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Die Erfindung betrifft das Gebiet von Zahnstangen, die in einem Lenksystem eines Fahrzeugs verwendet werden, und betrifft insbesondere die Herstellung der Zahnstangen.
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Ein Lenksystem eines Fahrzeugs hat das Ziel, es einem Fahrer zu ermöglichen, eine Bahn des Fahrzeugs zu steuern, indem ein Orientierungswinkel der Räder des Fahrzeugs mit einem Lenkrad modifiziert wird. Der Orientierungswinkel der Räder ist insbesondere mit einem Winkel des Lenkrads verbunden. Der Fahrer modifiziert den Winkel des Lenkrads, indem er eine Kraft auf das Lenkrad ausübt.
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Im Allgemeinen umfasst ein Lenksystem mehrere Elemente, darunter das Lenkrad, eine Zahnstange und zwei Räder, die jeweils mit einer Lenkstange verbunden sind. Die Zahnstange ist das Stück, welches das Manövrieren der Räder gestattet, d.h. welches das Modifizieren des Orientierungswinkels der Räder über die Lenkstangen gestattet. Die Zahnstange transformiert eine Variation des Winkels des Lenkrads in eine Variation der Rotation der Räder des Fahrzeugs.
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Die Herstellung der Zahnstange umfasst insbesondere einen Bohrschritt, bei dem eine zylindrische Stange in eine Spannvorrichtung zwischen einer ersten Backe und einer zweiten Backe eingeführt wird. Die erste Backe und die zweite Backe umfassen jeweils einen Halteteil, der die Form einer Vertiefung aufweist und der glatt ist. Die Stange wird derart positioniert, dass eine Außenfläche der Stange mit den Halteteilen in Kontakt steht, und dass ein Bogen der Stange in Bezug auf die Backen vorspringt.
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Die erste Backe und die zweite Backe werden dann miteinander verspannt, um die Stange in einer bestimmten Position zu halten.
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Schließlich wird ein Bohrer quer zu einer Elongationsachse der Stange verschoben, um eine Bearbeitung des Bogens der Stange zu bewirken. Der Bohrer ist ein Stück, das mit einer Serie von scharfen Zähnen versehen ist. Eine Passage des Bohrers über den Bogen bewirkt ein Abziehen von Material der Stange bei der Passage jedes der Zähne des Bohrers. Nach der Passage des Bohrers weist die Stange eine Verzahnung auf, daher wird von einer Zahnstange gesprochen.
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Somit umfasst die Zahnstange eine Verzahnung. Die Zahnstange hat eine Zylinderform, die in ihrer Elongationsachse abgeschnitten ist und deren Durchmesser allgemein zwischen 22 mm und 34 mm liegt. Die Zahnstange misst allgemein zwischen 400 mm und 900 mm in ihrer Elongationsachse. Sie ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.
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Die Verzahnung umfasst eine Vielzahl von Zähnen, die sich in einer Achse quer zur Elongationsachse der Zahnstange erstrecken. Ein Zahn hat eine Länge gleich der Sehne des Bogens der Stange. Jeder Zahn ist von dem benachbarten Zahn durch einen Zahngrund getrennt.
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Bei der Passage des Bohrers über den Bogen der Stange übt der Bohrer eine Kraft im Wesentlichen tangential zu der Stange aus, welche die Stange in ihrer Elongationsachse in Drehung versetzen kann, und dies ungeachtet des Haltens durch die Backen. Dieses Versetzen der Stange in Drehung bewirkt eine Erzeugung von Defekten auf der Ebene der Verzahnung und eine Abnutzung der hergestellten Zahnstange.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zur Gänze oder teilweise zu beheben, indem eine Spannvorrichtung vorgeschlagen wird, die eine Verbesserung des Haltens der Stange während des Bohrschritts gestattet.
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Die Erfindung hat als Aufgabe eine Spannvorrichtung einer Stange mit zylindrischer Form, umfassend eine erste Backe und eine zweite Backe, die in Bezug auf die erste Backe bewegbar ist, wobei jede Backe mit einem Spannkörper und mindestens einer Bohrfläche versehen ist, die sich in derselben Bohrebene erstreckt, wobei mindestens eine der beiden Backen einen Halteteil umfasst, der die Form einer Vertiefung aufweist, die dazu bestimmt ist, durch Formkomplementarität mit der Stange zusammenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteteil mit mindestens einem Halteelement versehen ist, das dazu bestimmt ist, sich bei einem Spannen der Stange in der Spannvorrichtung zu verformen.
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Somit ermöglicht das mindestens eine Halteelement, zum Beispiel bei einem Bohrschritt, das Halten der Stange, die dazu bestimmt ist, eine Zahnstange zu bilden, durch die Spannvorrichtung zu verbessern. Das Halteelement ermöglicht es daher, eine Drehung der Stange in ihrer Elongationsachse zu vermeiden, wenn sie zwischen der ersten Backe und der zweiten Backe blockiert wird, und dass eine Kraft quer zu ihrer Elongationsachse auf sie ausgeübt wird. Dies tritt zum Beispiel bei einem Bohrschritt ein.
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Genauer gesagt verformt sich das mindestens eine Halteelement, beim Spannen der Stange in der Spannvorrichtung, leicht, um eine Bildung von Kontaktpunkten zwischen der Stange und dem Halteteil zu begünstigen.
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Tatsächlich ermöglicht die Verformung eine Einstellung des Halteelements auf eine Form der Stange. Mit anderen Worten, die Verformung ermöglicht eine Anpassung des Halteelements an die Stange, indem verbleibende Variationen, die mit Herstellungstoleranzen verbunden sind, der Form der Stange und des Halteteils berücksichtigt werden.
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Außerdem sind die Kontaktpunkte zwischen der Stange und dem Halteteil zahlreich, und außerdem wird die Stange, durch ein Reibungsphänomen, in dem Halteteil blockiert.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung umfasst das mindestens eine Halteelement mindestens einen freien Anschlag.
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Somit weist das Haltelement mindestens einen freien Anschlag auf, das heißt, einen Anschlag, der nicht mit dem Halteteil in Kontakt steht. Der freie Anschlag kann sich beim Spannen der Stange in der Spannvorrichtung verformen.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung erstreckt sich der mindestens eine freie Anschlag in einer Elongationsachse des Halteelements.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung hat ein Querschnitt in einer Ebene im Wesentlichen quer zu einer Elongationsachse des Halteelements des mindestens einen Halteelements im Wesentlichen eine quadratische Form.
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Somit hat das Halteelement im Wesentlichen die Form eines Parallelogramms, das zwei freie Anschläge aufweist.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung umfasst der Halteteil eine Vielzahl von Halteelementen.
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Somit wird der Halt der Stange zwischen der ersten Backe und der zweiten Backe verbessert.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung ist die Vielzahl von Halteelementen regelmäßig über den Halteteil verteilt.
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Somit führen die Halteelemente zu einer Erhöhung und zu einer besseren Verteilung der Kontaktpunkte zwischen dem Halteteil der Stange, ohne den Halteteil fragiler zu machen.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung wird das mindestens eine Halteelement durch eine Ausnehmung des Halteteils gebildet.
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Somit erzeugt die Ausnehmung in dem Halteteil um die Ausnehmung eine Fragilitätszone, welche die Verformung der Ränder der Fragilitätszone gestattet. Tatsächlich kann sich ein Material des Halteteils in der Richtung der Ausnehmung derart verformen, dass die Fragilitätszone perfekt die Form der Stange annimmt.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung wird das mindestens eine Halteelement durch eine Folge von Kerben gebildet.
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Die Folge von Kerben begünstigt eine leichte Verformung des Halteteils beim Spannen der Stange zwischen der ersten Backe und der zweiten Backe. Auf diese Weise wird der Halteteil perfekt an die Form der Stange angepasst. Somit führt die Folge von Kerben zu einer Erhöhung und einer besseren Verteilung der Kontaktpunkte, d.h. der Reibungen, zwischen dem Halteteil und der Stange.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung wird das mindestens eine Halteelement durch eine Nut gebildet.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung erstreckt sich die mindestens eine Nut in einer Elongationsachse des Halteteils.
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Die Elongationsachse des Halteteils entspricht einer Elongationsachse der Stange, wenn die Stange zwischen die erste Backe und die zweite Backe eingesetzt wird.
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Wenn eine Kraft im Wesentlichen tangential zu der Stange auf die Stange ausgeübt wird, oder wenn die auf die Stange ausgeübte Kraft die Stange in ihrer Elongationsachse in Drehung versetzt, begünstigt somit die mindestens eine Nut eine leichte Verformung des Halteteils auf der Ebene der Nut in einer Elongationsachse der Nut. Auf diese Weise wird das Versetzen in Drehung blockiert.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung erstreckt sich die mindestens eine Nut in einer Achse quer zu einer Elongationsachse des Halteteils.
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Somit wird eine leichte Verformung des Halteteils in einer Achse quer zu einer Elongationsachse des Halteteils begünstigt.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung ist die mindestens eine Nut eine gerade Nut.
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Somit kann die mindestens eine Nut leicht in dem Halteteil durch Fräsen hergestellt werden.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung ist jede Backe mit einem Halteteil versehen, der die Form einer Vertiefung aufweist, die dazu bestimmt ist, durch die Formkomplementarität mit der Stange zusammenzuwirken.
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Somit wird die Stange, die eine zylindrische Form aufweist, mindestens teilweise von den Backen umgeben, wenn sie in die Spannvorrichtung eingeführt wird.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung umfasst der Halteteil jeder Backe mindestens ein Halteelement.
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Somit wird der Halt der Stange verbessert.
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Gemäß einer Charakteristik der Erfindung sind zwei benachbarte Nuten durch einen Winkel zwischen 4° und 17° getrennt.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung besser verständlich, die sich auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht, welche als nicht einschränkendes Beispiel angegeben wird und mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen schematischen Zeichnungen erläutert wird, in denen:
- 1 eine Abbildung einer Spannvorrichtung gemäß der Erfindung ist, gesehen von vorne, wobei eine Stange vor einem Bohrschritt eingesetzt ist;
- 2 eine Seitenansicht der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung bei dem Bohrschritt der Stange ist;
- 3 eine Abbildung der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung ist, gesehen von vorne, wobei eine Stange nach dem Bohrschritt eingesetzt ist;
- 4 eine Seitenansicht der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung nach einem Bohrschritt der Stange ist;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Backe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 6 auch eine perspektivische Ansicht der Backe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 7 eine Seitenansicht der Backe von 5 gemäß der Erfindung ist;
- 8 ein Detail von 7 ist;
- 9 einen Abdruck der Kontaktpunkte zwischen einem Halteteil einer ersten Backe und einer zweiten Backe gemäß dem Stand der Technik mit einer Stange darstellt;
- 10 einen Abdruck der Kontaktpunkte zwischen einem Halteteil einer ersten Backe und einer zweiten Backe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Stange darstellt;
- 11 eine perspektivische Ansicht einer Backe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 12 eine perspektivische Ansicht einer Backe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Eine Herstellung einer Zahnstange, die dazu bestimmt ist, in einem Automobilfahrzeug installiert zu werden, umfasst insbesondere einen Bohrschritt, bei dem eine Stange 1 in eine Spannvorrichtung 10 eingeführt wird. 1 bis 4 veranschaulichen eine Spannvorrichtung 10 gemäß der Erfindung, in die eine Stange vor und nach dem Bohrschritt eingesetzt ist.
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Die Stange 1 vor dem Bohren hat eine zylindrische Form. Eine Länge der Stange 1 wird in einer Elongationsachse der Stange 1 definiert.
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Die Spannvorrichtung 10 umfasst eine erste Backe 11 und eine zweite Backe 12, die in Bezug auf die erste Backe 11 bewegbar ist, zwischen denen die Stange 1 positioniert ist.
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Die erste Backe 11 und die zweite Backe 12 sind jeweils mit einem Spannkörper 13, mit einer Bohrfläche 14 und mit einem Halteteil 15 versehen.
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5 bis 8, 11 und 12 stellen genauer eine Backe 11, 12 gemäß der Erfindung dar. Da die erste Backe 11 und die zweite Backe 12 im Wesentlichen symmetrisch sind, veranschaulichen 5 bis 8, 11 und 12 die erste Backe 11 oder die zweite Backe 12. Die nachstehende Beschreibung erfolgt mit Bezugnahme auf die erste Backe 11, wobei eine identische Beschreibung für die zweite Backe 12 erfolgen kann.
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Der Spannkörper 13 ermöglicht die Fixierung der ersten Backe 11 an der Spannvorrichtung 10. Zu diesem Zweck umfasst der Spannkörper 13 Fixieröffnungen 13'.
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Die Bohrfläche 14 erstreckt sich in einer Bohrebene. Die Bohrfläche 14 ist mit Stufen versehen, die sich in einer Achse quer zu einer Elongationsachse des Halteteils 15 erstrecken.
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Der Halteteil 15 hat die Form einer Vertiefung, die dazu bestimmt ist, durch die Formkomplementarität mit der Stange 1 zusammenzuwirken. Somit ist ein Durchmesser des Halteteils 15 im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Stange 1.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform, wie in 5 bis 8 dargestellt, ist der Halteteil 15 mit einer Vielzahl von Halteelementen mit der Form von Nuten 20 versehen, die sich in der Elongationsachse des Halteteils 15 erstrecken, d.h. in der Elongationsachse der Stange 1, wenn die Stange 1 in die Spannvorrichtung 10 eingeführt wird. Die Vielzahl von Nuten 20 ist regelmäßig über den Halteteil 15 verteilt.
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Jede Nut 20 ist eine gerade Nut 20, deren Querschnitt in einer Ebene quer zu einer Elongationsachse der Nuten im Wesentlichen eine quadratische Form aufweist. Jede Nut 20 ist unter einem Winkel α von 6,75° beabstandet. Jede Nut 20 weist zwei freie Anschläge 23 auf.
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Beim Einsetzen der Stange 1 in die Spannvorrichtung wird die Stange 1 derart positioniert, dass eine Außenfläche der Stange 1 mit den Halteteilen 15 der ersten Backe 11 und der zweiten Backe 12 in Kontakt steht, und dass ein Bogen der Stange 1 in Bezug auf die Backen 11, 12 vorspringt. Anders ausgedrückt, die Backen 11, 12 umgeben teilweise die Stange 1 derart, dass ein Bogen der Stange 1 in Bezug auf die Bohrfläche 14 vorspringt.
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Die erste Backe 11 und die zweite Backe 12 werden dann in Bezug aufeinander verspannt, um die Stange 1 in einer bestimmten Position zu halten. Die erste Backe 11 wird an die zweite Backe 12 angenähert, um einen Druck auf die Stange 1 auszuüben.
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Schließlich wird ein Bohrer 30 quer zur Elongationsachse der Stange 1 in der Bohrebene verschoben, um eine Bearbeitung des Bogens der Stange 1 zu bewirken.
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Der Bohrer 30 ist ein Stück, das mit einer Serie von scharfen Zähnen 31 versehen ist. Ein Führen des Bohrers 30 über den Bogen führt zu einem Ablösen von Material von der Stange 1 bei der Passage jedes der Zähne 31 des Bohrers.
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Beim Führen des Bohrers 30 über den Bogen der Stange 1 übt der Bohrer eine Kraft β im Wesentlichen tangential zur Stange 1 aus.
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Indem sie eine leichte Verformung des Halteteils 15 begünstigen, führen die Nuten 20 zu einer Erhöhung und einer besseren Verteilung der Kontaktpunkte 40, d.h. der Reibungen, zwischen den Halteteilen 15 und den Backen 11, 12 und der Stange 1.
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Die Verteilung der Kontaktpunkte 41 zwischen den Backen 50, die einen glatten Halteteil aufweisen, wird in 9 dargestellt. Es handelt sich um eine Backe 50 des Standes der Technik. Es wird festgestellt, dass die Kontaktpunkte 41 ungleichmäßig über die Fläche des Halteteils verteilt sind.
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Die Verteilung der Kontaktpunkte 40 zwischen den Backen 11, 12, die einen Halteteil 15 aufweisen, der Nuten 20 umfasst, wie in der Erfindung beschrieben, wird in 10 dargestellt. Somit wird eine Anwesenheit von Kontaktpunkten 40 im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Nuten 20 festgestellt. Auf diese Weise sind die Kontaktpunkte 40 homogener über die Fläche des Halteteils 15 verteilt.
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Nach der Passage des Bohrers 30 weist die Stange 1 eine Verzahnung 60 auf, daher wird von einer Zahnstange gesprochen.
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Die Zahnstange hat die Form eines Zylinders, der in seiner Elongationsachse abgeschnitten ist, wie dies bereits in einer Schnittansicht in 4 dargestellt wurde.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, ist der Halteteil 15 mit einer Vielzahl von Halteelementen mit der Form von Nuten 20, die sich in der Elongationsachse des Halteteils 15 erstrecken, und mit einer Vielzahl von Halteelementen mit der Form von Nuten 21, die sich in einer Elongationsachse quer zur Elongationsachse des Halteteils 15 erstrecken, versehen. Die Vielzahl von Nuten 20, 21 ist regelmäßig über den Halteteil 15 verteilt. Die Vielzahl von Nuten 20, 21 weist zwei freie Anschläge 23 auf.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform, wie in 12 dargestellt, ist der Halteteil 15 mit einer Vielzahl von Halteelementen versehen, die eine Folge von Kerben 22 bilden, welche sich in der Elongationsachse des Halteteils 15 erstrecken. Die Folge von Kerben 22 ist regelmäßig über den Halteteil 15 verteilt. Die Vielzahl von Nuten 20, 21 weist zwei freie Anschläge 23 auf.
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Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, die beschrieben und in den beigeschlossenen Figuren dargestellt werden. Modifikationen bleiben möglich, insbesondere vom Standpunkt der Bildung der verschiedenen Elemente oder durch den Ersatz durch äquivalente Techniken, ohne jedoch vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
