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Querbezug auf verwandte Anmeldungen
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- Diese Anmeldung basiert auf der Provisional Application
mit der Seriennr. 60/722,777, die am 30. September 2005 eingereicht
wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf verbesserte kostengünstige Mittel
zum Erhalten einer Präzisionssteuerung von Schärfungswinkeln
in elektrischen Messer- und Klingenschärfern.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
gab eine große Vielzahl von angetriebenen Messerschärfern,
die im Markt eingeführt wurden, die in ihrer Leistung von
einer relativ präzisen Steuerung des Schärfungswinkels
abhängen. Die Genauigkeit der Winkelsteuerung bei solchen
Vorrichtungen ist gewöhnlicherweise nicht adäquat,
um vollständigen Vorteil aus der Kantenschärfe
zu ziehen, die mit ultrafeinen Abriebmitteln erreicht werden kann.
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Die
letztendliche Präzision von elektrischen Schärfern,
die Abriebmittel verwenden, um die letztendliche Messerkante zu
erzeugen, hängt in kritischer Weise von der Größe
der abrasiven Partikel bzw. Schleifpartikel ab, die verwendet werden,
um die letztendliche Kante bzw. Schneide zu schleifen und von der
Präzision aller mechanischen und strukturellen Elemente,
die direkt dabei beteiligt sind, konsistent den Schärfungswinkel
zwischen der Ebene jeder letztendlichen Kantenfacette und der Ebene
der abrasiven Schärfungsfläche einzurichten und
aufrechtzuerhalten.
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Wie
im
US-Patent 6 875 093 beschrieben, wird
es, wenn feinere kleiner gekörnte abrasive Partikel bei
Präzisionsschärfern verwendet werden, um eine
glattere und daher besser polierte Oberfläche auf den Facetten
bzw. Flächen der geschärften Klinge zu erhalten,
nötig, den Druck zu verringern, der auf die Kantenfacette
während des Schärfens aufgebracht wird, um die
Größe des Grates zu minimieren, der an der Kante
erzeugt wird, und um eine "Belastung" bzw. einen "Eintrag" der abrasiven
Oberfläche zu vermeiden, die aus ultrafeinen Partikeln
zusammengesetzt ist. Um auch die letztendliche Präzision zu
verwirklichen, wenn die sich bewegende abrasive Oberfläche
die Facette bearbeitet, muss die Winkelbeziehung der Ebene der sich
bewegenden abrasiven Fläche am Kontaktpunkt mit der Facette
bzw. zu schleifenden Fläche präzise auf dem gleichen
Winkel über jeden physischen Hub oder jede Wiederholungsbewegung
der abrasiven Oberfläche (Schleiffläche) gehalten
werden. Wenn die aktive abrasive Oberfläche in Form einer
sich drehenden kreisförmigen Struktur ist, wie beispielsweise
in Form einer Scheibe,
1, bringt die räumliche
Präzision der sich bewegenden kreisförmigen Kontaktlinie
zwischen der Facette und der Scheibenoberfläche eine Grenze
bezüglich der Konsistenz des Schärfungswinkels
mit sich. Wenn die räumliche Präzision hoch ist,
dann wird der Schärfungswinkel während jeder Umdrehung
der Kontaktlinie zwischen der Facettenoberfläche und der
sich bewegenden abrasiven Oberfläche sehr konsistent bleiben.
Eine höhere Winkelpräzision hat schärfere
Kanten an den Messern zur Folge.
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Das
US-Patent 6 875 093 betont,
dass, wenn Federn, wie beispielsweise die Feder
5 (
1)
mit niedrigerer Kraft- bzw. Federkonstante verwendet werden, um
den Druck während des Schärfens mit einer Scheibe
2 zu
verringern, die mit ultrafeinen abrasiven Stoffen bzw. Abriebmitteln
bedeckt ist, irgendwelche kleinen mechanischen Ungleichmäßigkeiten
auf der sich drehenden Oberfläche schwerwiegende Schwingungen
bewirken werden und damit einen intermittierenden bzw. unterbrochenen
Kontakt mit der Facette und Variationen des Schärfungswinkels,
wenn die berührende abrasive Oberfläche über jeden
Zyklus ihrer Bewegung geht.
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Wenn
die abrasive Oberfläche auf der Oberfläche einer
sich drehenden scheibenartigen Oberfläche aufgebaut ist
(1), kann irgendeine Abweichung (Taumeln) der Oberfläche
um ihre Scheibendrehachse und irgendwelche kleinen oder großen Ungleichmäßigkeiten
in der sich drehenden scheibenartigen Oberfläche be trächtliche
Veränderungen des Schärfungswinkels während
jedes Drehzyklus bewirken. Solche Winkelveränderungen verschlechtern
die Präzision, mit der die Facettenfläche bearbeitet
wird. Veränderungen des Schärfungswinkels bei jedem
Zyklus begrenzen die Präzision, mit der die Kante (Schnittlinie
der zwei Facetten) geformt wird, und sie bestimmen daher die zu
erreichende Schärfe der Kante und die Größe
des Grates, der entlang der Kante erzeugt wird. Mit einem konsistenteren
bzw. durchgängigeren Schärfungswinkel wird der
restliche Grat kleiner sein, und je kleiner der restliche Grat ist, desto
schärfer wird die Messerkante sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist es, eine Präzisionssteuerung
der Schärfungswinkel bei einem elektrischen Messer- und
Klingenschärfer vorzusehen, und zwar basierend auf einem
Fortschritt über die Techniken hinaus, die im
US-Patent 6 875 093 beschrieben werden,
wobei alle Details davon hier durch Bezugnahme darauf mit eingeschlossen
sein sollen.
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Als
ein Beispiel dieser Erfindung werden relativ dünne modifizierte
kegelstumpfförmige Scheiben auf Naben gegossen, die auf
einer durch einen Motor angetriebenen Welle montiert sind. Die Naben haben
Bohrungen, die mit einem sehr kleinen Spiel passen, sodass die Wellen
doch genug Spiel vorsehen, um zu gestatten, dass die Scheiben frei
gegen niedrige Federkräfte gleiten, wenn sie von der Facette
bzw. Schlifffläche eines Messers berührt werden.
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Die Zeichnungen
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1–2 sind
Seiten- und Frontansichten einer sich drehenden Schärfungs-
bzw.
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Schleifscheibe
und ihrer assoziierten Struktur, und sie zeigen eine Messerklinge
an der Scheibe gemäß dieser Erfindung;
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3–4 sind
Seiten- und Frontansichten ähnlich den 1–2,
ohne die Messerklinge;
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5 ist
eine Seitenansicht, die die Anwendung einer verbesserten Oberflächenstruktur
an der Scheibe gemäß dieser Erfindung veranschaulicht;
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6 ist
eine Draufsicht der Scheibe der 5, die eine
Klinge zeigt, die gerade geschärft wird; und
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer Schärfungsscheibe mit einer
modifizierten (gekrümmten) Oberfläche gemäß dieser
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Wir
haben herausgefunden, dass eine vergleichsweise wirtschaftliche
Konstruktion und eine praktische Schärfungsoberfläche
für angetriebene Schärfer unter Verwendung von
relativ dünnen modifizierten Scheiben mit kegelstumpfförmiger
Oberfläche gemäß den
5,
6 und
7 erzeugt
werden kann, die auf Plastiknaben
6 gegossen sind, die zum
Montieren durch Stifte
4 auf einer durch einen Motor angetriebenen
Welle
3 mit hoch präzisem Durchmesser ausgelegt
sind. Die Plastiknaben sind mit Bohrungen mit präzisem
Durchmesser gegossen, um mit sehr kleinem Spiel auf solche Wellen
zu passen – mit gerade genügend Spiel, um zu gestatten, dass
die Scheiben frei gegen Federn
5 mit niedriger Kraft gleiten,
wenn sie durch die Facette bzw. zu schleifende Fläche eines
gerade geschärften Messers berührt werden. Die
Antriebswellen mit präzise eng passendem Durchmesser und
die dazu passenden Löcher in den Befestigungsnaben, wie
sie im
US-Patent 6 875 093 beschrieben
werden, sind auch wichtig, um das Auslaufen der sich drehenden Kontaktlinie
bei jeder Drehung der Scheibe zu verringern.
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Um
weiter die Präzision und Konsistenz des Winkelkontaktes
zwischen der Kantenfacette der Klinge und der sich drehenden abrasiven
Oberfläche zu steigern, haben die Erfinder herausgefunden, dass
die Kegelneigung einer normalen kegelstumpfförmigen abrasiv
beschichteten Oberfläche 2 geringfügig
modifiziert werden kann, wie später beschrieben, und zwar
zu einer geringfügig gekrümmten Form R2, siehe 5, 6 und 7,
um mit größerer Genauigkeit genau die Stelle sicherzustellen, wo
die sich drehende Oberfläche der Facette ihren Kontakt
während des Schärfungsvorgangs haben wird. Der
Kontaktpunkt ist besser definiert und er bleibt vergleichsweise
besser konsistent bei jeder Drehung, wodurch eine konsistentere
Winkelbeziehung zwischen der Kantenfacette der Klinge und der Ebene
der abrasiven Oberfläche eingerichtet wird.
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Charakteristisch
wird die Stirnseite 9 der Klinge 7 (1 und 2)
in Winkelrichtung durch eine starr befestigte Führungsfläche 8 (1)
geführt, sodass eine Kantenstirnseite des Messers stetig
in einem festen Winkel positioniert ist, wenn sie die abrasiv beschichtete
Scheibenoberfläche 2 berührt. Somit wird
eine Facette bzw. Seite der Schneidkante in engem Kontakt mit der
Oberfläche 2 der von einem Motor angetriebenen
Scheibe 1 an einem Kontaktpunkt gehalten, wie beispielsweise
am Punkt A (2). Die im Querschnitt in 1 gezeigte
Klingte ist tatsächlich nicht parallel mit der Hinterseite
der Scheibe 1 ausgerichtet, sondern ist so orientiert,
dass die Klingenfacette einen Kontakt mit der abrasiven Oberfläche
ungefähr am Punkt A (2) in einem
oberen vorderen Quadranten der abrasiven Oberfläche 2 herstellt.
Die Drehrichtung der abrasiven Oberfläche ist üblicherweise,
jedoch nicht notwendigerweise, gegen den Uhrzeigersinn, wie in 2 zu
sehen.
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Wir
haben herausgefunden, dass es in solchen Konfigurationen wichtig
ist, nicht abrasive Ablagen oder Anschläge B (2 und 6)
zu haben, die mit der Kante 10 der Klinge 7 in
Kontakt sind und die Kante in der "horizontalen" Ebene ausrichten,
um konsistent die abrasive Oberfläche im Punkt A zu berühren.
Irgendein Auslaufen (Taumeln) oder eine Oberflächenunregelmäßigkeit
der abrasiven Scheibe 1 wird bewirken, dass der Messerkantenkontaktpunkt A
sich beträchtlich während jeder Drehung der abrasiv
beschichteten Oberfläche 2 verschiebt. Irgendeine
Verschiebung des Punktes A kann den Kontaktwinkel zwischen der Ebene
der Kantenfacette und der Ebene der nominell konischen abrasiven
Oberfläche 2 verändern. Wir haben jedoch
herausgefunden, dass das Ausmaß der seitlichen Verschiebung
der Position des Kontaktpunktes A und folglich die Veränderung
des Winkels der gerade geformten Facette bzw. Schliffkante durch
Erzeugen einer geringfügig abgerundeten (aufgebogenen)
Oberfläche der normalerweise kegelstumpfförmigen
Oberfläche minimiert werden kann, wie unten beschrieben.
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Die
Verbesserung, die wir an der normalen kegelstumpfförmigen
abrasiven Oberfläche vorgenommen haben, die in 3 gezeigt
ist, modifiziert die gerade Kegelneigungslinie R1 der normalen kegelstumpfförmigen
Oberfläche der 3, indem sie geringfügig
gekrümmt gemacht wird, wie von der Linie R2 in den 5, 6 und 7 gezeigt.
Die gekrümmte Linie R2 hätte vorzugsweise einen
sehr großen Radius r, wie in 5, 6 und
in 7 gezeigt. Die in 7 gezeigte
Scheibe ist eine dünne Metallscheibe mit einem modifizierten
Kegelstumpfquerschnitt mit einer Oberfläche, die in einem
großen Radius R2 gekrümmt ist, die abrasiv beschichtet
ist, vorzugsweise mit feinen Diamantabriebspartikeln, und die die
Achse x-x kreuzt. Die Scheibe ist auf einer Nabe 6 befestig,
die um ihre Mittelachse in der Weise rotiert, die in den 1–6 gezeigt
ist. Die geringfügige Krümmung der Linie R2, die
senkrecht zum Umkreis des Facettenkontaktes ist (3),
verringert signifikant das Wandern des Punktes A bei jeder Umdrehung
der modifizierten Kegelstumpffläche und verringert irgendeine
Veränderung des Kontaktwinkels zwischen der abrasiv beschichteten
Oberfläche und der gerade geformten Kantenfacette. Eine Vielzahl
von Oberflächengeometrien kann verwendet werden, um diese
geringfügig konvexe Oberfläche vorzusehen, jedoch
ist diese modifizierte Kegelstumpffläche, so wie sie hier
beschrieben wird, eine Veranschaulichung einer arbeitsfähigen
Oberflächengeometrie. Die wichtige Charakteristik der modifizierten
Kegelstumpfoberfläche ist, dass sie geringfügig
in jenem Bereich A aufgestellt bzw. ausgebogen ist, wo die Kantenfacette
mit der Kegelstumpffläche in Kontakt kommt.
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Eine
geringfügige Ausstellung bzw. Krone reicht aus, um den
Kontaktbereich zwischen der Facette und der sich drehenden abrasiven
Oberfläche zu stabilisieren, sodass ein stabilisierter
Umfangskontaktkreis C, 2, bei der sich drehenden Oberfläche
eingerichtet wird, was somit einen konsistenteren Schärfungswinkel
und einen stetigen nicht schwingenden Kontakt für die Messerkantenfacette während
jeder Umdrehung sicherstellt.
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Es
ist gezeigt worden, dass die perfekte Ausführung einer
Schneidkante beträchtlich verbessert werden kann, wenn
sie geschärft wird, wenn die Kantenfacette in aufeinanderfolgenden
Schritten erzeugt wird. Es ist wünschenswert, die gesamte
Facettenoberfläche in einem ersten Schritt in einem ersten
Winkel mit einem relativ groben Schleifmittel zu schärfen, welches
schnell die gesamte Facette bzw. Schlifffläche neu formen
kann, dann in einem zweiten Schritt den unteren Teil der Facette
mit einem feineren Schleifmittel mit einem geringfügig
größeren zweiten Winkel neu zu formen, und dann
in einer optimalen Situation ungefähr das untere Drittel
der anfänglichen Facette mit einem noch größeren
dritten Winkel mit einem ultrafeinen Abriebsmittel zu polieren oder zu
honen. Die Qualität der letztendlichen so geformten Kante
hängt stark von der Größe der letztendlichen
Körnung und von der Konsistenz des Winkels der Facette
gegen die abrasive Oberfläche während jeder Drehung
dieser Oberfläche ab. Eine Veränderung des Schärfungswinkels
während nur eines Teils jeder Drehung kann die Qualität
und die perfekte Ausführung der letztendlichen Messerkante
verringern.
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Bei
Schärfern, die ausgelegt sind, um ultrafeine Abriebsmittel
bzw. Abrasivstoffe zu verwenden, kann das volle Potential von solchen
Abriebsmitteln nicht verwirklicht werden, außer wenn die
Winkelbeziehungen der abrasiven Oberfläche und der gerade geschärften
Facette in aufeinander folgenden Drehzyklen und über jeden
einzelnen Zyklus mit großer Präzision und Konsistenz
beibehalten werden. Die Präzision und die Konsistenz werden
verbessert durch Erzeugung des beschriebenen großen konvexen
Radius auf den Radiallinien, die die Neigung der sich drehenden
kegelstumpfförmigen Oberfläche herunterlaufen.
Dieser Radius ist nominell senkrecht zum Umfangskontaktkreis C (3).
Der Radius muss groß genug sein, um den Kontaktbereich
der Kantenfacette ausreichend auszudehnen, um eine übermäßige
lokalisierte Abnutzung der berührenden feinkörnigen
abrasiven Oberfläche zu vermeiden. Ein Radius in der Größenordnung
von 8 bis 12 Inch hat sehr gut bei der Erzeugung von wesentlich
verbesserten Schneidkanten funktioniert. Oberflächen mit längeren
Radien können verwendet werden, jedoch erfordern längere
Radien eine größere Präzision der Oberflächenformungsmittel,
um Kanten mit guter Qualität zu erreichen.
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Diese
Techniken werden sehr wichtig, wenn feinkörnigere Abriebsmittel
eingesetzt werden, damit jedoch diese kleineren Partikel praktisch
anwendbar und effektiv über ausgedehnte Anwendungsperioden sind,
muss das Abriebsmittel ein extrem hartes Material mit niedriger
Abnutzung sein, wie Diamant. Diese Techniken sind unpraktisch oder
weniger effektiv, wenn weichere Abriebsmittel verwendet werden,
weil sie nicht die Genauigkeit der darunterliegenden ausgebogenen
Form bei signifikanter bzw. stärkerer Anwendung halten.
Beispielsweise hat sich erwiesen, dass Carborund-, Aluminiumoxyd-
und Siliziumoxydräder oder -scheiben weniger praktisch
sind, und zwar wegen ihrer Körnigkeit und ihrer verringerten Haltbarkeit.
Oberflächen, die mit Diamanten von Mikrometergröße
beschichtet sind, haben sich als deutlich präziser erwiesen,
und bei normaler Pflege halten sie ihre Form unbegrenzt.
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Wenn
Diamantabriebsmittel verwendet werden, funktioniert diese Technik
gut. Um die Kantenfacetten stufenweise mit aufeinander folgend feineren Körnungen
in jedem Schritt und mit den aufeinander folgenden Schärfungswinkeln,
die sehr nah aneinander liegen, wie oben beschrieben zu schärfen,
beispielsweise nur ein oder zwei Grad unterschiedlich zueinander,
wird die Anwendung eines harten Abriebsmittels, wie beispielsweise
von Diamanten, nahezu zur Pflicht. Andere Materialien werden, wenn sie
sich abnutzen, gestatten, dass die Schärfungswinkel sich
verändern, bis der Differenzwinkel zwischen aufeinander
folgenden Schritten zu klein wird, um zu gestatten, dass diese stufenweise
Schärfungstechnik effektiv bzw. anwendbar wird.
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Durch
Kombinieren dieses Niveaus einer präzisen Winkelsteuerung
und durch Anwendung von Diamanten mit niedriger Abnutzung als das
abrasive Material, wird ein Schärfungsvorgang mit aufeinander
folgenden Winkeln, die nur geringfügig unterschiedlich
sind, und mit immer feiner werdenden Gittern praktisch leichter
möglich. Wir haben gezeigt, dass mit der hier beschriebenen
Technik die Anwendung von kleineren ultrafeinen Diamanten, die weniger
aggressiv sind, die jedoch schärfere Kanten erzeugen, nun
bei angetriebenen Schärfern mit relativ wirtschaftlichen
Preisen praktisch möglich sind.
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Diese
Technik ist insbesondere praktisch zum Schärfen von Klingen
im asiatischen Stil, die an dem Punkt viel dünner sind,
wo die Facetten bzw. Schliffkanten geformt werden, und wo einige
der Kanten einseitig sind und daher eine Facette haben, die in erster
Linie auf einer Seite der Klinge geschärft wird. Die optimale
Schärfungstechnik, die für solche Klingen erforderlich
ist, hängt von der Anwendung von weniger aggressiven und
präziseren Schärfungsverfahren unter Verwendung
von ultrafeinen Abriebsmitteln ab.
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Die
optimale Anwendung dieser Technik beruht auf der optimalen Formgebung
der umlaufenden abrasiven Oberfläche, auf der präzisen
Positionierung und der Winkelanordnung der Messerklinge, um ihre
Facette bzw. Schliffkante in einem konsistenten Winkel und in gleitendem
Kontakt mit der sich bewegenden abrasiven Oberfläche zu
halten, wobei die abrasiven Partikel an der Facette vorzugsweise
in einer Richtung vorbeilaufen, die 30–90 Grad zur Linie der
Messerkante ist, und wobei die Kante durch geeignete Ablagen oder
Anschläge getragen wird, die den Kontaktpunkt an einer
optimalen Stelle A auf der sich bewegenden abrasiven Oberfläche
während jeder Drehung halten. Auch muss die Federspannung, die
die Facette in Kontakt mit der sich bewegenden abrasiven Oberfläche
hält, klein sein und für die besten Ergebnisse
optimiert sein. Der unterschiedliche Winkel zwischen aufeinander
folgenden Gittern muss ausreichend klein sein, weniger als 3 Grad,
um die Größe des restlichen Grates entlang der
daraus resultierenden Kante zu minimieren, falls überhaupt
ein Grat auftreten sollte.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass die einzigartige Kombination
dieser Konstruktionselemente mit sehr harten Abriebsmitteln letztendliche Kanten
an einer Vielzahl von herkömmlichen Haushaltsmessern und
asiatischen Messern zur Folge hat, die konsistent rasiermesserscharf
sind.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Eine
modifizierte kegelstumpfförmige Scheibe ist auf eine Plastiknabe
gegossen, die an einer durch einen Motor angetriebenen Welle montiert
ist. Die Nabe hat eine axiale Bohrung mit einer Größe, die
mit einem sehr engen Spiel auf die Welle passt, während
immer noch gestattet wird, dass die Scheibe frei gegen eine geringe
Federkraft gleitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6875093 [0004, 0005, 0007, 0015]