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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlingfederkupplung zwischen Kupplungspartnern,
von denen der erste, innere Kupplungspartner eine äußere zylindrische Oberfläche
aufweist, um die Schlingen einer Schlingfeder gelegt sind, und von denen der zweite,
äußere Kupplungspartner eine innere zylindrische Oberfläche aufweist, innerhalb der sich
die Schlingen der Schlingfeder befinden, wobei die Enden oder eines der Enden der
Schlingfeder aus dem Schlingbereich hervorstehen und einen Mitnehmerarm bilden, der
von einem Mitnehmer des zweiten Kupplungspartners betätigbar ist.
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Derartige Schlingfederkupplungen sind als einseitig oder zweiseitig wirkende
Kupplungen in Schlingfederbauweise bekannt. Die Schlingen der Schlingfeder
umschließen eine Außenoberfläche, beispielsweise die Oberfläche eines als Bolzen
ausgebildeten Reibpartners ohne Spiel. Das Ende einer Endschlinge der Schlingfeder ist
nach außen abgebogen und bildet einen Mitnehmerarm, der in einer Mitnehmeröffnung,
einem Schlitz oder einer Nut des äußeren Kupplungspartners geführt ist. Infolge des
Anliegens der Schlingen am Bolzen ist also ständig eine Reibverbindung vorhanden.
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Bei einseitig wirkenden Kupplungen ist die Drehrichtung in der einen Richtung gegen
Verdrehen gesperrt, weil die Schlingen die Außenoberfläche des Bolzens sofort fest
umschließen. Die Sperrwirkung in Sperrrichtung wirkt schlagartig ohne eine wesentliche
Verdrehungen der Kupplungspartner zueinander zuzulassen. In der anderen Richtung
stellt die Kupplung für ein Drehmoment eine Reibverbindung dar. Bei doppelseitig
wirkenden Schlingfederkupplungen besteht Reibverbindung in beiden Richtungen, wobei
es aus Toleranzgründen notwendig ist, ein gewisses Verdrehspiel der Kupplungspartner
zueinander vorzusehen, in welchem die Schlingfeder beim Verdrehen der
Kupplungspartner nicht bewegt wird. Damit wirkt kein Rutschmoment und ist die Verdrehlage der
Kupplungspartner zueinander undefiniert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schlingfederkupplung derartig auszubilden, dass sie
bei einseitiger Ausführung in der Sperrrichtung nicht schlagartig blockiert, sondern mit
langsam zunehmendem Drehmoment zum Blockieren gebracht wird, und dass bei
doppelseitiger Ausführung in der Mittellage keine undefinierte Verdrehlage der
Kupplungspartner zueinander vorhanden ist.
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Die Aufgabe, erst nach einem zunehmenden Drehmoment zu dem Blockieren zu
gelangen, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass nur die Schlingen eines ersten
Teilbereiches der Schlingfeder mit ihren Innendurchmessern auf der äußeren Oberfläche
des ersten Kupplungspartners mit Vorspannung anliegend gewickelt sind, und dass
wenigstens ein Teil einer Schlinge eines zweiten Teilbereiches der Schlingfeder,
ansetzend am Mitnehmerarm, im Ruhezustand einen größeren Innendurchmesser
aufweist als die äußere Oberfläche des ersten Kupplungspartners.
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Die Schlinge oder die Schlingen, die einen größeren Innendurchmesser hat (haben),
verringert(n) beim Anziehen des Mitnehmerarmes zunächst ihre Durchmesser.
Ausgehend von einem größeren Durchmesser, bei welchem das Startdrehmoment größer
oder gleich 0 Nmm ist, nimmt bei sich verringerndem Durchmesser das Drehmoment
langsam zu bis, auf Block gefahren, der antreibende Kupplungspartner den
anzutreibenden Kupplungspartner mitnimmt. Je größer die Zahl der Schlingen mit
größerem Durchmesser ist, desto langsamer erfolgt die Zunahme des mitnehmenden
Drehmomentes, weil sich bei Beginn der Verdrehung in Blockierrichtung die
Kupplungspartner gegen die Biegekraft des nicht anliegenden Federendes verdrehen
lassen, wobei sich die nichtanliegenden Schlingen stetig an die Oberfläche des ersten
Kupplungspartners, beispielsweise eines Bolzens, zunehmend anschmiegen, bis
letztendlich die Kupplung blockiert oder greift.
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Die Höhe des Startdrehmomentes ist gleich 0, wenn die nicht anliegenden Schlingen frei
ihre entspannte Lage einnehmen können. Ein Startdrehmoment kann aber gewünscht
sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass der
Innendurchmesser der inneren zylindrischen Oberfläche des zweiten Kupplungspartners
die freie Ausdehnung der Schlinge (Schlingen) mit größerem Durchmesser begrenzt und
diese damit vorspannt.
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Durch das Begrenzen des Außendurchmessers der Schlingen größeren Durchmessers
mittels der inneren Oberfläche des zweiten Kupplungspartners wird eine Vorspannung
erreicht, die dem Startmoment entspricht. Mit dem Innendurchmesser der inneren
Oberfläche des zweiten Kupplungspartners lässt sich also das Startdrehmoment
einstellen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, den Aufbau derart zu
verändern, dass der Innendurchmesser der inneren zylindrischen Oberfläche des zweiten
Kupplungspartners so bemessen ist, das die Schlinge (Schlingen) am zweiten
Kupplungspartner nicht anliegen, sich frei ausdehnen können und nicht vorgespannt sind.
In diesem Fall kann bewusst von dem Startmoment 0 ausgegangen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass die zweite
Endschlinge am anderen freien Ende der Schlingfeder, die zu dem Teilbereich gehört,
dessen Schlingen passend an dem ersten Kupplungspartner anliegen, zu einem zweiten
nach außen hervorstehenden Mitnehmerarm geformt ist, der von einem zweiten
Mitnehmer des zweiten Kupplungspartners betätigbar ist, wobei in einem Abstand von
diesem zweiten Mitnehmer eine Begrenzungswand vorhanden ist und der zweite
Mitnehmerarm zwischen dem Mitnehmer und der Begrenzungswand ein Freispiel
vorfindet.
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Auf diese Weise lässt sich die gegenseitige Drehlage der Kupplungspartner zueinander
genau definieren. Die Anschlagwand hat ein so dimensioniertes Freispiel zum zweiten
Mitnehmerarm, dass Kontakt zwischen dem zweiten Mitnehmerarm und der
Anschlagwand entsteht, bevor die nicht anliegende(n) erste(n) Schlinge (Schlingen) am
ersten Schlingfederende soweit verdreht ist (sind), dass die Kupplung blockiert. Beim
weiteren Verdrehen löst sich die zweite Endschlinge des am Kupplungspartner
anliegenden Schlingfederteiles in der zweiten Drehrichtung. Die Schlingfeder öffnet
leicht und gleitet auf dem Kupplungspartner in der zweiten Richtung. Wird das außen
angreifende Drehmoment entfernt, dann dreht der erste Kupplungspartner unter Wirkung
des schwindenden Startmomentes zurück. Dadurch wächst der Durchmesser der nicht
anliegenden Schlinge (Schlingen) wieder an, bis die Feder entweder ganz entspannt ist
(Startmoment = 0 Nmm) oder bis sie an der inneren Oberfläche des zweiten
Kupplungspartners anliegt. In beiden Fällen wird die Endlage erreicht. Die Verdrehlage ist definiert.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Laufwerk für Informationsträgerplatten, in dem
die erfindungsgemäße Schlingfederkupplung verwendet wird. Die Schlingfederkupplung
wird dabei vorzugsweise im Rahmen der Übertragung der Drehbewegung auf die
Informationsträgerplatte eingesetzt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine einseitige Ausführung einer Schlingfederkupplung nach der Erfindung in
Explosionsansicht und schaubildlicher Darstellung, mit einer Schlinge größeren
Durchmessers,
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Fig. 2 die Schlingfeder nach Fig. 1 mit einer Schlinge größeren Durchmessers in
schaubildlicher Darstellung,
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Fig. 3 schaubildlich einen ersten Kupplungspartner mit einem Reibungsbolzen, auf den
die Schlingfeder aufgesetzt ist, sowie Mitnahmeteller für ein Funktionsteil,
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Fig. 4 den zweiten Kupplungspartner der Schlingfederkupplung in Draufsicht, mit der
Schlingfeder im eingebauten Zustand,
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Fig. 5 schaubildlich als Variante eine zweiseitige Ausführung der Schlingfederkupplung
nach den Fig. 1 bis 4 in Explosionsansicht, wobei die Schlingfeder an beiden
Endschlingen mit Mitnehmern versehen ist,
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Fig. 6 schaubildlich die Schlingfeder der Schlingfederkupplung nach Fig. 5,
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Fig. 7 schaubildlich die Schlingfeder nach Fig. 6 über den zweiten Kupplungspartner
nach Fig. 5 mit Mitnehmeröffnungen für beide Mitnehmerarme,
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Fig. 8 in Draufsicht die in dem zweiten Kupplungspartner nach Fig. 5 und 7 befindliche
Schlingfeder mit ihren Mitnehmerarmen.
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In Fig. 1 ist schaubildlich und in Explosionsansicht eine Schlingfederkupplung 1
dargestellt. Die Schlingfederkupplung 1 kommt vorzugsweise in Laufwerken für
Informationsträgerplatten zum Einsatz im Rahmen der Übertragung von
Drehbewegungen auf die Informationsträgerplatte. Eine Informationsträgerplatte ist
nicht dargestellt.
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Die Schlingfederkupplung 1 besteht aus einem ersten Kupplungspartner in Form eines
Reibungsbolzens 2 mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche 2a. Der Reibungsbolzen 2
ist mit zwei Mitnahmetellern 3a und 3b verbunden. Zwischen den Mitnahmetellern 3a
und 3b befindet sich ein Mitnahmespalt 3c, in dem beispielsweise der Rand eines
digitalen Informationsträgers geführt werden kann. Oberhalb des Reibungsbolzens 2
befindet sich eine Schlingfeder 4. Die Schlingfeder 4 weist Teilbereiche 4a und 4b mit
unterschiedlich ausgebildeten Schlingen 4c1 und 4c2 auf. In Fig. 1 sind die zwei
Teilbereiche 4a und 4b deutlich zu erkennen. Der Teilbereich 4a besteht aus Schlingen
4c1, deren Durchmesser so bemessen ist, dass die Schlingen 4c1 dieses Teilbereiches 4a
mit Reibung auf die äußere zylindrische Oberfläche 2a des Reibungsbolzens 2 passen. Zu
dem Teilbereich 4b gehört in der Zeichnung nur eine Schlinge 4c2. Bei entsprechend
anderer Bemessung der Schlingfederkupplung 1 kann der Teilbereich 4b aber auch
mehrere Schlingen 4c2 umfassen. Die Schlinge 4c2 hat einen größeren Durchmesser als
die Schlinge 4c1.
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Die Schlingfeder 4 hat zwei Schlingenenden 4d und 4e. Das Schlingenende 4d ist zur
Bildung eines ersten Mitnehmerarmes 5 nach außen abgebogen. Das Schlingenende 4e
ist in Fig. 1 tangential abstehend und ragt nur unwesentlich aus dem zylindrischen
Bereich heraus.
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Oberhalb der Schlingfeder 4 ist in Fig. 1 der zweite Kupplungspartner 6 dargestellt.
Dieser Kupplungspartner 6 hat auf seiner Außenseite einen Zahnkranz 6a. Auf ihn kann
von einem nicht dargestellten, umlaufenden Antrieb eine Drehbewegung übertragen
werden. Der zweite Kupplungspartner 6 hat eine Hülse 6b, die den Zahnkranz 6a trägt.
Die Hülse 6b hat eine aus Fig. 4 erkennbare innere zylindrische Oberfläche 8. Außerdem
hat die Hülse 6b eine Mitnehmeröffnung 7 für den Mitnehmerarm 5.
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Aus Fig. 2 sind deutlich die Teilbereiche 4a und 4b der Schlingen 4 zu erkennen. Die
Schlingen 4c1 des Schlingenbereiches 4a haben einen gleichmäßigen, passend für den
Reibungsbolzen 2 zugeschnittenen Durchmesser, während die Schlinge 4c2 des
Schlingenbereiches 4b vor allem bei voller Bewegungsfreiheit deutlich erkennbar einen
größeren Durchmesser aufweist. Von dem Schlingenende 4d ist der Mitnehmerarm 5
nach außen abgebogen. Es sei an dieser Stelle festgehalten, dass das Startdrehmoment,
das der zweite Kupplungspartner, also der Hülse 6b, auf den ersten Kupplungspartner,
den Reibungsbolzen 2 ausübt, gleich 0 Nm ist, wenn die Schlinge 4c2 frei ausschwingen
kann. Dies ist der Fall, wenn der Innendurchmesser der inneren zylindrischen Oberfläche
(8) des zweiten Kupplungspartners (6) so bemessen ist, das die Schlinge (Schlingen)
(4c2) am zweiten Kupplungspartner (6) nicht anliegen und damit nicht vorgespannt sind.
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In Fig. 3 ist die Schlingfeder 4 auf den Reibungsbolzen 2 aufgeschoben; sie sitzt im
Ruhezustand mit Reibung auf dem Reibungsbolzen 2 auf.
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Fig. 4 zeigt, dass die innere zylindrische Oberfläche 8 der Hülse 6b den
Außendurchmesser der Schlinge 4c2 begrenzt. Die innere zylindrische Oberfläche 8 der Hülse 6b
begrenzt damit die freie Ausdehnung der Schlinge 4c2 und spannt diese damit vor. Durch
das Begrenzen des Außendurchmessers der Schlinge 4c2 mittels der inneren
zylindrischen Oberfläche 8 der Hülse 6b wird eine Vorspannung erreicht, die dem
Startmoment entspricht. Mit dem Durchmesser der inneren Oberfläche 8 der Hülse 6b
lässt sich also das Startdrehmoment einstellen.
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Wird der Zahnkranz 6a in der angezeigten Drehrichtung 10 bewegt, dann verringert sich
beim Anziehen des Mitnehmerarmes 5 zunächst der Durchmesser der Schlinge 4c2.
Ausgehend von einem größeren Durchmesser, bei welchem das Startdrehmoment durch
den Durchmesser der Oberfläche 8 vorgegeben ist, nimmt bei sich verringerndem
Durchmesser das Drehmoment langsam zu, bis die Kupplung auf Block gefahren ist, d. h.
der antreibende Kupplungspartner, die Hülse 6b mit dem Zahnrad 6a, den
anzutreibenden Kupplungspartner, den Reibungsbolzen 2 mit den Mitnahmetellern 3a und 3b,
mitnimmt. Je größer die Zahl der Schlingen 4c2 mit größerem Durchmesser ist, desto
gestreckter ist die Zunahme des Drehmomentes.
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Fig. 5 zeigt eine Variante, eine weitere Verbesserung der Schlingfederkupplung nach den
Fig. 1 bis 5. Die Schlingfederkupplung 1 besteht wieder aus einem ersten
Kupplungspartner in Form eines Reibungsbolzens 2 mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche 2a.
Der Reibungsbolzen 2 ist mit zwei Mitnahmetellern 3a und 3b verbunden. Zwischen den
Mitnahmetellern 3a und 3b befindet sich ein Mitnahmespalt 3c, in dem beispielsweise der
Rand eines Informationsträgers ua. geführt werden kann. Oberhalb des Reibungsbolzens
2 befindet sich eine Schlingfeder 4. Die Schlingfeder 4 weist Teilbereiche 4a und 4b mit
unterschiedlich ausgebildeten Schlingen 4c1 und 4c2 auf. In Fig. 5 und 6 sind die zwei
Teilbereiche 4a und 4b deutlich zu erkennen. Der Teilbereich 4a besteht aus Schlingen
4c1, deren Durchmesser so bemessen ist, dass die Schlingen 4c1 dieses Teilbereiches 4a
mit Reibung auf die äußere zylindrische Oberfläche 2a des Reibungsbolzens 2 passen. Zu
dem Teilbereich 4b gehört in der Zeichnung nur eine Schlinge 4c2. Bei entsprechend
anderer Bemessung der Schlingfederkupplung 1 kann der Teilbereich 4b aber auch
mehrere Schlingen 4c2 umfassen. Die Schlinge 4c2 hat einen größeren Durchmesser als
die Schlingen 4c1.
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Die Schlingfeder 4 hat zwei Schlingenenden 4d und 4e. Das Schlingenende 4d ist zur
Bildung eines ersten Mitnehmerarmes 5 nach außen abgebogen. Das Schlingenende 4e
ist ebenfalls unter Bildung eines Mitnehmerarmes 12 nach außen abgebogen.
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Oberhalb der Schlingfeder 4 ist in Fig. 5 der zweite Kupplungspartner 6 dargestellt.
Dieser Kupplungspartner 6 hat auf seiner Außenseite den Zahnkranz 6a. Auf ihn kann
von einem nicht dargestellten, umlaufenden Antrieb eine Drehbewegung übertragen
werden. Der zweite Kupplungspartner 6 hat die Hülse 6b1, die den Zahnkranz 6a trägt.
Die Hülse 6b1 hat eine aus Fig. 5 erkennbare innere zylindrische Oberfläche 8. Außerdem
hat die Hülse 6b1 eine Mitnehmeröffnung 13, in der Mitnehmerarm 12 eingreift. Der
Mitnehmerarm 12 hat bei Drehbewegungen in der Mitnehmeröffnung 13
Bewegungsfreiheit zwischen einer als Mitnehmer wirkenden Anschlagwand 11 und einer
Begrenzungswand 14.
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Aus Fig. 6 sind deutlich die Teilbereiche 4a und 4b der Schlingen 4 zu erkennen. Die
Schlingen 4c1 des Schlingenbereiches 4a haben einen gleichmäßigen, passend für den
Reibungsbolzen 2 zugeschnittenen Durchmesser, während die Schlinge 4c2 des
Schlingenbereiches 4b vor allem bei voller Bewegungsfreiheit deutlich erkennbar einen
größeren Durchmesser aufweist. Von dem Schlingenende 4d ist der Mitnehmerarm 5
nach außen abgebogen. Von dem Schlingenende 4e ist der Mitnehmerarm 12 nach außen
abgebogen. Das Startdrehmoment ist, wenn die Schlinge 4c2 größeren Durchmessers frei
ausschwingen kann, gleich 0 Nm.
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Fig. 7 zeigt die Schlingfeder 4 vor dem zweiten Kupplungspartner 6, dem Zahnrad 6a
mit der etwas veränderten Hülse 6b1. Der Mitnehmerarm 5 kann in die
Mitnehmeröffnung 7 eingreifen. Der Mitnehmerarm 12 kann in die Mitnehmeröffnung 13
eingreifen.
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Fig. 8 zeigt, dass die innere zylindrische Oberfläche 8 der Hülse 6b1 den
Außendurchmesser der Schlinge 4c2 begrenzt. Die innere zylindrische Oberfläche 8 der Hülse 6b1begrenzt damit die freie Ausdehnung der Schlinge 4c2 und spannt diese vor. Durch das
Begrenzen des Außendurchmessers der Schlinge 4c2 mittels der inneren zylindrischen
Oberfläche 8 der Hülse 6b1 wird eine Vorspannung erreicht, die dem Startmoment
entspricht. Mit der inneren Oberfläche 8 der Hülse 6b1 lässt sich also das
Startdrehmoment einstellen.
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Wird der Zahnkranz 6a in der angezeigten Drehrichtung 10 bewegt, dann verringert sich
beim Anziehen des Mitnehmerarmes 5 zunächst der Durchmesser der Schlinge 4c2.
Ausgehend von einem, durch den Durchmesser der Oberfläche 8 vorgegebenen
Startdrehmoment, nimmt das Drehmoment langsam zu, bis der Mitnehmerarm 12 an der
Endschlinge 4c12 von der Anschlagwand 11 weggedreht wird, wodurch die Feder
beginnt auf dem Zylinder des ersten Kupplungspartners 2 zu gleiten. Wird das äußere
Drehmoment entfernt, dann dreht der erste Kupplungspartner 2 unter Wirkung des
schwindenden Startmomentes zurück. Dadurch wächst der Durchmesser der nicht
anliegenden Schlinge 4c2 wieder an, bis die Feder entweder ganz entspannt ist
(Startmoment = 0 Nmm) oder bis sie an der inneren Oberfläche 8 der Hülse 6b1 zweiten
Kupplungspartners 6 anliegt. In beiden Fällen wird die Endlage erreicht. Die Verdrehlage
ist definiert.
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Die zweite Mitnehmeröffnung 13 ist so ausgelegt, dass bei Verdrehung des zweiten
Kupplungspartners 6 entgegen der Drehrichtung 10 die Begrenzungswand 14 der
Mitnehmeröffnung 13 nicht gegen die Anschlagwand 11 der Hülse 6b1 stößt, um eine
Blockierung zu vermeiden. Die Schlingfeder 4 gleitet auf dem Zylinder 2, wobei der
Abstand zwischen der Anschlagwand 11 und dem Mitnehmerarm 12 annähernd konstant
bleibt.