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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bewegen einer linear geführten, beweglichen Einrichtungskomponente relativ zu einer positionsfesten Einrichtungskomponente, umfassend eine Reibeinrichtung mit einem eine ebene Reibfläche aufweisenden Reibelement, das an der einen Einrichtungskomponente festzulegen oder festgelegt ist, und einem drehbaren Reibrad mit einer zugeordneten runden Reibfläche, das drehbar an der anderen Einrichtungskomponente festzulegen oder festgelegt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Solche Bewegungsanordnungen umfassend eine Reibeinrichtung, die oft auch Reibradgetriebe genannt wird, sind bekannt und dienen beispielsweise der Verstellung von Mikroskoptischen oder Ähnlichem. Die Reibeinrichtung umfasst ein Reibelement, das eine ebene Reibfläche aufweist. Dieses Reibelement befindet sich an der ersten, beweglichen Einrichtungskomponente. Weiterhin umfasst die Reibeinrichtung ein drehbares Reibrad. Dieses weist eine z. B. zylindrische Reibfläche auf, die unter Druck auf der ebenen Reibfläche des Reibelements aufliegt. Wird das relativ zur beweglichen ersten Einrichtungskomponente positionsfeste Reibrad gedreht, so wird die erste Einrichtungskomponente aufgrund des Reibschlusses längs ihrer Linearführung relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente verschoben. Diese Verschiebung kann in beide Richtungen erfolgen, je nachdem, in welche Richtung das Reibrad gedreht wird. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Anordnung respektive einer solchen Reibeinrichtung ist bekannt. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in
DE 30 25 974 A1 beschrieben.
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Wesentlich für eine exakte Bewegung und damit Positionierung der beiden Einrichtungskomponenten relativ zueinander ist ein stets gegebener Reibschluss, damit eine Drehbewegung spiel- und schlupffrei in eine Linearbewegung übersetzt werden kann. Dies ist jedoch bei bekannten Anordnungen nicht immer gegeben. Die Verwendung von Zahnrädern und Zahnstangen als Ersatz für eine Reibeinrichtung erfüllen die gesetzten Anforderungen nicht.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Bewegungsanordnung anzugeben.
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Beschreibung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Reibelement über ein oder mehrere Federelemente gegen das Reibrad gespannt ist.
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Erfindungsgemäß wird das die ebene Reibfläche aufweisende Reibelement, also der Reibbelag, über ein oder, bevorzugt, mehrere Federelemente gegen das Reibrad angefedert und gespannt, so dass es mit einem definierten, hohen Druck gegen das Reibrad anliegt. Dies hat den Vorteil, dass stets ein gleichmäßiger Druck zwischen Reibrad und Reibfläche gegeben ist, der sich auch bei Langzeiteinsatz nicht ändert, ebenso wenig bei etwaigen, aus einem Langzeiteinsatz resultierenden Änderungen der Materialeigenschaften der Reibpartner. Hierüber wird somit sichergestellt, dass stets ein definierter Reibschluss mit einem gleichmäßigen Druck zwischen Reibrad und dem Reibbelag gegeben ist, der wiederum eine spiel- und schlupffreie Übersetzung der Drehbewegung in die Linearbewegung ermöglicht.
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Als Federelement oder Federelemente können unterschiedliche Bauteile verwendet werden, die entsprechende elastische, rückstellende Eigenschaften aufweisen. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann das oder jedes Federelement eine Schraubenfeder sein, denkbar ist auch die Verwendung einer Tellerfeder oder eines Tellerfederpakets, also entsprechender Federelemente aus Metall, die hinsichtlich ihrer Federkennwerte entsprechend gewählt sind. Kommen mehrere Federelemente zum Einsatz, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn das Reibelement entsprechend lang ist, so sind diese Federelemente äquidistant über die Länge verteilt positioniert.
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Alternativ dazu kann das oder jedes Federelement auch ein aus einem komprimierbaren Material bestehendes Festkörperelement sein. Ein solches Festkörperelement kann beispielsweise ein geeigneter, blockförmiger Körper aus einem elastischen Material wie beispielsweise einem Elastomer oder dergleichen sein. Auch über ein solches Festkörperelement kann eine definierte Rückstellkraft erzeugt werden. Bevorzugt kommt in einem solchen Fall ein Festkörperelement zum Einsatz, das das Reibelement über seine gesamte Länge trägt, so dass es über seine gesamte Länge unterstützt und angefedert ist.
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Das Reibelement kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an einem es tragenden Haltebauteil vorgesehen sein, an welchem Haltebauteil das oder die Federelemente angeordnet sind und gegen das das Reibelement beweglich ist, welches Haltebauteil an der Einrichtungskomponente festzulegen oder festgelegt ist. Das Haltebauteil stellt also einen Federelementträger dar, an dem die Federelemente angeordnet respektive abgestützt sind, und an dem auch das Reibelement angeordnet ist. Das Reibelement kann also relativ zum Halteelement einfedern. Das Haltebauteil dient gleichzeitig als Montageschnittstelle zur Einrichtungskomponente. Es handelt sich bei diesem bevorzugt um ein Metallbauteil, es kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein. Wie das Reibelement weist auch das Haltebauteil bevorzugt eine längliche Form auf, so dass die Federelemente, seien es separate Federelemente oder ein einzelnes Federelement aus einem Festkörper, entsprechend positioniert und verteilt werden können.
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Alternativ zur Verwendung eines solchen Haltebauteils ist es denkbar, das Reibelement auch direkt an der Einrichtungskomponente, an der das oder die Federelemente angeordnet sind, anzuordnen. In diesem Fall sind also an der Einrichtungskomponente selbst entsprechende Aufnahmen oder Abschnitte zur Anbringung des oder der Federelemente vorgesehen, die wiederum das Reibelement tragen.
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Das Reibelement selbst ist bevorzugt auf oder an einem oder mehreren Führungselementen linear geführt. Über diese lineare Führung wird sichergestellt, dass das Reibelement nicht relativ zur Einrichtungskomponente verkippen kann, wenn es belastet wird. Als ein solches Führungselement kann bevorzugt ein Führungsstift verwendet werden, der entweder am Haltebauteil, sofern dieses vorgesehen ist, oder direkt an die Einrichtungskomponente angeordnet ist. Werden solche Führungsstifte verwendet, so können, wenn Schrauben- oder Tellerfedern verwendet werden, diese auf die Führungsstifte aufgeschoben sein, so dass die Anfederung direkt im Bereich der Linearführung erfolgt.
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Alternativ zur Verwendung solcher Führungselemente ist es auch denkbar, dass das Reibelement das Haltebauteil oder einen Führungsabschnitt der Einrichtungskomponente außenseitig umgreift und über den Umgriff linear geführt ist. Bei dieser Alternative weist das Reibelement selbst einen entsprechenden, axial zur Stellrichtung verlaufenden Führungsabschnitt auf, beispielsweise in Form eines umlaufenden Axialflansches, der das Haltebauteil, das eine formkompatible Außenform aufweist, umgreift, so dass über diesen quasi formschlüssigen Umgriff die Linearführung realisiert ist. Ist das Reibelement direkt an der Einrichtungskomponente angeordnet, so weist die Einrichtungskomponente einen entsprechenden Führungsabschnitt auf. Hier wird also auf separate Führungselemente wie beispielsweise die Führungsstifte, die am Halteelement oder an der Einrichtungskomponente anzuordnen sind und in entsprechende, sie aufnehmende Bohrungen am Reibelement eingreifen, verzichtet.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das oder die Federelemente und/oder das oder die Führungselemente in einer oder mehreren Ausnehmungen oder Bohrungen am Haltebauteil oder der ersten Einrichtungskomponente aufgenommen sind. Auf diese Weise kann eine einfache Anordnung und Lagerung der Feder- oder Führungselemente erfolgen, wobei, wie bereits ausgeführt, die als Schraubenfedern oder Torsionsfedern ausgeführten Federelemente die als Führungsstifte ausgeführten Führungselemente bevorzugt konzentrisch umgeben.
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Dabei kann die Anordnung derart getroffen sein, dass die Führungselemente in Form der Führungsstifte fest am Reibbelag angeordnet sind und in entsprechenden Bohrungen am Haltebauteil respektive der Einrichtungskomponente axial beweglich geführt sind, oder umgekehrt.
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Neben der Anordnung selbst betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung umfassend eine bewegliche Einrichtungskomponente und eine positionsfeste Einrichtungskomponente, beispielsweise in Form eines Mikrokops mit einem in wenigstens einer Ebene bewegbaren Mikroskoptisch, wobei das Mikroskopgestell die positionsfeste Einrichtungskomponente und der Tisch die bewegliche Einrichtungskomponente darstellt. Andere Anordnungen, bei denen die bewegliche Einrichtungskomponente ein Schlitten ist, der ein Vorrichtungselement trägt, sind gleichermaßen denkbar. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung, gleich welcher Art sie ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Einrichtungskomponenten über eine Anordnung der vorbeschriebenen Art derart miteinander gekoppelt sind, dass die bewegliche Einrichtungskomponente durch Drehen des Reibrads linear relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente bewegbar ist. Dabei kann das Reibelement an der beweglichen Einrichtungskomponente angeordnet sein, während das Reibrad positionsfest an der positionsfesten Einrichtungskomponente drehgelagert ist. Bei einer Drehung des Reibrads wird folglich das Reibelement samt der beweglichen Einrichtungskomponente verschoben. Die Anordnung kann aber auch umgekehrt sein, das heißt, dass das Reibelement an der positionsfesten Einrichtungskomponente angeordnet ist, während das Reibrad an der beweglichen Einrichtungskomponente drehgelagert ist. Hier wird das Reibrad bei einer Drehung zusammen mit der beweglichen Einrichtungskomponente linear relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente und damit zum Reibbelag bewegt.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine weitere zweite, an der beweglichen ersten Einrichtungskomponente linear geführte, bewegliche Einrichtungskomponente aufweisen, die unter einem Winkel relativ zur ersten Einrichtungskomponente bewegbar ist, wobei die zweite Einrichtungskomponente mit der ersten Einrichtungskomponente über eine zweite Anordnung der vorbeschriebenen Art gekoppelt ist, wobei bei Betätigung der ersten Anordnung die erste und die zweite Einrichtungskomponente gemeinsam relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente und bei Betätigung der zweiten Anordnung die zweite Einrichtungskomponente relativ zur ersten Einrichtungskomponente bewegbar ist. Diese Vorrichtung weist also einen XY-Tisch oder zwei XY-Schlitten auf, die unter einem Winkel, üblicherweise 90°, relativ zueinander bewegbar sind. Über die erste Reibanordnung werden beide Einrichtungskomponenten bei Drehung des ersten Reibrades relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente, also beispielsweise dem Mikroskopgestell, verschoben. Bei Drehung des zweiten Reibrades der zweiten Anordnung wird hingegen die zweite Einrichtungskomponente relativ zur ersten Einrichtungskomponente verschoben. Auf diese Weise kann über die beiden separat betätigbaren Reibräder die Anordnung der Einrichtungskomponenten relativ zueinander im zulässigen Verstellumfang verstellt werden.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn die beiden Reibräder auf einer gemeinsamen Achse liegen, mithin also koaxial zueinander angeordnet sind. Die beiden Reibbeläge stehen unter dem definierten Winkel zueinander, also beispielsweise unter 90°. Bei dieser Ausgestaltung ist der Reibbelag der ersten Anordnung positionsfest an der positionsfesten Einrichtung angeordnet, während der Reibbelag der zweiten Anordnung an der zweiten beweglichen Einrichtungskomponente angeordnet ist. Beide Reibräder sind an der ersten Einrichtungskomponente drehgelagert. Wird nun das erste Reibrad der ersten Anordnung gedreht, so werden beide Einrichtungskomponenten relativ zur positionsfesten Einrichtungskomponente bewegt, infolge der Drehlagerung der beiden Reibräder an der ersten Einrichtungskomponente werden diese mitbewegt. Wird das zweite Reibrad der zweiten Anordnung gedreht, so bleiben beide Reibräder positionsfest, da die erste Einrichtungskomponente nicht bewegt wird, sondern nur die den Reibbelag aufweisende zweite Einrichtungskomponente.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
- 1 eine Perspektivansicht eines Halteelements mit daran angeordnetem, vorgespannten Reibelement,
- 2 eine Schnittansicht durch das Halteelement nebst Reibelement gemäß 1 in Richtung der Linie II - II,
- 3 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung umfassend eine Anordnung zum Bewegen entsprechender Einrichtungskomponenten mit zwei erfindungsgemäßen Reibeinrichtungen, und
- 4 eine teilgeschnittene Prinzipdarstellung der koaxial angeordneten Reibräder.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt als Teil einer Reibeinrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung zum Bewegen einer linear geführten, beweglichen Einrichtungskomponente relativ zu einer positionsfesten Einrichtungskomponente ein Halteelement 1, an dem ein längliches Reibelement 2 mit einer ebenen Reibfläche 3 angeordnet ist. Das Halteelement 1 ist hier als quaderförmiges Bauteil ausgeführt, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff. Wie der Schnittansicht gemäß 2 zu entnehmen ist, weist es eine Ausnehmung 4 auf, die der Außenform des länglichen Reibelements 2 entspricht, welches in der Ausnehmung 4 im Wesentlichen formschlüssig aufgenommen ist. Das Reibelement 2, das aus einem entsprechend gute Reibeigenschaften aufweisenden Material besteht, ist innerhalb der Ausnehmung 4 relativ zum Halteelement 1 beweglich.
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Zu seiner Linearführung sind im gezeigten Beispiel zwei Führungselemente 5 in Form zweier Führungsstifte 6 vorgesehen, die in entsprechenden Führungsbohrungen 7 im Halteelement 1 aufgenommen sind. In diesen sind sie beispielsweise beweglich geführt. Das andere Ende der Führungsstifte 6 ist in entsprechenden Sackbohrungen 8 am Reibelement 2 aufgenommen und darin befestigt.
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Vorgesehen sind ferner zwei Federelemente 9, hier beispielsweise in Form von Schraubenfedern 10, gegen die das Reibelement 2 zum Halteelement 1 hin beweglich ist. Über diese Schraubenfedern 10 wird folglich das Reibelement 2 in Richtung des hier nicht gezeigten Reibrads respektive der auf der ebenen Reibfläche 3 reibenden runden Reibfläche des drehbaren Reibrads hin angefedert, also vorgespannt. Die Schraubenfedern 10 sind beispielsweise in einer entsprechenden, etwas erweiterten Bohrung 11 im Halteelement 1 aufgenommen und befestigt. Sie umgeben die Führungsstifte 6, sind also konzentrisch dazu angeordnet.
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Über diese Federelemente 9 respektive Schraubenfedern 10 kann nun ein definierter Druck zwischen dem Reibelement 2 und dem Reibrad eingestellt und aufrecht erhalten werden, auch bei Langzeitanwendungen. Hierüber wird ein spiel- und schlupffreier Stellbetrieb der über eine entsprechende Reibeinrichtung zu stellenden Komponenten ermöglicht.
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Anstelle der in 2 gezeigten Ausgestaltung mit zwei Führungsstiften ist es bei einem längeren Reibelement auch denkbar, dieses auch über drei oder mehr Führungsstifte zu lagern. In diesem Fall sind dann natürlich auch entsprechend mehrere Federelemente verwendbar.
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Alternativ besteht des Weiteren die Möglichkeit, anstelle der Verwendung separater Federelemente zwischen das Halteelement 1 und das Reibelement 2 ein einzelnes, großflächiges Festkörperelement aus einem komprimierbaren, elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer oder Gummi, zu setzen, das die Rückstellkraft aufbaut. In diesem Fall findet also eine großflächige Lagerung statt.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 12, die beispielsweise Teil eines Mikroskops ist und einen XY-Tisch darstellt. Die Vorrichtung 12 umfasst zum einen eine positionsfeste Einrichtungskomponente 13, beispielsweise ein Mikroskopgestell. An diesem ist eine erste Linearführungsschiene 14 angeordnet, auf der eine erste bewegliche Einrichtungskomponente 15 über entsprechende Linearführungsschlitten 16 linear geführt ist. Die Einrichtungskomponente 15 ist natürlich über zwei solche Linearführungsschienen 14 linear geführt, in 3 ist aus Ansichtsgründen nur die eine dargestellt.
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An der ersten Einrichtungskomponente 15 sind zwei weitere Linearführungsschienen 17 angeordnet, auf denen entsprechende Linearführungsschlitten 18 laufen, die wiederum an einer zweiten Einrichtungskomponente 19, also dem zweiten Teil des XY-Tischs, angeordnet sind.
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Aufgrund der jeweiligen Linearführungen ist es möglich, beide Einrichtungskomponenten 15, 19 entlang der Linearführungsschienen 14 zu verschieben, während die zweite Einrichtungskomponente 19 über die Linearführungsschienen 17 separat relativ zur ersten Einrichtungskomponente 15 verschoben werden kann.
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Für diese Bewegung sind zwei separate Reibeinrichtungen vorgesehen, nämlich eine erste Reibeinrichtung 20 mit einem über ein erstes Handrad 21 drehbaren ersten Reibrad 22 mit einer ersten zylindrischen Reibfläche, das bzw. die auf einem ebenen ersten Reibelement 23 läuft, sowie eine zweite Reibeinrichtung 24 umfassend ein über ein zweites Handrad 25 drehbares zweites Reibrad 26 mit einer zylindrischen zweiten Reibfläche, das bzw. die auf einem ebenen zweiten Reibelement 27 läuft. Die beiden Reibräder 22, 26 sind separat voneinander drehbar, so dass die jeweiligen Reibeinrichtungen 20, 24 separat betätigt werden können.
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Der Reibbelag 23 der ersten Reibeinrichtung 20 ist in einem Halter 31 angeordnet, der über entsprechende Befestigungsbohrungen 28 (siehe die 1 und 2, die diese Kombination aus Halteelement und Reibelement zeigen) an der positionsfesten Einrichtungskomponente 13 befestigt ist.
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Das zweite Reibelement 27 ist an einem Halteelement 29 angeordnet, das in vergleichbarer Weise an der Unterseite der zweiten Einrichtungskomponente 19 befestigt ist. Auch diese Kombination aus Halteelement und Reibelement entspricht der Ausgestaltung, wie in den 1 und 2 gezeigt.
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Die beiden Reibräder 22, 26 sind mit einer Antriebswelle 30 gekoppelt, um sie über die jeweiligen Handräder 21, 25 drehen zu können. Die Antriebswelle 30 ist fest mit dem zweiten Handrad 25 verbunden, siehe 4. Sie durchsetzt das erste Handrad 21, das auf der Antriebswelle 30 drehgelagert ist und läuft in einen Halter 31, wo die Antriebswelle 30 drehgelagert ist. Am Ende der Antriebswelle 30 ist das Reibrad 26 ausgebildet. Die Antriebswelle 30 kann über das Handrad 25 gedreht werden, ohne dass es zu einem Bewegung des Handrads 21 kommt, und umgekehrt. Das Handrad 21 seinerseits ist mit dem ihm nachgeschalteten Reibrad 22 verbunden.
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Über den Halter 31 ist die in 4 gezeigte Reibradanordnung fest mit der ersten Einrichtungskomponente 15 verbunden.
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Sollen nun beide Einrichtungskomponenten 15, 19 parallel zur Zeichenebene horizontal verschoben werden, so wird das erste Handrad 21 gedreht. Hierbei reibt das Reibrad 22 auf dem Reibelement 23. Dieses ist jedoch positionsfest, so dass die Handradanordnung gemäß 4 nebst beider Einrichtungskomponenten 15, 19 horizontal verschoben werden, die Reibradanordnung bewegt sich also mit.
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Soll nun nur die zweite Einrichtungskomponente 19 relativ zur ersten Einrichtungskomponente 15 bewegt werden, so wird das zweite Handrad 25 gedreht, so dass das Reibrad 26 rotiert. Es reibt auf dem Reibelement 27, was dazu führt, dass die Einrichtungskomponente 19 über die Linearführungsschiene 17 senkrecht zur Zeichenebene relativ zur positionsfesten ersten Einrichtungskomponente 15 verschoben wird. Die Handradanordnung ist hierbei in Ruhe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halteelement
- 2
- Reibelement
- 3
- Reibfläche
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Führungselement
- 6
- Führungsstift
- 7
- Führungsbohrung
- 8
- Sackbohrung
- 9
- Federelement
- 10
- Schraubenfeder
- 11
- Bohrung
- 12
- Vorrichtung
- 13
- Einrichtungskomponente
- 14
- Linearführungsschiene
- 15
- Einrichtungskomponente
- 16
- Linearführungsschlitten
- 17
- Linearführungsschiene
- 18
- Linearführungsschlitten
- 19
- Einrichtungskomponente
- 20
- Reibeinrichtung
- 21
- Handrad
- 22
- Reibrad
- 23
- Reibbelag
- 24
- Reibeinrichtung
- 25
- Handrad
- 26
- Reibrad
- 27
- Reibelement
- 28
- Befestigungsbohrung
- 29
- Halteelement
- 30
- Antriebswelle
- 31
- Halter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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