch den Hydraulikdruck und durch die optionale Spannfeder erzeugt wird. Vorzugsweise beträgt der Beitrag der Zentrifugalkraft zu der gesamten Spannkraft, die auf den Einzugskolben wirkt, mindestens 5%, 10%, 20% oder sogar mindestens 30%.
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Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Drehfutter. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Werkzeugmaschine (z.B. Drehmaschine oder Rundschleifmaschine) mit einem solchen erfindungsgemäßen Drehfutter.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Drehfutters mit einer zu spannenden Palette,
- 2 eine perspektivische Unteransicht der Palette aus 1,
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Drehfutters aus 1,
- 4A eine Querschnittsansicht des Drehfutters mit der Palette in einer gelösten Stellung,
- 4B eine Querschnittsansicht des Drehfutters mit der Palette in einer gespannten Stellung,
- 5 eine Perspektivansicht eines Einzugsnippels an der Palette,
- 6 eine Perspektivansicht eines anderen Einzugsnippels der Palette,
- 7 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 3 im Bereich eines Einzugskolbens,
- 8 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 4B, sowie
- 9 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 4A.
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Die Zeichnungen zeigen ein erfindungsgemäßes Drehfutter 1, das in herkömmlicher Weise an einer Werkzeugmaschine (z.B. Drehmaschine oder Rundschleifmaschine) montiert sein kann und im Betrieb um eine Drehachse 2 rotiert.
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Das Drehfutter 1 dient zum Spannen einer Palette 3. Hierzu weist das Drehfutter 1 drei Aufnahmebohrungen 4, 5, 6 auf, in die jeweils ein Einzugsnippel 7, 8 bzw. 9 an der Unterseite der Palette 3 axial eingeführt werden kann.
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Zur Erleichterung der Zentrierung der Palette 3 relativ zu dem Drehfutter 1 ist eine Zentrierhilfe vorgesehen, die eine Zentrierplatte 10 umfasst, die mittels zahlreicher Befestigungsschrauben 11 an der Oberseite des Drehfutters 1 festgeschraubt ist. An die Zentrierplatte 10 ist ein ringförmiger Zentrierkragen 12 angeformt, der nach oben von der Zentrierplatte 10 absteht. Darüber hinaus umfasst die Zentrierhilfe einen Zentrierring 13, der mittels mehrerer Befestigungsschrauben 14 an der Palette 3 festgeschraubt ist. Der nach oben abstehende Zentrierkragen 12 an der Zentrierplatte 10 greift hierbei in den Zentrierring 13 an der Palette 3 ein, was zu einer Zentrierung führt.
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Das Drehfutter 1 weist einen massiven Gehäusekörper 15 auf, in dem jeweils ein Einzugskolben 16 zum Spannen der drei Einzugsnippel 7-9 in einem Arbeitszylinder 17 in radialer Richtung verschiebbar ist. Jedem der drei Einzugsnippel 7-9 ist also jeweils ein Einzugskolben 16 zugeordnet, wobei in den Zeichnungen nur ein einziger Einzugsnippel 16 dargestellt ist.
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Der Arbeitszylinder 17 für den Einzugskolben 16 wird außen durch einen Verschlussdeckel 18 druckdicht abgeschlossen.
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In der Mantelfläche des Einzugskolbens 16 sind an den gegenüberliegenden Enden des Einzugskolbens 16 zwei Hydraulikdichtungen 19, 20 angeordnet.
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Auf der radial innen liegenden Seite des Einzugskolbens 16 mündet eine Hydraulikleitung 21 in den Arbeitszylinder 17, um den Einzugskolben 16 radial innen mit einem Hydraulikdruck zu beaufschlagen, wodurch der Einzugskolben 16 radial nach außen in die Spannstellung gemäß 4B gedrückt wird.
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Eine weitere Hydraulikleitung 22 ist mit einem Leitungsabschnitt 23 verbunden, der radial außerhalb des Einzugskolbens 16 in den Arbeitszylinder 17 mündet, um den Einzugskolben mit einem Hydraulikdruck zum Lösen der Spannverbindung zu beaufschlagen. Die Fluidverbindung zwischen der Hydraulikleitung 22 und dem Leitungsabschnitt 23 ist in den Schnittzeichnungen gemäß den 4A und 4B wegen der gewählten Schnittebene nicht ersichtlich.
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Darüber hinaus weist das Drehfutter 1 noch eine Spannfeder 24 auf, die den Einzugskolben 16 ebenfalls radial nach außen in die Spannstellung gemäß 4B drückt.
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Ferner umfasst das Drehfutter 1 zwei pneumatische Abfrageleitungen 25, 26 zum Abfragen der Kolbenstellung des Einzugskolbens 16. Die pneumatischen Abfrageleitungen 25, 26 münden mit einem in der Zeichnung nicht erkennbaren Schlitz in die Mantelfläche des Arbeitszylinders 17. Darüber hinaus ist in der Mantelfläche des Einzugskolbens 16 zusätzlich zu den beiden Hydraulikdichtungen 19, 20 eine Abfragedichtung 27 angeordnet, wobei die Abfragedichtung 27 die Schlitze der pneumatischen Abfrageleitungen 25, 26 in Abhängigkeit von der Stellung des Einzugskolbens 16 überfährt, was eine Positionsermittlung ermöglicht.
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Darüber hinaus umfasst das Drehfutter 1 eine Verdrehsicherung für den Einzugskolben 16, damit sich der Einzugskolben 16 nicht in dem Arbeitszylinder 17 dreht. Hierzu ist in der Mantelfläche des Einzugskolbens 16 eine Axialnut 28 angeordnet, in die eine Schraube 29 eingreift und dadurch eine Verdrehung des Einzugskolbens 16 in dem Arbeitszylinder 17 verhindert.
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Der Einzugskolben 16 weist eine geneigte Spannfläche 30 auf, die bei einem Spannvorgang auf einer ebenfalls geneigten Spannfläche 31 an dem Einzugsnippel 8 gleitet, wie insbesondere aus den 8 und 9 ersichtlich ist. Die paarweise aufeinander gleitenden, geneigten Spannflächen 30, 31 bewirken also eine Kraftumsetzung von der auf den Einzugskolben 16 wirkenden Spannkraft Fk auf die auf den Einzugsnippel 8 wirkende Spannkraft Fn.
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Darüber hinaus weist der Einzugskolben 16 eine Aushubkontur 32 auf, die bei einem Lösevorgang gegen eine Aushubkontur 33 an dem Einzugsnippel 8 drückt und dadurch den Einzugsnippel 8 aus der Aufnahmebohrung 5 heraus drückt, wie insbesondere auf 8 ersichtlich ist. Die Aushubkonturen 32, 33 bewirken also ebenfalls eine Kraftumsetzung von der auf den Einzugskolben 16 wirkenden Lösekraft auf die Aushubkraft, mit der der Einzugsnippel 8 aus der Aufnahmebohrung 5 heraus gedrückt wird.
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Im Folgenden wir zunächst ein Spannvorgang beschrieben. Hierbei sind die beiden Hydraulikleitungen 21, 22 zunächst drucklos, so dass die Spannfeder 24 den Einzugskolben 16 radial nach au-ßen drückt. Trotz der relativ geringen Spannkraft der Spannfeder 24 kann dann der Einzugsnippel 8 in die Aufnahmebohrung 5 eingeführt werden, wobei der Einzugsnippel 8 den Einzugskolben 16 etwas radial nach innen drückt.
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Nach dem Einführen des Einzugsnippels 8 in die Aufnahmebohrung 5 wird dann über die Hydraulikleitung 21 ein Hydraulikdruck aufgebracht, der den Einzugskolben 16 radial nach außen drückt.
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Durch die aufeinander gleitenden Spannflächen 30, 31 wird der Einzugsnippel 8 dann in die zugehörige Aufnahmebohrung 5 axial hineingezogen und festgespannt. Die Palette 3 ist dann fest an dem Drehfutter eingespannt, so dass die Drehmaschine ihren Betrieb beginnen kann. Bei einer Drehung des Drehfutters 1 im Betrieb wirkt dann zusätzlich eine Zentrifugalkraft auf den Einzugskolben 16, welche die auf den Einzugskolben 16 wirkende Spannkraft Fk zusätzlich erhöht, was vorteilhaft ist.
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Zum Lösen der Spannverbindung wird der Hydraulikdruck in der Hydraulikleitung 21 abgeschaltet und die Hydraulikleitung 22 wird mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt, wodurch der Einzugskolben 16 radial nach innen gedrückt wird. Dabei gleiten die Aushubkonturen 32, 33 des Einzugskolbens 16 einerseits und des Einzugsnippels 8 andererseits aufeinander, wodurch der Einzugsnippel 8 aus der zugehörigen Aufnahmebohrung 5 axial heraus gedrückt wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Drehfutter
- 2
- Drehachse des Drehfutters
- 3
- Palette
- 4-6
- Aufnahmebohrungen für den Einzugsnippel
- 7-9
- Einzugsnippel an der Palette
- 10
- Zentrierplatte
- 11
- Befestigungsschrauben für die Zentrierplatte
- 12
- Zentrierkragen an der Zentrierplatte
- 13
- Zentrierring an der Palette
- 14
- Befestigungsschrauben für Zentrierring
- 15
- Gehäusekörper des Drehfutters
- 16
- Einzugskolben
- 17
- Arbeitszylinder für den Einzugsnippel
- 18
- Verschlussdeckel für den Arbeitszylinder
- 19, 20
- Hydraulikdichtungen am Einzugskolben
- 21
- Hydraulikleitung zum Spannen des Einzugskolbens
- 22
- Hydraulikleitung zum Lösen des Einzugskolbens
- 23
- Leitungsabschnitt der Hydraulikleitung zum Lösen des Einzugskolbens
- 24
- Spannfeder für den Einzugskolben
- 25, 26
- Pneumatische Abfrageleitungen zum Abfragen der Kolbenstellung
- 27
- Abfragedichtung im Einzugsnippel
- 28
- Axialnut im Einzugskolben für Verdrehsicherung des Einzugskolbens
- 29
- Schraube für Einzugskolben für Verdrehsicherung des Einzugskolbens
- 30
- Spannfläche am Einzugskolben
- 31
- Spannfläche am Einzugsnippel
- 32
- Aushubkontur am Einzugskolben
- 33
- Aushubkontur am Einzugsnippel
- Fk
- Spannkraft auf den Einzugskolben
- Fn
- Spannkraft auf den Einzugsnippel
