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Technisches Umfeld
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Die Erfindung betrifft eine Lagerbaueinheit vorzugsweise zum Einsatz in der Medizintechnik zur Verschwenkung zweier an der Lagerbaueinheit festgelegten Tragarmausleger um eine definierte gemeinsame Drehachse mit einem ersten inneren Lagerteil, welches an dem ersten Tragarmausleger und einem äußeren zweiten Lagerteil, welches am zweiten Tragarmausleger festgelegt ist, wobei zwischen beiden Lagerteilen ein an einem der Lagerteile lösbar festgelegtes Koppelelement angeordnet ist, welches die beiden Lagerteile im zusammengebauten Zustand der Lagerbaueinheit in axialer Längsrichtung der Drehachse zueinander fixiert.
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Stand der Technik
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Lagerbaueinheiten der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art sind prinzipiell aus dem Stand der Technik in unterschiedlicher Ausgestaltung bekannt und haben sich durchaus bewährt.
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Sie stellen dabei in der Regel vorkonfektionierte Baueinheiten dar, die oftmals als Zukaufteile in unterschiedlichen Industriebereichen unter anderem immer dort, wo Tragarmsysteme zum Einsatz kommen, Verwendung finden. Die Tragarmsysteme können dabei aus einer Mehrzahl von Tragarmsegmenten bestehen, die untereinander mittels der in Rede stehenden Lagerbaueinheiten verbunden sind und somit eine Relativbewegung zueinander erlauben.
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Die Medizintechnik fordert bei allen in diesem Bereich eingesetzten Komponenten eine entsprechende Erstfehler- bzw. Ausfallsicherheit. Diese soll beispielsweise verhindern, dass bei Ausfall der Lagerbaueinheit ein Eintrag am Segment plötzlich unkontrolliert seine Position verlässt, was zu Personen und Materialschäden führen kann.
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Die angesprochene Fehler- bzw. Ausfallsicherheit beinhaltet auch eine Rückmeldung an das Bedienpersonal über den aufgetretenen Fehler.
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Allgemein kann eine Ausfallsicherheit zum einen durch Redundanz von Systemen erzielt werden. Dies bedeutet, dass eine durch technische Gegebenheiten realisierte Funktion parallel durch zwei nebengeordnete Systeme umgesetzt wird. Eine derartige Sicherheitsphilosophie ist beispielsweise im Flugzeugbau üblich.
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Darüber hinaus existiert als alternative Lösung zur Herbeiführung einer Erstfehlersicherheit die Möglichkeit, die realisierte Funktion bei Fehlern außer Betrieb zu setzen, wobei gleichzeitig für den Nutzer der Vorrichtung eine Weiternutzung verhindert wird, eine Gefährdung ausgeschlossen ist und letztendlich für den Nutzer eine Rückmeldung über die Fehlfunktion infolge der fehlenden Weiternutzungsmöglichkeit erfolgt.
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Beispielhaft sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass aus dem Stand der Technik sogenannte Absturzsicherungen für Tragarmbestandteile bekannt sind, bei denen innen oder außen liegende Stahlseile verwendet werden, die im Falle einer Fehlfunktion verhindern, dass Bauteile unkontrolliert ihre Position verlassen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den geschilderten Anforderungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lagerbaueinheit der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass sie durch einfache und kostengünstige konstruktive Maßnahmen bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion sowohl außer Funktion gesetzt wird, d.h. ein Absturz des an der Vorrichtung festgelegten Tragarmauslegers im Extremfall verhindert wird und darüber hinaus der Nutzer auf die entsprechende Nichtfunktion der Vorrichtung aufmerksam gemacht wird.
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Die Lösung soll darüber hinaus die Möglichkeit bieten, gegebenenfalls eine leichte Nachrüstung bestehender Vorrichtungen durch Austausch entsprechender Lagerbaueinheiten zu ermöglichen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 für eine Lagerbaueinheit durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches offenbarte technische Lehre gelöst.
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Erfindungswesentlich dabei ist es, dass die Lagerbaueinheit mit einer Sicherheitsvorrichtung zur Erkennung und Begrenzung von Bewegungen der beiden Lagerteile in axialer Richtung ihrer gemeinsamen Drehachse versehen ist.
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Die Kombination aus gattungsbildenden und erfindungswesentlichen Merkmalen, wie sie im Hauptanspruch beschrieben ist, ermöglicht im betriebsbereiten Zustand der Lagerbaueinheit, dass die beiden daran angeordneten Tragarmausleger um die vertikale Drehachse der Lagerbaueinheit frei schwenkbar sind.
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Sollten die in einer festen axialen Position ihrer gemeinsamen Drehachse festgelegten Lagerteile im Worst Case ihre Position zueinander verändern, so ermöglicht die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung eine Außerbetriebsetzung der Lagerbaueinheit und eine Rückmeldung an den Nutzer des angeschlossenen Tragarmsystems.
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Die in den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen zusätzlichen beschriebenen Merkmalskombinationen offenbaren spezielle Ausgestaltungen der im Anspruch 1 allgemein beschriebenen technischen Lehre.
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Es hat sich insbesondere unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten und Kostengründen als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sicherheitsvorrichtung eine um die Drehachse der Lagerbaueinheit umlaufende, im mit dem ersten Tragarmausleger fest verbundenen Lagerteil oder Koppelteil eingebrachten Ringabsatz aufweist, der in axialer Richtung der Drehachse über einem im zweiten, mit dem zweiten Tragarmausleger fest verbundenen Lagerteil befindlichen Sicherungsstift angeordnet ist, wobei das vordere freie Ende des Sicherungsstiftes den Ringabsatz umfangsmäßig untergreift, und dass radial am Umfang des Ringabsatzes eine Mehrzahl mit ihrer Mittellängsachse zur Drehachse gerichtete Ausnehmungen angeordnet sind, deren jeweilige Breite geringfügig geringer bemessen ist als der Außendurchmesser des Sicherungsstiftes.
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Das oben beschriebene Worst-Case-Szenario, d.h. im speziellen Fall eine Veränderung der Position eines Tragarmauslegers in axialer Richtung der Drehachse der Lagerbaueinheit gegenüber dem anderen Tragarmausleger führt zu einer Anlage des Sicherungsstiftes am Ringabsatz. Eine Verdrehung der beiden Lagerteile ist um einen bestimmten Drehwinkel zunächst in diesem Stadium noch möglich. Dieser Drehwinkel ist dadurch begrenzt, dass das vordere freie Ende des Sicherungsstiftes in eine der Ausnehmungen eingreift, die über den Umfang des Ringabsatzes in diesem ausgespart sind. Das Eingreifen des Sicherungsstiftes in die Ausnehmung führt zu einer geringfügigen weiteren Lageänderung der Lagerteile zueinander und gleichzeitig zu einer Blockierung der Drehbewegung. Diese Blockierung signalisiert dem Nutzer eine entsprechende Fehlfunktion der Vorrichtung.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Anordnung von vier Ausnehmungen in radialgleichen Abständen von 90° über den Umfang des Ringabsatzes für die Funktion der Sicherheitsvorrichtung ausreichend ist.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Sicherheitsvorrichtung hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Ringabsatz die obere seitliche Begrenzung einer umlaufenden Ringnut bildet, deren Breite geringfügig größer bemessen ist als der Durchmesser des diese Ringnut hineinragenden vorderen Endes des Sicherungsstiftes. Die beschriebene Gestaltung ermöglicht ein Einbau der erfindungsgemäßen Lagerbaueinheit um 180° gedreht, sodass die an jeder Lagerbaueinheit vorhandenen Lochkreise unterschiedlichen Durchmessers zum Anschluss der Tragarmausleger je nach Anwendungsfall so angeordnet werden können, dass beispielsweise sich der kleinere Lochkreisdurchmesser an der Oberseite oder der Unterseite der Lagerbaueinheit befindet.
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Aus fertigungstechnischer Sicht hatte sich darüber hinaus als zweckmäßig erwiesen, die Ausnehmungen als Sacklochbohrungen auszuführen, deren Mittellinie in der Mitte der Breite der Ringnut diese kreuzend verläuft, wobei der Durchmesser der Sacklochbohrungen größer bemessen ist als die Breite der Ringnut.
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Alternativ zu der angesprochenen konstruktiven Ausgestaltung sieht eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung vor, die Mittellinie der Sacklochbohrungen außermittig zur Ringnut anzuordnen, wobei die Mittellinie die Drehachse der Lagerbaueinheit schneidet.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sieht vor, den Sicherungsstift als Gewindestift auszubilden, der in einer Gewindebohrung im zweiten, mit dem zweiten Tragarmausleger verbundenen Lagerteil verstellbar in seinem Maß, mit dem er am freien Ende den Ringabsatz untergreift, eingeschraubt ist.
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Figurenbeschreibung
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerbaueinheit,
- 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der zum Erfindungsgegenstand gehörenden Sicherheitsvorrichtung und
- 3 eine perspektivische Explosionsteildarstellung des oberen Seitenbereiches der erfindungsgemäßen Lagerbaueinheit.
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Die in der 1 dargestellte in ihrer Gesamtheit mit 1 gekennzeichnete Lagerbaueinheit besteht im Wesentlichen aus einem ersten inneren Lagerteil 2, einem zweiten äußeren Lagerteil 3 und einem zwischen den beiden Lagerbaueinheiten 2 und 3 angeordneten Koppelelement 4. Die gesamte Lagerbaueinheit 1 ist konstruktiv so gestaltet, dass das Koppelelement 4 nach dem Ineinanderschieben des inneren Lagerteil 2 und des äußeren Lagerteil 3 in axialer Richtung der gemeinsamen Drehachse 14 mittels einer Gewindepaarung 11 mit dem inneren Lagerteil 2 verschraubt wird.
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Zu diesem Zweck besteht die Gewindepaarung 11 aus einem an der Innenseite des Koppelelementes 4 zur mittigen Drehachse 14 angeordneten inneren Feingewinde, welches mit einem an der Außenseite des inneren Lagerteils 2 befindlichen korrespondierenden Außengewinde verschraubt wird. Das Koppelelement 4 weist somit die Form einer Gewindemutter auf, die auf das innere Feingewinde des inneren Lagerteils 2 aufgeschraubt wird.
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An der unteren, zum Innern der Lagerbaueinheit 1 gerichteten Ringfläche 15 befindet sich ein erstes Gleitlager 5, welches auf einem zum Inneren der Lagerbaueinheit vorstehenden Absatz 16 am äußeren Lagerteil 3 aufliegt. An der gegenüberliegenden Unterseite des Absatzes 16 befindet sich ein weiteres Gleitlager 6, welches wiederum von oben gesehen auf einem nach außen vorstehenden Vorsprung 17 des inneren Lagerteil 2 aufliegt. Die beiden Gleitlager 5 und 6 werden gemeinsam durch das Koppelelement 4 spielfrei eingestellt, indem das Koppelelement 4 mittels der Gewindepaarung 11 in den oberen Zwischenraum zwischen innerem Lagerteil 2 und äußerem Lagerteil 3 eingeschraubt wird.
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Durch die beschriebene konstruktive Gestaltung entsteht eine kompakte Lagerbaueinheit, die in vielen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt wird.
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Eines der Einsatzgebiete der Lagerbaueinheit 1 ist dabei die Möglichkeit, eine Verschränkung zweier an der Lagerbaueinheit 1 festgelegten Tragarmausleger um eine definierte gemeinsame Drehachse 14 zu ermöglichen. Die genannten Tragarmausleger sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 näher dargestellt, da sie darüber hinaus nicht Erfindung wesentlich sind.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein erster Tragarmausleger mithilfe der Gewindebohrungen 7, die auf einem konzentrisch zur Drehachse 14 angeordneten Radius beabstandet zueinander mit ihrer Öffnung zur Oberseite der Lagerbaueinheit 1 angeordnet sind, dargestellt.
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Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, durch eine andere konstruktive Ausgestaltung die Gewindebohrung 7 zur Befestigung des ersten Tragarmauslegers an der oberen Ringfläche der ersten Lagerbaueinheit anzuordnen. Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform ermöglicht eine im Durchmesser große Innenbohrung 18 der Lagerbaueinheit 1, wodurch das Hindurchführen von elektrischen Versorgungs- und Steuerleitungen erleichtert wird.
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Der zweite Tragarmausleger wird an die Lagerbaueinheit 1 mittels der Gewindebohrung 8 in den äußeren Lagerteil 3 angebunden. Die Gewindebohrungen 8 sind dabei in Analogie zu den Gewindebohrungen 7 auf einem konzentrisch zur Drehachse 14 angeordneten Ringkreis mit ihrer Öffnung zur Unterseite der Lagerbaueinheit 1 in das äußere Lagerteil 3 eingebracht.
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Um eine Verschmutzung der Gleitlager 5 und 6 auszuschließen, befinden sich in Längsrichtung der Lagerbaueinheit 1 gesehen oberhalb und unterhalb der Gleitlager 5 und 6 jeweils eine Dichtung 9 bzw. 10, die in Form von O-Ringen ausgebildet sind. Die Dichtung 9 ist dabei zwischen der Außenseite des Koppelelementes 4 und der Innenseite des äußeren Lagerteil 3 angeordnet, wohingegen die Dichtung 10 den Spalt zwischen der Außenseite des inneren Lagerteil 2 und der Innenseite des äußeren Lagerteil 3 verschließt. Beide Dichtungen 9 und 10 sind in entsprechend dimensionierten ringförmigen Aufnahmenuten im äußeren Lagerteil 3 aufgenommen.
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Die gestiegenen gesetzlichen Anforderungen an den Einsatz der geschilderten Lagerbaueinheit 1 insbesondere im Bereich der Medizintechnik machen es erforderlich, die eingesetzte Lagerbaueinheit im Hinblick auf ihre Funktion zu überwachen und bei Funktionsfehlern eine Außerbetriebsetzung bei gleichzeitiger Rückmeldung über den Funktionsfehler an das Bedienpersonal zu versehen. Diese Anforderung wird bei der erfindungsgemäßen Lagerbaueinheit 1 durch den Einbau einer in ihrer Gesamtheit mit 12 gekennzeichneten Sicherheitsvorrichtung zielt.
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Nachfolgend wird die Sicherheitsvorrichtung 12 anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die beschriebene Ausführungsform für die in Rede stehende Lagerbaueinheit eine optimale Gestaltung darstellt, jedoch natürlich auch andere äquivalent funktionierende technische Lösungen zum Schutzumfang der Erfindung gehören.
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Die Gestaltung der Sicherheitsvorrichtung 12 wird im Einzelnen durch die vergrößerte Darstellung der 2 verdeutlicht.
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Im Wesentlichen besteht die Sicherheitsvorrichtung 12 aus einem um die Drehachse 14 konzentrisch umlaufenden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Koppelelement 4 angeordneten Ringabsatz 13, der Bestandteil einer U-förmigen, zur Außenseite der Lagerbaueinheit bzw. des Koppelelement 4 geöffneten Ringnut 19 ist.
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Zur Sicherheitsvorrichtung gehört darüber hinaus ein Sicherungsstift 20, der in einer Gewindebohrung 21 im äußeren Lagerteil 3 dergestalt angeordnet ist, dass er im montierten Zustand der Lagerbaueinheit 1 mit seinem vorderen freien Ende den Ringabsatz 13 untergreift bzw. in den Innenraum der Ringnut 19 eingreift. Die Mittelachse des Sicherungsstiftes schneidet dabei axial rechtwinklig verlaufend die Drehachse 14 der Lagerbaueinheit.
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Die Breite der Ringnut 19 ist dabei so bemessen, dass sie geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Sicherungsstiftes 20. Das innere Lagerteil 2 mit dem daran angeschraubten Koppelelement 4 und das äußere Lagerteil 3 sind somit im normalen Montagezustand der Lagerbaueinheit 1 frei um die Drehachse 14 zueinander schwenkbar.
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Zur Ausgestaltung der Sicherheitsvorrichtung 12 gehört darüber hinaus eine Mehrzahl von, mit ihrer Mittellängsachse axial rechtwinklig verlaufend die Drehachse 14 schneidend, Ausnehmungen 22 vorliegend in Form von Sacklochbohrungen. Der Durchmesser der Ausnehmungen 22 ist dabei größer bemessen als die Breite der Ringnut 19. Die Mittellinie der Ausnehmungen 22 respektive der Sacklochbohrungen kann dabei entsprechend einer Ausgestaltungsform vorzugsweise in der Mitte der Breite der Ringnut 19 diese kreuzend, wobei über den Umfang der Ringnut 19 vier Sacklochbohrungen angeordnet sind.
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In den Figuren und hier insbesondere in der 3 ist eine Alternative Ausgestaltungsvariante gezeigt, bei der die Ausnehmungen 22 bzw. deren Mittellinien so angeordnet sind, dass sie rechtwinklig zur Drehachse 14 diese schneiden, allerdings außermittig zur Mitte der Breite der Ringnut 19 verlaufen. Durch diese konstruktive Gestaltung wird in Verbindung mit der Größe des Durchmessers der die Ausnehmung 22 bildenden Sacklochbohrung, der größer ist als die Breite der Ringnut 19, sichergestellt, dass im Falle eines Ausfalls der Lagerbaueinheit und eines Eingreifens des Sicherungsstiftes 20 in eine der Ausnehmungen 22 eine weitere Verdrehung der Lagerteile 2 und 3 zueinander zuverlässig ausgeschlossen wird
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Die beschriebene konstruktive Gestaltung ist ursächlich wichtig für die Funktion der Sicherheitsvorrichtung 12, die nachfolgend beschrieben wird.
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Sollte sich infolge eines Defektes der innerhalb der Lagerbaueinheit 1 vorhandenen Gleitlager 5 bzw. 6 eine Relativbewegung in axialer Richtung (nach unten infolge der Schwerkraft) zwischen den äußeren Lagerteil 3 und dem inneren Lagerteil 2 bzw. dem Koppelelement 4 ergeben, so wird der Ringabsatz 13 auf dem vorderen freien Ende des Sicherungsstiftes 20 zur Anlage kommen. Eine Verdrehung des inneren Lagerteils 2 bzw. des Koppelelementes 4 (infolge der Fixierung aneinander mittels der Gewindepaarung 11) führt zwangsläufig zu einem Eingriff des vorderen freien Endes des Sicherungsstiftes 20 in eine der am Ringabsatz 13 befindlichen Ausnehmungen 22, wodurch eine weitere Verdrehung der Lagerteile 2 und 3 zueinander verhindert ist.
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Es wird somit sowohl eine weitere Drehung der Lagerbaueinheit 1 im Sinne der geforderten Sicherheitsphilosophie verhindert und gleichzeitig dem Bedienpersonal signalisiert, dass innerhalb der Lagerbaueinheit 1 ein Fehler aufgetreten ist.
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Die geschilderte konstruktive Gestaltung ist in Bezug auf die an der Lagerbaueinheit 1 zusätzlich vorzunehmenden Herstellungsschritte zur Realisierung der Sicherheitsvorrichtung 12 überschaubar. Es ist lediglich die Ringnut 19, die Ausnehmungen 22 in Form von vier Sacklochbohrungen und eine Gewindebohrung 21 vorzunehmen und im Rahmen der Montage der Lagerbaueinheit 1 der Sicherungsstift 20 in die Gewindebohrung 21 einzuschrauben.
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Gegebenenfalls lassen sich bei geeigneten Größenverhältnissen vorhandene Lagerbaueinheiten auch mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung 12 durch die nachträgliche Durchführung der geschilderten Herstellungsschritte und des zusätzlichen Montageschrittes ergänzen, was im Rahmen der konstruktiven Nachhaltigkeit sicherlich vorteilhaft ist.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Lagerbaueinheit
- 2
- Inneres Lagerteil
- 3
- äußeres Lagerteil
- 4
- Koppelelement
- 5
- Gleitlager
- 6
- Gleitlager
- 7
- Gewindebohrung erster Tragarmausleger
- 8
- Gewindebohrung zweiter Tragarmausleger
- 9
- Dichtung
- 10
- Dichtung
- 11
- Gewindepaarung
- 12
- Sicherheitsvorrichtung
- 13
- Ringabsatz
- 14
- Drehachse
- 15
- Ringfläche
- 16
- Absatz
- 17
- Vorsprung
- 18
- Innenbohrung
- 19
- Ringnut
- 20
- Sicherungsstift
- 21
- Gewindebohrung
- 22
- Ausnehmung
