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Die
Erfindung betrifft eine Aufspulvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
Aufspulvorrichtungen werden verwendet, um beispielsweise kontinuierlich
zulaufende Fäden,
vorzugsweise Chemiefäden,
aufzuspulen und sind aus der
DE
2 261 709 A bekannt. Dazu werden eine oder mehrere Spulenhülsen auf
eine Spulspindel aufgespannt. Durch die Drehung der Spulspindel
bilden die zulaufenden Fäden
auf den Spulenhülsen
Spulen. Aus Gründen
der statischen und dynamischen Nachgiebigkeit der Spulspindel wird die
Spulspindel im wesentlichen aus einem als Spindelkörper bezeichneten
Rohr gebildet, das von einer innerhalb eines feststehenden, auskragenden
Spindelträgers
gelagerten Welle gehalten und angetrieben wird. Es ist zwar auch
bekannt, den Spindelkörper
direkt auf dem Tragrohr zu lagern, jedoch sind gerade bei hohen
Drehzahlen Lager vorzuziehen, bei denen der Innenring rotiert und
der Außenring
feststeht, so daß hier
prinzipiell eine gelagerte Welle und ein mit der Welle verbundener
Spindelkörper
vorgezogen wird. Das Spannen der Spulenhülsen erfolgt in der
DE 2 261 709 A mittels
aus der
DE 2 106 493
A bekannten Spannmittel, die auf in dein Spindelkörper eingebrachten
Spannkörpern
basieren, die mittels eines sich innerhalb des Spindelkörper befindlichen Exzenters
infolge einer Verdrehung des Exzenters herausgedrückt werden.
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Während die
Fäden auf
die Spulen aufgewickelt werden, werden die Fäden mit einer um eine parallel
zur Spulenachse liegenden Drehachse rotierenden Andruckrolle, die
die Spulen während
des Aufspulvorganges kontaktiert, auf die Spule gepresst. Dadurch
wird ein fester und stabiler Aufbau der Spulen erreicht. Es ist
daher für
eine für
alle Spulen gleichmäßige Anpreßkraft der
Andrückrolle
wichtig, daß sich
die Spulspindel unter der Belastung eines zunehmenden Spulengewichtes
parallel absenkt. Aus diesem Grund endet in der aus der
DE 195 48 142 A1 bekannten
Spulspindel das Tragrohr etwa zwischen dem vorderen und dem mittleren
Drittel der Spulspindellänge,
so daß die
Neigung durch die Biegelinie des Spindelträgeres und der Welle kompensiert
wird von der entgegengesetzte Neigung aufgrund des durch die asymmetrischen
Belastungsverhältnisse eingebrachten
Biegemomentes.
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Der
Wunsch nach Spulen mit höchstmöglichem
Garnvolumen erfordert Spannmittel mit möglichst kompaktem Aufbau. Die
aus der
DE 2 106 493 A bekannten
Spannmittel können
diesem Wunsch nicht gerecht werden, da insbesondere in Kombination
mit der Lagerung der Welle eines auskragenden Spindelträgers diese
Spannmittel ein hohes Bauvolumen mit sich führen. Dagegen erlaubt eine
aus der
DE 196 07
916 A1 bekannte Lösung
eine sehr kompakten Aufbau des Spannmittels. Dabei wird ein Kolben
pneumatisch axial bewegt. Über
Rampen wird diese axiale Bewegung in eine radiale Bewegung der Klemmkörper umgesetzt.
Aus sicherheitstechnischen Gründen
ist die Spanneinrichtung aktiv entspannt. Daher erfolgt die Spannbewegung
durch eingebaute Federn. Die Entspannvorrichtung wird durch bedarfsweise
aufgebrachte Druckluft verursacht.
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Der
Aufbau einer Spulspindel nach dein heutigen Stand der Technik gestaltet
sich meist wie folgt: Der Spindelkörper weist in etwa zwischen
dein vorderen und mittleren Drittel eine Wellenverbindung auf, mit
dein er mit der im Spindelträger
drehbar gelagerten Welle an deren aus dem Spindelträger herausragenden
Ende verbunden ist. Am Außendurchmesser des
Spindelkörpers
sind Spannmittel wie in der
DE 196 07 916 A1 beschrieben vorgesehen.
Der Außendurchmesser
der Spulspindel wird durch Hülsen
gebildet, die die Spannmittel umschließen und die Durchbrüche aufweisen,
durch die die Spannkörper auf
die Spulenhülsen
wirken.
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Der
Spindelkörper
weist eine Biege-Eigenfrequenz auf, unterhalb derer die Spulspindel
betrieben werden muß.
Zur Steigerung der Produktivität sind
höhere
Aufspulgeschwindigkeiten und längere Spulspindeln
erforderlich. Da sich bei längeren
Spulspindeln jedoch die Biege-Eigenfrequenz des Spindelkörpers verringert,
sind nach dem Stand der Technik die beiden Maßnahmen zur Steigerung der
Produktivität
nicht vereinbar.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die konstruktive Gestaltung von
parallel absenkenden und für
hohe Drehzahlen geeigneten, angetriebenen Spulspindeln dahingehend
zu verbessern, daß eine höhere Biege-Eigenfrequenz
des Spindelkörpers
erreicht wird. Die mit einer generellen Durchmesservergrößerung der
Spulspindel einhergehende Vergrößerung der
Spulenhülsen
wird dabei wegen des verlorenen Spulen-Volumens nicht akzeptiert.
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Die
Erfindung macht sich bei der Lösung
der Aufgabe die Tatsache zunutze, daß der Durchmesser des Spindelkörpers quadratisch
die Biege-Eigenfrequenz beeinflußt. Unter der Einschränkung, daß der Außendurchmesser
der Spulspindel nicht vergrößert werden
darf, löst
die Erfindung die Aufgabe dadurch, daß der Spindelkörper zugleich
den Außendurchmesser
der Spulspindel darstellt und die Spannmittel nun innerhalb des
Spindelkörpers
vorgesehen sind. Der kompakte Aufbau der Spulspindel wird weiterhin durch
Verwendung des in sich kompakten Spannmittels, da auf einem axial
beweglichen Kolben basiert, sichergestellt.
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Diese
Lösung
wird auch nicht durch Kombination des bekannten Standes der Technik
nahegelegt, da insbesondere bei langen Spulspindeln eine Montage
der verwendeten Spannmittel von der Innenseite als nicht lösbar angesehen
wurde. Insbesondere die Flanschverbindung zwischen der Welle und
dein Spindelkörper,
die bei der parallelabsenkenen Spulspindel im Spannbereich liegt,
stand dein entgegen.
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Die
Erfindung sieht daher neben den innenliegenden Spannmitteln weitere Änderungen
vor.
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Um
den Bauraum für
die Spannmittel sowie deren Montage zu ermöglichen, wird der Flansch,
der die Welle mit dem Spindelkörper
verbindet, am äußersten
Ende der Spulspindel vorgesehen. Zusätzlich wird ein Stützlager
am inneren Ende der Spulspindel vorgesehen, das in der Weise elastisch
mit dem feststehenden Gehäuse
verbunden ist, daß sich die
Spulspindel unter Belastung trotz des ganz am äußeren Ende befindlichen Flansches
unter Last parallel absenkt.
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Die
sich innerhalb des Spindelkörpers
befindenden Spannmittel enthalten einen sich in axialer Richtung
pneumatisch bewegbaren Kolben. Dieser Kolben wirkt auf die Spannkörper, die
die axiale Bewegung mittels einer Rampe in eine radiale Bewegung
umlenken, so daß sie
die gewünschte
radiale Klemmwirkung auf die Hülsen
der aufzuspulenden Spulen ausüben.
Dabei ist die Rampe entweder am Spindelkörper oder am Spannkörper untergebracht. Auf
dieser Rampe wird die Gleitfläche
des Reibpartners geführt.
Idealerweise findet hier im Sinne einer Verschleißminimierung
das Prinzip „Keil
auf schiefer Ebene" Anwendung.
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Während im
Stand der Technik die Spannkörper
in axialer Richtung fixiert sind und Keile unterhalb der Spannkörper axial
bewegt werden und dabei diese in radialer Richtung antreiben, wirkt
in der Erfindung die axiale Bewegung direkt auf die Spannkörper. Idealerweise
erfolgt diese Bewegung beim Spannen in dein auskragenden Ende der
Spulspindel entgegengesetzter Richtung. Dadurch wird erreicht, daß die in
der Regel axial nur lose auf die Spulspindel gesteckten Spulenhülsen fixiert
werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, daß die Spannmittel
wesentlich kompakter ausgeführt
werden können.
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Dazu
werden die Spannkörper
in einem axial beweglichen Käfig
geführt,
der die Spannkörper
axial spielarm antreibt, diesen jedoch in radialer Richtung Bewegungsfreiheit
läßt.
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Ein,
wie bereits angedeutet, wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Montage
der innenliegenden Spannmittel, insbesondere der Spannkörper. Gerade bei
langen Spulspindeln ist eine Montage der Spannkörper von innen her kaum möglich. Daher
sind in der Erfindung die Spannkörper
so ausgestaltet, daß sie von
außen
montierbar sind. Dazu sind die Spannkörper mit einer tiefen Einkerbung
versehen, so daß sie einen
Y-förmige
Querschnitt haben. In der Betriebsstellung führt ein Zweig des Ypsilons
durch eine Durchbruch des Spindelkörpers nach außen, während der
andere Zweig und der Fuß des
Ypsilons innerhalb des hohlen Spindelkörpers sind. Bei der Montage
wird der Spindelkörper
so gedreht, daß die schmale
Seite durch den Durchbruch des Spindelkörpers passt. Der Spannkörper wird
fast ganz durch den Durchbruch geführt, gedreht und der vorgesehene
Zweig des Ypsilons wird wieder in die Betriebsposition herausgezogen.
Eine nach der Montage von der Innenseite eingesetzte Hülse verhindert,
daß sich der
Spannkörper
unerwünscht
zurückdreht.
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Zusätzlich sind
in einer Weiterbildung der Erfindung an dem Spannkörper und/oder
an dein Spindelkörper
zusätzlich
Rampen vorgesehen, die bei dein Rückhub des Käfigs ein wiedereinziehen der Spannkörper bewirken.
Während
im Stand der Technik die Spannbewegung einseitig in Spannrichtung wirkt
und die Spannkörper
nach dem Entspannen durch die Spulenhülse zurückgedrückt werden müssen, erfolgt
hier ein aktives Zurückziehen
der Spannkörper.
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Die
für die
Sicherung der Spannkörper
verwendete Hülse
bildet zugleich zusammen mit dem Spindelkörper eine ringförmigen Pneumatik-Zylinderraum,
in dein der Käfig
als ringförmiger
Pneumatikzylinder wirkt. Die Zuführung
der Druckluft erfolgt über den
Innenraum der Hülsen,
wobei die Druckluft über Bohrungen
in den Zylinderraum geleitet wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es
stellen dar:
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1 eine Schnittdarstellung
der Spulspindel einer erfindungsgemäßen Aufspulvorrichtung,
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2 im Detail das Spannmittel,
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3.1 bis 3.4 die Montagefolge des Spannkörpers,
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In 1 ist ein Schnitt durch
die Spulspindel einer erfindungsgemäßen Aufspulvorrichtung dargestellt.
Sie wird im wesentlichen aus dein drehbar gelagerten Spindelkörper 2 gebildet,
auf dein Spulenhülsen 3.1 befestigt
sind. Die Fixierung der Spulenhülsen 3.1 auf
dem Spindelkörper 2 erfolgt
durch Spannkörper 6.1,
die mittels eines Spannmittels 6 von der Spulspindel 2 her
radial gegen die Spulenhülsen 3.1 gedrückt werden
und so eine reibschlüssige Verbindung
zwischen der Spulspindel 2 und den Spulenhülsen 3.1 herstellen.
Durch Drehung der Spindel werden die aufzuspulenden Fäden auf
den Hülsen 3.1 zu
Spulen 3.2 aufgewickelt.
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Die
Spindel wird mittels eines Spindelträgers 1, der an einem
hier nicht dargestellten Maschinengestell befestigt ist, gehalten.
Die Welle 4 ist mit den Lagerungen 4.2 drehbar
im Spindelträger 1 gelagert. Am
rechten Wellenende weist die Welle 4 einen Antrieb 4.1 auf,
der in diesem Fall als Riemenscheibe dargestellt ist. Üblicherweise
wird ein direkt angekoppelter Elektromotor verwendet, der die Welle 4 antreibt.
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Der
rohrförmige
Spindelträger 1 kragt
weit in die Spulspindel hinein. Dadurch wird eine hohe dynamische
und statische Steifigkeit der Spulspindel erreicht.
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Am
linken Wellenende ist die Welle 4 mit dein Spindelkörper 2 verbunden.
In diesem Beispiel erfolgt die Verbindung als Preßsitzverbindung,
wodurch eine besonders hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht wird. Andere
Verbindungsarten sind dem Fachmann bekannt und ausführbar.
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Der
Spindelkörper 2 ist
im wesentlichen rohrförmig
ausgestaltet. Hier sind zur vereinfachten Darstellung nur zwei Spulenhülsen 3.1 gezeigt.
Tatsächlich
weisen erfindungsgemäße Aufspulvorrichtungen Spulspindeln
auf, die wesentlich länger
sind und so eine höhere
Anzahl an Spulenhülsen 3.1 aufnehmen.
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Der
Durchmesser des Spindelkörpers 2 ist bei
gegebenem Innendurchmesser der Spulenhülsen 3.1 der maximal
mögliche.
Um dies zu erreichen, sind die Spannmittel 6 innerhalb
des Spindelkörpers 2 vorgesehen,
wobei diese auf Spannkörper 6.1 wirken,
welche durch Durchbrüche
im Spindelkörper 2 hindurch
auf die Spulenhülsen 3.1 wirken.
Der Aufbau der Spannmittel 6 ist in 2 beschrieben. Durch eine Druckluftzuleitung 7 werden
die Spannmittel 6 betätigt.
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Die
dabei erforderliche Abdichtung des Innenraumes 7.2 des
Spindelkörpers 2 erfolgt
durch eine Dichtung 7.1.
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Da
die Biegesteifigkeit mit dein Durchmesser überproportional ansteigt, kann
durch diesen besonderen konstruktiven Aufbau eine sehr hohe Biegesteifigkeit
des Spindelkörpers 2 und
damit eine hohe Biegeeigenfrequenz erreicht werden. Dies ist wichtig für lange
Spulspindeln, die mit hoher Drehzahl rotieren.
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Die
Unterbringung der Spannmittel 6 im Inneren des Spindelkörpers 2 ist
nur dann möglich, wenn
die Verbindung zwischen der Welle 4 und dein Spindelkörper 2 am
auskragenden Ende des Spindelkörpers 2 erfolgt.
Dadurch bewirkt eine Belastung des Spindelkörpers 2 die Einleitung
eines Biegemomentes in das auskragende Ende der Welle 4,
wodurch eine Schiefstellung des Spindelkörpers 2 erfolgt. Diese
Schiefstellung wird jedoch durch das Stützlager 5 verhindert.
Das Stützlager 5 stützt den Spindelkörper 2 am
hinteren Ende elastisch gegen den Spindelträger 1 ab. Hierzu ist
das Stützlager 5 mit
einer Stützlagerschale 5.1 verbunden,
die mit einer Stützlagerführung 5.4 an
der Drehung gehindert wird und sich mit einer Stützlagerfeder 5.2 gegen
die Stützlagerabstützung 5.3 abstützt, wobei
die Stützlagerabstützung 5.3 mit
dem Spindelträger 1 verbunden
ist. Die Stützlagerfeder 5.2 weist
dabei eine Steifigkeit auf, die eine parallele Absenkung des Spindelkörpers 2 unter
Belastung bewirkt. In diesem Beispiel sind Stützlagerfeder 5.2,
Stützlagerführung 5.4 und Stützlagerabstützung 5.3 als
einzelne Bauelemente dargestellt. Es sind aber auch Lösungen möglich, die die
Funktionen dieser Elemente in einem einzelnen Bauteil, beispielsweise
in einem Gummibalg, integrieren.
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2 zeigt im Detail das Spannmittel
der Spindel. Hierzu ist ein Ausschnitt des Spindelkörpers 2 mit
dem darunter und innen liegenden Spannmittels 6 dargestellt.
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Im
energiefreien Zustand wird ein sich im Inneren des Spindelkörpers 2 befindlicher
ringförmiger als
Kolben 6.2 ausgeführter
Käfig mittels
mehrerer auf dein Umfang verteilter Federn 6.3, die sich
an einem feststehende Trennring 6.8 abstützen, in
der Zeichnung nach rechts gedrückt.
In dein Käfig
sind mehrere auf dem Umfang verteilte Ausnehmungen vorgesehen, in
denen die Spannkörper 6.1 geführt werden.
Die 2 stellt eine der
Ausnehmungen im Schnitt dar. In die Ausnehmungen ist ein Spannkörper 6.1 so
eingesetzt, daß er
innerhalb der Ausnehmung relativ zum Käfig in radialer Richtung bewegbar ist.
Der Spindelkörper 2 weist
ebenfalls eine Ausnehmung auf, durch die der Spannkörper 6.1 teilweise hindurchragt,
so daß er
die außerhalb
des Spindelkörpers
liegende hier nicht dargestellte Spulenhülse 3.1 mit der Spannfläche 6.13 berühren kann.
Sowohl der Spannkörper 6.1 als
auch der Spulenkörper 2 weisen
Rampen 6.12 und 2.2 auf, die in der Weise zusammenwirken,
daß eine
Bewegung des als Kolben 6.2 ausgeführten Käfigs in axialer Spindelrichtung
dem Spannkörper 6.1 eine
Bewegungskomponente in radialer Spindelrichtung aufgeprägt wird,
die für
die Spannfunktion verantwortlich ist. Der Spannkörper 6.1 ist im wesentlichen
prismatisch mit Y-förmigen
Querschnitt, wobei ein Zweig des Ypsilons durch den Durchbruch 2.1 des
Spindelkörpers 2 ragt, während der
andere Zweig und der Fuß des
Ypsilons an den jeweils gegenüberliegenden
Führungsflächen des
Käfigs
anliegen.
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Eine
durch die Federspannung verursachte Bewegung des Käfigs führt dazu,
daß die
Klemmkörper 6.1 die
Rampe 2.2 am Durchbruch 2.1 des Spindelkörpers 2 hinaufwandern
und so die zum Spannen erforderliche Bewegung der Spannkörper 6.1 mit
einer Bewegungskomponenten in radialer Richtung durchführen.
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Die
Entspannbewegung des Käfigs
erfolgt der Federspannung entgegengesetzt pneumatisch. Dazu bildet
die Hülse 6.6 zusammen
mit dein Spindelkörper 2 einen
ringförmigen
Pneumatikzylinder, der von dein feststehenden Trennring 6.7 abgeschlossen
wird. Durch eine Zuleitung 6.9 wird die Druckluft vom Inneren
der Hülse 6.6 in
den Zylinderraum 6.5 geleitet. Der ringförmige Käfig 6.2 wirkt
hier als Pneumatikkolben und ist mit Dichtungen 6.4 abgedichtet.
Das Einleiten von Druckluft in den Zylinderraum 6.5 bewirkt,
daß der
Käfig bzw.
Kolben 6.2 nach links gegen die Federn gedrückt wird,
wodurch der Spannkörper 6.1 zunächst axial
bewegt wird und dann mit seiner der Rampe 6.14 so mit der
Rampe 2.3 am Durchbruch 2.1 des Spindelkörpers 2 zusammenwirkt,
daß der
Spannkörper
radial in den Spindelkörper
zurückgezogen
wird. In der 2 ist aus Gründen der
vereinfachten Darstellung die Form des Spannkörpers 6.1 so gezeigt,
daß sich
bei der Entspannbewegung zunächst
ein größerer axialer
Leerweg einstellt, bevor die Rampe 6.14 die Rampe 2.3 berührt. Tatsächlich ist
durch eine schlankere Gestaltung des Klemmkörpers 6.1 ein engerer
Durchbruch 2.1 möglich,
so daß der
Klemmkörper 6.1 beim
Entspannen nahezu spielfrei radial nach innen bewegt wird.
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Zum
Spannen sind pro Spulenhülse 3.1 insgesamt
zwei Reihen mit jeweils mehreren auf dem Spindelumfang verteilten
Spannkörpern 6.1 vorgesehen.
Dabei ist es aus Platzgründen
sinnvoll, daß der Trennring 6.7 jeweils
mit dein Trennring 6.8 der benachbarten Reihe identisch
ist.
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3.1 bis 3.4 zeigen die Montagefolge der Spannkörper 6.1.
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Zunächst wird
der Spannkörper 6.1 wie
in 3.1 gezeigt in gedrehter
Lage mit der schmalen Seite durch den Durchbruch 2.1 des
Spindelkörpers 2 gesteckt.
Sinnvollerweise wird hierzu ein Montagehilfsmittel verwendet, das
den Klemmkörper
sicher greift.
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Danach
wird der Spannkörper 6.1 wie
in 3.2 gezeigt in seine
Betriebsposition geschwenkt, so daß ein Zweig des Ypsilons in
den Durchbruch 2.1 ragt.
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Anschließend wird
der Spannkörper
in der Betriebsposition wie in 3.3 gezeigt
wieder nach außen
gezogen. Dabei wird er in den Käfig 6.2 eingefädelt.
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Zur
Sicherung der Lage des Spannkörpers 6.1 wird
abschließend
die Hülse 6.6 eingesetzt,
wie in 3.4 gezeigt.
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- 1.
- Spindelträger
- 2.
- Spindelkörper
- 2.1
- Durchbruch
- 2.2
- Rampe
- 2.3
- Rampe
- 3.1
- Spulenhülse
- 3.2
- Spule
- 4.
- Welle
- 4.1
- Antrieb
- 4.2
- Lagerung
- 4.3
- Wellenverbindung
- 5.
- Stützlager
- 5.1
- Stützlagerschale
- 5.2
- Stützlagerfeder
- 5.3
- Stützlagerabstützung
- 5.4
- Stützlagerführung
- 6.
- Spannmittel
- 6.1
- Spannkörper
- 6.2
- Kolben
- 6.3
- Feder
- 6.4
- Dichtung
- 6.5
- Zylinderraum
- 6.6
- Hülse
- 6.7
- Trennring
- 6.8
- Zweiter
Trennring
- 6.9
- Zuleitung
- 6.11
- Einkerbung
- 6.12
- Rampe
- 6.13
- Spannfläche
- 6.14
- Rampe
- 7.
- Druckluftzuführung
- 7.1
- Dichtung
- 7.2
- Innenraum