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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen einer Schraubenfeder, die als Torsions- oder Drehfeder wirkt, wobei zum Spannen der Feder deren beide Enden zueinander verdreht werden, sodass die Feder in einem gespannten Zustand eine veränderte axiale Länge gegenüber ihrem entspannten Zustand aufweist.
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Derartig gespannte Schraubenfedern dienen beispielsweise der Antriebsunterstützung von Sektionaltoren. Sektionaltore bestehen aus mehreren Torsektionen, die faltbar miteinander verbunden sind und stirnseitig jeweils eine oder mehrere in Laufschienen geführte Laufrollen aufweisen. Zum Heben und Senken des Sektionaltores dient eine Antriebswelle, die mit einem Antrieb, meist ein Elektromotor verbunden ist. An der Antriebwelle sind Schraubenfedern angebracht. Die Federkraft der Schraubenfedern wirkt der Eigengewichtskraft des Tors entgegen, um die Drehung der Antriebwelle zu unterstützen und den elektrischen Antrieb zu entlasten. Die Schraubenfeder wird an der Antriebswelle fest montiert. Das Spannen der Schraubenfeder erfolgt während der Montage durch Einbringen eines Drehmomentes an dem nicht drehfest befestigten Ende der Schraubenfeder, sodass die Feder gespannt werden kann und die Feder im gespannten Zustand an der Antriebswelle befestigt wird. Aufgrund der erforderlichen großen Kräfte bzw. Momente ist eine unterstützende Vorrichtung zum Spannen der Feder nötig.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum Spannen von Federn bekannt.
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In der
DE 10 2014 013 449 A1 ist ein Federbeinspanner zum Austausch einer Feder oder eines Stoßdämpfer eines Federbeins eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die Federspannung wird durch zwei in das Innere der Schraubenfeder greifende hufeisenförmige Federhalter des exzentrisch zur Feder angeordneten Federbeinspanners realisiert, die sich durch das Betätigen einer am Federbeinspanner angeordneten Spindel aufeinander zubewegen. Dadurch wird der axiale Versatz, den jeder einzelne Drahtumfang an seinen beiden Enden aufweist, verringert, was zur Spannung der Feder führt.
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Die
DE 10 2013 101 083 A1 befasst sich mit einem Hilfswerkzeug zur Montage eines Stoßdämpfers, dass eine Haltebaugruppe und eine Antriebsbaugruppe umfasst. Das Hilfswerkzeug weist einen Gewindevorschub auf und ist koaxial zur zu spannenden Feder angeordnet. Mit Hilfe eines Drehelementes wird das Hilfswerkzeug manuell um die Rotationsachse gedreht. Die Feder wird durch die Veränderung des axialen Versatzes des Drahtumfangs ge- oder entspannt.
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Die
DE 20 2012 005 626 U1 beschreibt eine Druckplatte für einen Federspanner, der zum Spannen einer zwischen einem unteren und einem oberen Federteller aufgenommenen Schraubenfeder eines Federdämpferbeines. Die Druckplatte ist am oberen Federteller zur axialen Abstützung von Halteelementen angebracht, wobei die Halteelemente mit den Federwindungen der Schraubenfedern in Eingriff bringbar sind.
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Die
DE 20 2011 050 354 U1 bezieht sich auf einen Spannteller für einen Federspanner sowie Federspanner zur Montage und Demontage von Schraubendruckfedern, insbesondere an gefederten Fahrwerken. Dabei weist der Spannteller eine Kontaktfläche zur Aufnahme eines Federsegmentes auf, über das eine Stauchkraft in axialer Richtung auf die Fahrwerksfeder aufbringbar ist.
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Die
US 7,909,305 B2 beschreibt eine Federbeinentnahmevorrichtung. Sie umfasst zwei Verdichterplatten, die so ausgebildet sind, dass sie einen Befestigungsbereich aufweisen, mit dem sie mit einem antreibenden Gewindeabschnitt verbunden sind. Weiterhin weist jede Verdichterplatte eine Einrichtung auf, die zum Eingriff in eine jeweils erste Spule einer Schraubenfeder ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist mit einem manuell erzeugten Drehmoment antreibbar.
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Die zuvor beschriebenen Spannvorrichtungen erzeugen eine axial auf die Feder einwirkende Kraft, ohne dass ein Drehmoment auf die zu spannende Feder einwirkt.
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Die
DE 10 2012 104 673 B3 bezieht sich auf ein Werkzeug, System und Verfahren zum Verschrauben von in der Regel zwei Schraubendruckfedern zu einer einzigen Schraubentellerfeder. An dem dafür eingesetzten Werkzeug sind Handgriffe ausgebildet, die zur Bedienung des Werkzeuges dienen.
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Die
US 3,651,719 lehrt ein Torsionsfedereinstellwerkzeug für obenliegende Türen. Mit ihm lässt sich die Spannung von Torsionsfedern variieren. Das Werkzeug weist eine geteilte Klemmvorrichtung auf und kann mit dem verstellbaren Hülsenanker in Eingriff gebracht werden. Dazu sind umfänglich beabstandet abgerundete Zähne ausgebildet. Zur Einbringung eines Drehmomentes in das Werkzeug sind Griffabschnitte zur manuellen Bedienung am Werkzeug ausgebildet.
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Nachteilig bei den Lösungen gemäß der
DE 10 2012 104 673 B3 und der
US 3,651,719 ist, dass die Vorrichtungen von Hand betrieben werden müssen. Für Federn, die für den Einsatz als Torgewichtsausgleich bei Sektionaltoren ausgelegt sind, ist mit den bekannten Vorrichtungen viel Muskelkraft zum Spannen der Schraubenfeder erforderlich. Aufgrund der beengten Einbausituation müssen die Hilfsmittel außerdem während des Spannens immer wieder neu angesetzt werden. Die Einbauposition erfordert weiterhin, dass die Bedienperson während des Spannens der Feder eine ergonomisch ungünstige Körperhaltung einnehmen muss. Diese Vorgehensweise führt zu einer nicht zu unterschätzenden Gefährdung der Bedienperson, bis die Torsionsfeder in einer gespannten Endlage gesichert werden kann. In einigen Fällen ist es notwendig, dass zwei Personen gleichzeitig den Torsionsfedereinbau vornehmen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, das Spannen von Schraubenfedern weniger muskelkraftintensiv und weniger gefährlich zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung zum Spannen einer Schraubenfeder gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dient zum Spannen einer Schraubenfeder, die auf einer Hauptwelle gelagert ist. An ihrem einen Ende ist die Schraubenfeder mit einem Rahmen- oder Gehäuseteil, in dem sich ein Lagerbock befindet, fest verbunden. Die Spannvorrichtung umfasst einen Verzahnungsantrieb. Der Verzahnungsantrieb umfasst ein erstes Getriebeelement sowie ein zweites Getriebeelement. Das erste Getriebeelement ist auf der Hauptwelle axialverschiebbar geführt und mit einem freien Ende der Schraubenfeder drehfest verbunden. Das zweite Getriebeelement steht mit dem ersten Getriebeelement in Antriebseingriff, d. h. das zweite Getriebeelement treibt das erste Getriebeelement an und versetzt dieses in eine Rotation um die Hauptwelle. Durch die drehfeste Verbindung der Schraubenfeder an ihrem festen Ende mit dem Rahmen wird die Schraubenfeder bei Einleitung eines Drehmomentes über das mit dem ersten Getriebeelement verbundene Ende gespannt bzw. entspannt.
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Die Spannvorrichtung umfasst weiterhin ein Halteelement. Das Halteelement hält das zweite Getriebeelement während des Spannvorgangs in der Position des Antriebseingriffs mit dem ersten Getriebeelement.
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Die Spannvorrichtung umfasst weiterhin ein Antriebselement. Das Antriebselement ist am zweiten Getriebeelement vorzugsweise lösbar angekoppelt, um dieses für den Spannvorgang in Rotation zu versetzen.
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Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass die Spannvorrichtung zum Spannen durch eine einzige Person bedienbar ist und weniger Kraft durch die Person aufgebracht werden muss. Dadurch wird die Sicherheit beim Vorspannen großer Schraubenfedern erhöht und es wird günstiger, schneller und einfacher, die Schraubenfedern mit der benötigten Vorspannung zu installieren.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Verzahnungsantrieb der erfinderischen Spannvorrichtung als Kegelradgetriebe ausgebildet ist und somit das erste Getriebeelement als ein Kegelrad und das zweite Getriebeelement als ein Kegelritzel gebildet sind. Die Rotationsachse des ersten Getriebeelementes und des zweiten Getriebeelementes verlaufen dabei bevorzugt senkrecht zueinander. Die Drehachse der Hauptwelle ist bevorzugt koaxial zur Rotationsachse des ersten Getriebeelementes angeordnet. Senkrecht dazu ist ein Führungszapfen zur achszentralen Lagerung des Kegelritzels angeordnet. Das Kegelrad weist eine zentrale Öffnung auf, die zur Durchführung der Hauptwelle dient. Eine zentrale Öffnung des Kegelritzels dient zur Aufnahme eines Führungszapfens und kann durch eine Durchgangsöffnung gebildet sein. So ist eine Antriebswelle, deren eines Ende als Führungszapfen ausgebildet ist, in der axialen Durchgangsöffnung des Kegelritzels anordenbar.
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Bevorzugt ist das Kegelrad mit einer Führungsbuchse verbunden. Die Führungsbuchse ist auf der Hauptwelle axialverschiebbar geführt, so dass die Führungsbuchse zusammen mit dem Kegelrad auf der Hauptwelle axialverschiebbar ist. An ihrem Außenumfang weist die Führungsbuchse eine Führungsnut auf. In der Führungsnut ist der Führungszapfen des Kegelritzels gelagert.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist das Kegelrad einstückig mit der Führungsbuchse verbunden. Auf seiner der Führungsbuchse axial abgewandten Seite weist das Kegelrad einen zylindrischen Aufnahmeabschnitt auf. An diesem Aufnahmeabschnitt ist das freie Ende der Schraubenfeder drehfest befestigt. Die Schraubenfeder ist am Aufnahmeabschnitt beispielsweise durch Anschweißen oder Nieten befestigt. Die Schraubenfeder kann in einer weiteren Ausführungsform lösbar am Aufnahmeabschnitt befestigt sein, indem sie beispielsweise verschraubt wird. Die drehfeste Verbindung der Schraubenfeder an dem Aufnahmeabschnitt überträgt ein auf das Kegelrad wirkendes Drehmoment auf die Schraubenfeder. Je nach Drehrichtung und Ausgangslage der Schraubenfeder spannt das eingeprägte Drehmoment die Schraubenfeder oder entspannt sie. Die dabei auftretende Änderung der axialen Ausdehnung der Feder führt dazu, dass sich die Position des freien Endes der Schraubenfeder entlang der Hauptwelle zwischen einer gespannten und einer entspannten Endlage verschiebt. Das Kegelrad, das mit der Schraubenfeder verbunden ist, bewegt sich also auch zwischen diesen beiden Endlagen auf der Hauptwelle. Da das Kegelrad zum Spannen oder Entspannen der Schraubenfeder mit dem Kegelritzel in Antriebseingriff steht, ist es notwendig, dass das Kegelritzel gut am Kegelrad eingreift und mit diesem mitbewegt wird. Dafür weist die Spannvorrichtung das Halteelement auf.
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Das Halteelement umfasst bevorzugt einen Bügel und eine mit dem Bügel verbundene Druckplatte. Der Bügel ist die Führungsbuchse und das Kegelritzel umgreifend anbringbar. Die Druckplatte ist bevorzugt positioniert, um in axialer Richtung eine Haltekraft auf eine der Führungsbuchse abgewandte Seite und senkrecht zu deren Rotationsachse angeordnete Bodenfläche des Kegelritzels einzuprägen. Dadurch wird der Führungszapfen, auf dem das Kegelritzel gelagert ist, in die Führungsnut der Führungsbuchse des Kegelrades eingepresst. So bleibt während des Spannens oder Entspannens der Schraubenfeder das Kegelrad mit dem Kegelritzel im Eingriff.
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Es ist weiterhin vorteilhaft ein erstes Gegenstück zwischen Bügel und Führungsbuchse anzuordnen. Ein zweites Gegenstück ist zwischen der Druckplatte und der Bodenfläche des Kegelritzels platzierbar. Die Gegenstücke unterstützen eine gleichmäßige Einleitung der Haltekraft durch das Halteelement, indem sie durch hinreichend große Kontaktflächen ausreichend große Kontaktbereiche zwischen dem Halteelement und zwischen den Getriebeelementen bilden. Die Gegenstücke weisen dafür bevorzugt eine an die Geometrie des Haltelementes und die Geometrie der Getriebeelemente angepasste Form auf und sind hinsichtlich der wirkenden Kräfte aus haltbaren Werkstoffen gebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebselement als ein Elektromotor gebildet. Auf einer Motorachse des Elektromotors ist das zweite Getriebeelement, also dass Kegelritzel, angebracht. Besonders bevorzugt wie auch zweckmäßig ist das Ende der Motorachse, auf der das zweite Getriebeelement angeordnet ist, als Führungszapfen zur Lagerung des Kegelritzels ausgebildet. Im einfachsten Fall kommt als Antriebselement eine Handbohrmaschine oder ein Akkuschrauber in Betracht.
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Eine bevorzugte Ausführung der Spannvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie weiterhin Feststellelemente aufweist. Mit den Feststellelementen ist das erste Getriebeglied an der Hauptwelle drehfest festlegbar. Ein Feststellelement kann beispielsweise ein Keil, ein Stift, eine Schraube, ein Bolzen oder dergleichen sein. Zum Feststellen ist beispielsweise eine Nut in der Hauptwelle angeordnet und korrespondierend dazu mindestens eine Durchgangsöffnung im ersten Getriebeglied. Jede der Durchgangsöffnungen erstreckt sich vorzugsweise abschnittsweise radial umlaufend entlang des Außenumfangs, im Bereich der Führungsbuchse des Kegelrades, im zylindrischen Aufnahmeabschnitt des Kegelrades oder am Kegelrad selbst. Die Durchgangsöffnungen sind beispielsweise durch Bohrungen oder Langlöcher gebildet, und dienen zur Durchführung eines Feststellelementes.
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Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das zweite Getriebeelement lösbar am ersten Getriebeelement angebracht, sodass der Antriebseingriff aufhebbar ist. Um das zweite Getriebeelement frei zu geben, sind bevorzugt der Bügel und die Druckplatte, also das Halteelement, lösbar an der Spannvorrichtung angebracht. Durch das Lösen des Halteelementes entfällt die auf die Bodenfläche des Kegelritzels eingeprägte Haltekraft. Dadurch löst sich der Führungszapfen des zweiten Getriebeelementes aus der Führungsnut des ersten Getriebeelementes, so dass das zweite Getriebeelement abnehmbar ist. Der Bügel ist mit der Druckplatte beispielsweise durch Schrauben lösbar verbunden.
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In einer abgewandelten Ausführungsform ist der Verzahnungsantrieb durch ein Schneckengetriebe gebildet, indem das erste Getriebeelement als Zahnrad und das zweite Getriebeelement als schraubenförmige Schnecke ausgebildet sind.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1: einen Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung zum Spannen einer Schraubenfeder;
- 2: eine Vorderansicht der Spannvorrichtung mit einem Halteelement.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 01 zum Spannen einer Schraubenfeder 02, die auf einer Hauptwelle 03 geführt ist. Nicht dargestellt ist der Bereich, in dem die Schraubenfeder 02 mit einem festen Ende drehfest mit einem Gehäuseteil oder einem Rahmen (nicht gezeigt) verbunden ist.
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Die Spannvorrichtung umfasst einen Verzahnungsantrieb, der durch ein erstes Getriebeelement 06 und ein zweites Getriebeelement 07 gebildet ist, wobei das erste Getriebeelement 06 als ein Kegelrad und das zweite Getriebeelement 07 als ein Kegelritzel ausgebildet sind. Die Rotationsachse des Kegelrades 06 verläuft senkrecht zur Rotationsachse des Kegelritzels 07.
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Das Kegelrad 06 ist auf der Hauptwelle 03 axialverschiebbar geführt. Dafür weist das Kegelrad 06 eine erste axiale Durchgangsöffnung 09 auf, durch die die Hauptwelle 03 verläuft.
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Das Kegelrad 06 ist an seiner von der Schraubenfeder 02 abgewandten Seite mit einer Führungsbuchse 10 verbunden. Die Führungsbuchse 10 ist vorzugsweise einstückig am Kegelrad angeformt und weist eine Führungsnut 11 auf. Die Führungsnut 11 ist radial umlaufend ausgebildet. Die zur Schraubenfeder gerichtete Seite des Kegelrades 06 weist einen zylindrischen Aufnahmeabschnitt 12 auf. Sowohl in der Führungsbuchse 10 als auch im Aufnahmeabschnitt 12 setzt sich die Durchgangsöffnung 09 fort.
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An dem Aufnahmeabschnitt 12 ist ein während des Spannvorgangs gegenüber der Hauptwelle 03 drehbares Ende der Schraubenfeder 02 befestigt, sodass wenn das erste Getriebeelement 06 rotiert, sich ein Drehmoment in die Schraubenfeder 02 überträgt. Je nach Drehrichtung des ersten Getriebeelementes 06 führt die Einprägung des Drehmomentes zum Spannen oder Entspannen der Schraubenfeder.
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Das Kegelritzel 07 weist eine zweite axiale Durchgangsöffnung 14 auf. Die zweite Durchgangsöffnung 14 dient zur Aufnahme einer Antriebswelle 15, die an einem Ende mit einem elektrischen Antrieb (nicht dargestellt) verbindbar ausgebildet ist und deren freies Ende als Führungszapfen 16 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 15 ist drehfest mit dem Kegelritzel 07 verbunden und überträgt ein Drehmoment von dem elektrischen Antrieb auf das Kegelritzel 07. Der Führungszapfen 16 des Kegelritzels 07 ist zur Führung des Kegelritzels 07 im Eingriff mit dem Kegelrad 06 in der Führungsnut 11 angeordnet. Kegelritzel, Antriebswelle und Führungszapfen können alternativ auch einstückig ausgebildet sein.
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1 zeigt weiterhin ein erstes Gegenstück 17, das an der Führungsbuchse 10 angelegt ist und einen nach Innen gerichteten Abschnitt aufweist, der in die Führungsnut 11 eingreift. Die Kontaktflächen des Gegenstückes 17 sind hinreichend groß ausgebildet, um ausreichend große Kontaktbereiche zwischen einem Halteelement 19 (2) und der Führungsbuchse 10 zu bilden.
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2 zeigt eine Vorderansicht der Spannvorrichtung 01 mit dem Halteelement 19. Das Haltelement 19 umfasst einen Bügel 20 und eine Druckplatte 21. Der Bügel 20 umgreift die Führungsbuchse 10 und das Kegelritzel 07. Die Druckplatte 21 ist an der Bodenfläche des Kegelritzels 07 angeordnet. Der Bügel 20 und die Druckplatte 21 sind vorzugsweise lösbar angebracht, um das Kegelritzel 07 freizugeben. Durch das Halteelement 19 bleibt das Kegelrad 06 mit dem Kegelritzel 07 im Antriebseingriff, insbesondere wenn das Kegelrad 06 entlang der Hauptwelle 03 zwischen einer gespannten und entspannten Lage seine Position ändert.
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Der Antriebseingriff zwischen dem Kegelrad 06 und dem Kegelritzel 07 ist aufhebbar, sobald das Halteelement 19 gelöst wird und damit keine Haltekraft auf das Kegelritzel 07 und die Führungsbuchse 10 des Kegelrades 06 einwirkt. Die lösbare Verbindung kann beispielsweise durch Schrauben gebildet sein.
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2 zeigt auch die Antriebsachse 15, die durch die zweite Durchgangsöffnung 14 des Kegelritzels 07 verläuft und in der Führungsnut 11 geführt ist. An dem Ende der Antriebswelle 15, das in der Führungsnut 11 angeordnet ist, ist die Antriebswelle 15 als Führungszapfen 16 ausgebildet.
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Weiterhin zeigt 2, dass zusätzlich zum ersten Gegenstück 17 ein zweites Gegenstück 23 angeordnet ist. Die beiden Gegenstücke 17, 23 sind in Bezug auf die Antriebsachse 15 axial beabstandet, gegenüberliegend angeordnet, wobei das zweite Gegenstück 23 zwischen der Bodenfläche des Kegelritzels 07 und der Druckplatte 21 des Halteelementes 19 angeordnet ist. Die Kontaktflächen des zweiten Gegenstückes 23 sind hinreichend groß ausgebildet, um ausreichend große Kontaktbereiche zwischen dem Halteelement 19, insbesondere der Druckplatte 21, und der Bodenfläche des Kegelritzels 07 zu bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 01 -
- Spannvorrichtung
- 02 -
- Schraubenfeder
- 03 -
- Hauptwelle
- 04 -
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- 05 -
- -
- 06 -
- Kegelrad
- 07 -
- Kegelritzel
- 08 -
- -
- 09 -
- erste Durchgangsöffnung
- 10 -
- Führungsbuchse
- 11 -
- Führungsnut
- 12 -
- Aufnahmeabschnitt
- 13 -
- -
- 14 -
- zweite Durchgangsöffnung
- 15 -
- Antriebswelle
- 16 -
- Führungszapfen
- 17 -
- erstes Gegenstück
- 18 -
- -
- 19 -
- Halteelement
- 20 -
- Bügel
- 21 -
- Druckplatte
- 22 -
- -
- 23 -
- zweites Gegenstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014013449 A1 [0004]
- DE 102013101083 A1 [0005]
- DE 202012005626 U1 [0006]
- DE 202011050354 U1 [0007]
- US 7909305 B2 [0008]
- DE 102012104673 B3 [0010, 0012]
- US 3651719 [0011, 0012]
