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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- und Abwickeln eines langgestreckten, flexiblen Elementes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweisend ein freies Ende und ein räumlich festgelegtes Ende.
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Bei dem langestreckten flexiblen Element handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches Kabel oder einen Schlauch, das/der bei Nichtgebrauch platzsparend aufgewickelt werden soll. Um das jeweilige langgestreckte flexible Element in Gebrauch zu nehmen, wird es in der Vorrichtung abgewickelt, um so seine volle Länge nutzen zu können. Bei derartigen Vorrichtungen zum Auf- und Abwickeln von langgestreckten flexiblen Elementen werden oftmals rotierbare Trommeln verwendet, auf welche das langgestreckte flexible Element mit einer oder mehreren Wicklungen aufgewickelt wird. Dabei weist das abwickelbare langgestreckte flexible Element ein freies Ende auf, das typischerweise mit einem Anschluss- oder Dosierelement versehen ist. Bei einem elektrischen Kabel ist dies beispielsweise ein elektrischer Stecker oder eine Buchse, während bei einem Schlauch ein Dosierelement zur Entnahme eines Fluids vorgesehen ist. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder ein Gas wie Luft.
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An dem anderen Ende des langgestreckte flexible Elementes, welches dem freien Ende gegenüber liegt, befindet sich dann typischerweise der Anschluss an eine Quelle. Bei einem elektrischen Kabel handelt es sich beispielsweise um eine Stromquelle, während es sich bei einem Schlauch um eine Fluidquelle handelt. Wird eine Vorrichtung mit einem aufrollbaren elektrischen Ladekabel jedoch beispielsweise fest in ein Elektrofahrzeug integriert, wobei sich die Vorrichtung insbesondere im Kofferraum befinden kann, ist dieses Ende des langgestreckten flexiblen Elementes nicht an eine Stromquelle angeschlossen, sondern an ein Batterieladesystem zum Laden eines Akkumulators des Fahrzeugs. In diesem Fall dient das Anschlusselement am freien Ende des Ladekabels zum Anschluss an eine Stromquelle. Das andere Ende des langgestreckten flexiblen Elementes, welches dem freien Ende mit dem Anschlusselement gegenüber liegt, ist räumlich festgelegt und steht gegenüber der rotierbaren Trommel fest. Das langgestreckte flexible Element erstreckt sich in einem ersten Abschnitt von dem festgelegten Ende zu der Trommel, bevor es in einem zweiten Abschnitt auf diese aufgewickelt ist. Wird der zweite Abschnitt mit dem freien Ende von der Trommel abgewickelt, dreht sich die Trommel und der erste Abschnitt verdreht sich aufgrund seines festgelegten Endes um die Längsachse des langgestreckten flexiblen Elementes. Auf diese Weise erfährt der Anschluss an dem festgelegten Ende eine Verdrehung, die zu einer negativen Beanspruchung und sogar Beschädigung des Anschlusses führen kann.
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Um diesem Problem zu begegnen ist aus dem Stand der Technik die Verwendung von Anschlusskupplungen bekannt, die eine Verdrehung des langgestreckten flexiblen Elementes gegenüber dem festgelegten Ende erlauben. Derartige Kupplungssysteme sind jedoch sehr aufwendig und schadensanfällig. Bei Schläuchen zum Führen eines Fluids besteht beispielsweise die Gefahr einer Leckage, während bei elektrischen Kabeln hohe Kontaktwiderstände das Risiko von Feuer und Nutzerverletzungen mit sich bringen.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Vorrichtungen zum Auf- und Abwickeln von Kabeln und Schläuchen daher noch Raum für Verbesserungen. Dies ist insbesondere bei elektrischen Ladekabeln zur Verwendung beim Ladevorgang von Elektrofahrzeugen der Fall. Vor allem für das Schnellladen werden Kabel mit großen Außendurchmessern in der Größenordnung von wenigstens 2 cm eingesetzt. Diese sind sehr steif und ihre Verdrehung bewirkt ein hohes Drehmoment auf den Anschluss an einem räumlich festgelegten Ende.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auf- und Abwickeln eines langgestreckten, flexiblen Elementes bereitzustellen, mit der sich das genannte Problem der nachteiligen Verdrehung ohne aufwändige Kupplungssysteme lösen lässt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweils abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum platzsparenden Auf- und Abwickeln eines langgestreckten, flexiblen Elementes, aufweisend ein freies Ende und ein räumlich festgelegtes Ende. Räumlich festgelegt bedeutet hierbei, dass sich das betreffende Ende nicht frei bewegen kann, sondern wenigstens seine Lage im Raum ist fest, so dass es sich zum Beispiel nicht um seine Achse drehen kann. Unter Umständen steht auch seine Position im Raum fest, wenn das räumlich festgelegte Ende z.B. an einer stationären Einrichtung befestigt ist. Erfindungsgemäß teilt sich das langgestreckte flexible Element über seine Länge wenigstens in einen Gebrauchsabschnitt und einen Kompensationsabschnitt auf, wobei der Gebrauchsabschnitt das freie Ende aufweist, während das räumlich festgelegte Ende am Kompensationsabschnitt vorgesehen ist. Bei dem langgestreckten flexiblen Element handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Kabel oder einen Schlauch. Bei einem Kabel ist an dessen freien Ende als Anschlusselement beispielsweise ein elektrischer Stecker oder eine Buchse angebracht. Bei einem Schlauch kann das Anschlusselement als Dosierelement ausgebildet sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der äußere Durchmesser des langgestreckten Elementes größer als 1 cm, insbesondere größer als 2 cm. Bei derartigen Dimensionen kann das langgestreckte flexible Element besonders große Verdrehungen erfahren, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bei solchen langgestreckten flexiblen Elementen besonders vorteilhaft einsetzbar ist.
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Die Vorrichtung sieht eine rotierbare Trommel vor, die dazu ausgebildet ist, auf ihrem Umfang wenigstens den Gebrauchsabschnitt in einer ersten Wickelebene auf- und abzuwickeln, wobei das Ende des Kompensationsabschnitts gegenüber dieser Trommel räumlich festgelegt ist. Das langgestreckte flexible Element weist somit in seiner Gesamtheit zwei Enden auf, ein freies Ende und ein gegenüberliegendes Ende, welches gegenüber der Trommel räumlich festgelegt ist, d.h. es steht gegenüber der Trommel fest und bewegt sich nicht mit. Das langgestreckte flexible Element teilt sich dabei über seine Länge in zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Funktionen auf. Ein Gebrauchsabschnitt wird für den Gebrauch des langgestreckte flexible Elementes auf- und abgewickelt, während ein Kompensationsabschnitt zur Kompensation von dadurch entstehenden Verdrehungen im Element dient.
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Das langgestreckte flexible Element ist im Übergang von dem Gebrauchsabschnitt zu dem Kompensationsabschnitt in einem Befestigungspunkt an der Trommel fixiert, und der Kompensationsabschnitt ist bei Rotation der Trommel in Form wenigstens einer Schlinge in einer zweiten Wickelebene auf- und abrollbar. Wird der Gebrauchsabschnitt z.B. von der Trommel abgewickelt, rotiert der Befestigungspunkt um die Drehachse der Trommel. Da das Ende des Kompensationsabschnitts gegenüber der Trommel feststeht, führt dies zu einer Verdrehung des Kompensationsabschnitts um die Längsachse des Elementes. Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfährt das räumlich feststehende Ende jedoch kein Drehmoment, da sich der Kompensationsabschnitt in Form wenigstens einer Schlinge in einer zweiten Wickelebene aufrollen kann. Der Kompensationsabschnitt hat hierfür eine entsprechende Länge, welche das Formen wenigstens einer Schlinge ermöglicht. Die Verdrehung des Elementes wird so in wenigstens eine Schlinge umgesetzt, wodurch sich weniger oder sogar gar kein Drehmoment auf das festgelegte Ende und einen dortigen Anschluss überträgt. Beim Auf- und Abrollen des Gebrauchsabschnitts vergrößert und verkleinert sich die Schlinge bzw. die Anzahl der Schlingen im Kompensationsabschnitt vergrößert und verkleinert sich.
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In einer Ausführungsform der Erfindung verläuft die zweite Wickelebene parallel zur ersten Wickelebene. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Wickelebenen möglichst platzsparend realisiert werden können. Ferner kann der Übergang des langgestreckten flexiblen Elementes von der ersten Wickelebene in die zweite Wickelebene auf einfache Weise ohne aufwändige Umlenkungen ausgestaltet werden. Beispielsweise liegt die zweite Wickelebene auf einer Stirnseite der Trommel.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass vom Befestigungspunkt ausgehend der Gebrauchsabschnitt in der ersten Wickelebene und der Kompensationsabschnitt in der zweiten Wickelebene entgegengesetzte Wickelrichtungen haben. Dies ermöglicht ebenfalls einen einfachen Übergang des langgestreckten flexiblen Elementes von der ersten Wickelebene in die zweite Wickelebene, wobei sich der Kompensationsabschnitt aufwickelt, wenn der Gebrauchsabschnitt abgewickelt wird. Wird der Gebrauchsabschnitt wieder aufgewickelt, wickelt sich der Kompensationsabschnitt hingegen ab. Für ein Aufwickeln des Gebrauchsabschnitts kann die Trommel vorzugsweise einen Antrieb aufweisen, der manuell oder motorisch angetrieben ausgeführt ist. Das Auf- und Abwickeln des Kompensationsabschnitts erfolgt hingegen passiv als Folge der Bewegung des Befestigungspunktes an der Trommel.
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Die platzsparende und möglichst knotenfreie Wicklung des Kompensationsabschnitts in der zweiten Wickelebene kann durch verschiedene Mittel unterstützt werden. Beispielsweise weist die zweite Wickelebene eine Wickelhilfe auf, um welche sich die wenigstens eine Schlinge des Kompensationsabschnitts aufrollt, wenn der Gebrauchsabschnitt vom Umfang der Trommel abwickelt. Beim Zusammenziehen der Schlinge bzw. bei der Aufwicklung zu mehreren Schlingen werden die Schlingen daher innen durch eine Wickelhilfe begrenzt. Diese Wickelhilfe kann beispielsweise durch eine durchgehende Begrenzungswandung oder einzelne Begrenzungselemente gebildet sein. Als Begrenzungselemente kommen beispielsweise mehrere Stifte in Betracht, die geometrisch so zueinander angeordnet sind, dass sich der Kompensationsabschnitt um die Stifte herum aufwickelt. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Stifte vorgesehen, wobei eine höhere Anzahl von Stiften die Wicklung des Kompensationsabschnitts verbessert. Beispielsweise sind mehrere Stifte in einem Polygon oder Kreis angeordnet.
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Ferner kann die zweite Wickelebene eine äußere Begrenzung aufweisen, welche den Kompensationsabschnitt innerhalb der zweiten Wickelebene hält. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn sich die wenigstens eine Schlinge des Kompensationsabschnitts beim Abwickeln in der zweite Wickelebene maximal aufweitet. Damit der Kompensationsabschnitt die zweite Wickelebene dabei nicht verlässt, wird er durch die äußere Begrenzung daran gehindert. Bei dieser äußeren Begrenzung kann es sich wiederum um eine durchgehende Wandung handeln, die eine Art Gehäuse für die zweite Wickelebene bildet. Doch auch hier können wieder nur einzelne Begrenzungselemente zur Anwendung kommen, die geometrisch so zueinander angeordnet sind, dass sie den Kompensationsabschnitt in der zweiten Wickelebene halten.
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Um das langgestreckte flexible Element von der ersten Wickelebene in die zweite Wickelebene zu überführen bzw. umgekehrt sind vorzugsweise entsprechende Führungen vorgesehen, in denen das langgestreckte flexible Element geführt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verläuft das langgestreckte flexibel Element daher in wenigstens einer Führung, durch welche es im Übergang zwischen der ersten Wickelebene und der zweiten Wickelebene geführt ist.
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Der Befestigungspunkt im Übergang zwischen Gebrauchsabschnitt und Kompensationsabschnitt liegt vorzugsweise auf dem Umfang der Trommel. Beide Abschnitte verlaufen dann im Befestigungspunkt tangential zum Umfang der Trommel, wobei der Kompensationsabschnitt in der Nähe des Befestigungspunktes in die zweite Wickelebene überführt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden. Beispielsweise ist die Vorrichtung in ein Elektrofahrzeug integriert und weist als langgestrecktes flexibles Element ein elektrisches Ladekabel auf. Dieses Ladekabel kann mithilfe der Vorrichtung sehr komfortabel für den Gebrauch abgewickelt werden, während es bei Nichtgebrauch wieder zurück auf die Trommel aufgewickelt wird. Von der Erfindung umfasst ist daher auch ein Elektrofahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das räumlich festgelegte Ende des Kompensationsabschnitts zum Laden von Akkumulatoren des Elektrofahrzeugs fest mit einem entsprechenden Batterieladesystem des Fahrzeugs verbunden ist. Die Vorrichtung kann ferner in eine stationäre elektrische Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs integriert sein. In einem solchen Fall ist das feste Ende des Kompensationsabschnitts fest mit einer Stromquelle verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit aufgewickeltem Gebrauchsabschnitt in einer Aufsicht,
- 2 eine Vorrichtung gemäß 1 mit teilweise abgewickeltem Gebrauchsabschnitt,
- 3 eine Vorrichtung gemäß 1 mit vollständig abgewickeltem Gebrauchsabschnitt,
- 4 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung gemäß 1, und
- 5 eine schematische vergrößerte Ansicht des Übergangs eines langgestreckten Elementes zwischen zwei Wickelebenen.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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Das Funktionsprinzip der Erfindung wird anhand der schematischen Darstellungen der 1-5 erläutert. Dabei zeigt 1 eine Aufsicht auf eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Auf- und Abwickeln eines langgestreckten, flexiblen Elementes. Das langgestreckte flexible Element teilt sich dabei über seine Länge auf in einen Gebrauchsabschnitt 22, der gestrichelt dargestellt ist, und einen Kompensationsabschnitt 21, der mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Das langgestreckte flexible Element ist an einem Befestigungspunkt 40 mit einer rotierbaren Trommel 11 verbunden, von der in der Aufsicht der 1 eine Stirnseite zu sehen ist. Der Kompensationsabschnitt 21 erstreckt sich zwischen diesem Befestigungspunkt 40 und einem räumlich festgelegten Ende 20 des Kompensationsabschnitts, welches fest an eine andere Konstruktion angebunden ist. Diese Konstruktion ist in der 1 nicht dargestellt und kann beispielsweise durch ein Elektrofahrzeug, eine Stromquelle oder eine elektrische Ladestation gebildet sein, wenn es sich bei dem langgestreckten flexiblen Element um ein elektrisches Kabel handelt. Bei einem langgestreckten flexiblen Element in Form eines Schlauchs ist die Konstruktion, an welche das räumlich festgelegte Ende 20 angeschlossen ist, beispielsweise eine Fluidquelle für eine Flüssigkeit oder ein Gas. Das räumlich festgelegte Ende 20 steht dabei gegenüber der rotierbaren Trommel 11 fest.
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Der Gebrauchsabschnitt 22 erstreckt sich zwischen dem Befestigungspunkt 40 und einem freien Ende 23 des langgestreckten flexiblen Elementes, an welchem ein Anschlusselement angebracht ist. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren handelt es sich bei diesem Anschlusselement beispielhaft um einen elektronischen Stecker, der an dem langgestreckten, flexiblen Element wie z.B. einem Ladekabel angebracht ist. Der Gebrauchsabschnitt 22 ist auf den Umfang der Trommel 11 aufgewickelt, wobei er in der Situation der 1 fast vollständig auf die Trommel 11 aufgewickelt ist, so dass er sich in einem Zustand des Nichtgebrauchs befindet. Der Gebrauchsabschnitt 22 ist dabei in einer ersten Wickelebene aufgewickelt.
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Der Kompensationsabschnitt 21 ist relativ lang und bildet in diesem Zustand eine große, lose Schlaufe, die in einer zweiten Wickelebene liegt. Dabei muss eine Schlaufe nicht unbedingt geschlossen sein, sondern es kann sich zumindest im abgewickelten Zustand auch um eine offene Schlaufe handeln, die sich dann beim Aufwickeln zu einer oder mehreren Schlaufen zusammenzieht. Die zweite Wickelebene verläuft parallel zur ersten Wickelebene, wobei sie im Ausführungsbeispiel der Figuren oberhalb der ersten Wickelebene der Trommel 11 verläuft. Dies wird insbesondere in der dreidimensionalen Ansicht der 4 deutlich.
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Auf einer Stirnseite der Trommel 11 ist eine Wickelhilfe für den Kompensationsabschnitt 21 angebracht, wobei es sich um vier Stifte handelt, die von der Stirnseite, die auch als Oberseite bezeichnet werden kann, abstehen. Einer dieser Stifte ist als Wickelhilfe exemplarisch mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet. Optional ist ferner eine äußere Begrenzung vorgesehen, welche den Kompensationsabschnitt 21 in der zweiten Wickelebene hält. Diese Begrenzung z.B. in Form einer Umrandung oder eines Gehäuses ist in den Figuren nicht dargestellt. Die aufgeweitete Schlaufe des Kompensationsabschnitts 21 bleibt dabei in der zweiten Wickelebene und rutscht nicht in die erste Wickelebene zu dem Gebrauchsabschnitt 22, auch wenn der Radius der Schlaufe größer als der Radius der Trommel 11 wird.
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Die Trommel 11 weist ferner eine Führung 31 auf, die in der Prinzipdarstellung der Figuren vereinfacht durch zwei Stifte gebildet ist. Das langgestreckte flexible Element ist zwischen den beiden Stiften hindurchgeführt, wodurch der Kompensationsabschnitt 21 ausgehend vom Befestigungspunkt 40 von der ersten Wickelebene auf dem Umfang der Trommel 11 in die zweite Wickelebene auf der Stirnseite der Trommel 11 geführt ist. Die Führung 31 befindet sich am Rand der Stirnseite der Trommel 11. Um das langgestreckte flexible Element möglichst ohne Knicke zwischen den Wickelebenen zu überführen, ist die Trommel 11 im Bereich des Übergangs mit einer Einkerbung 32 versehen. Die Einkerbung 32 verläuft zwischen Umfang und Stirnseite der Trommel, so dass das langgestreckte flexible Element vom Umfang der Trommel 11 durch die Einkerbung 32 auf die Stirnseite der Trommel 11 geführt ist.
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Der 5 ist eine schematische Darstellung der Einkerbung 32 in einer radialen Sicht auf den Umfang der Trommel 11 zu entnehmen. Die Einkerbung 32 kann eine Abrundung aufweisen, an welcher das Element dabei entlangläuft. Der Befestigungspunkt 40 liegt vorzugsweise an einem Ende dieser Abrundung, so dass das langgestreckte flexible Element vom Befestigungspunkt 40 aus direkt zu der Abrundung geführt wird.
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1 zeigt eine Situation, in welcher der Gebrauchsabschnitt 22 fast vollständig in seiner ersten Wickelebene auf den Umfang der Trommel 11 aufgewickelt ist. In diesem Zustand ist der Kompensationsabschnitt 21 entspannt und liegt in einer großen Schlaufe in der zweiten Wickelebene. 2 zeigt eine Situation, in welcher der Gebrauchsabschnitt 22 teilweise vom Umfang der Trommel 11 abgewickelt ist, was durch einen Pfeil dargestellt ist. Dabei dreht sich die Trommel 11 entsprechend einer ebenfalls dargestellten Pfeilrichtung. Durch die Rotation des Befestigungspunktes 40 um die Drehachse der Trommel 11 zieht sich die Schlaufe des Kompensationsabschnitts 21 zu, wodurch die Verdrehung des Kompensationsabschnitt 21 kompensiert wird. Dabei zieht sich die Schlaufe um die Wickelhilfe 30 herum zusammen.
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Der 3 ist zu entnehmen, dass sich bei vollständig abgewickeltem Gebrauchsabschnitt 22 im Kompensationsabschnitt 21 mehrere Schlaufen gebildet haben, die um die Wickelhilfe 30 gewickelt sind. 4 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung 10 in der Situation der 3. Von der Situation der 1 zur Situation der 3 hat sich eine Schlaufe im Kompensationsabschnitt 21 daher verkleinert bzw. es haben sich mehrere Schlaufen gebildet. Beim Aufwickeln des Gebrauchsabschnitts 22 wird dieser Vorgang umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wickelvorrichtung
- 11
- Trommel
- 20
- Ende des Kompensationsabschnitts, Anschluss
- 21
- Kompensationsabschnitt
- 22
- Gebrauchsabschnitt
- 23
- Ende des Gebrauchsabschnitts, Anschlusselement
- 30
- Wickelhilfe, Stift
- 31
- Führung
- 32
- Einkerbung
- 40
- Befestigungspunkt
