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Die Erfindung betrifft eine Flanschbaugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
JP 2003-287004 A ist eine Flanschbaugruppe bekannt. Gemäß der
6 der
JP 2003-287004 A umfasst die Flanschbaugruppe
1C ein kreiszylindrisches Rohr
31C mit einer Längsachse, das beispielsweise Bestandteil eines Fluid- oder eines Elektrozylinders ist. Das Rohr wird von einem Flansch
12C; einem Eingriffsring
51C und einem Klemmring
21C umgeben. Der Eingriffsring ist unmittelbar zwischen dem Flansch- und dem Klemmring eingespannt. Der Eingriffsring besitzt eine rechteckige Querschnittsform und greift in eine angepasste umlaufende Eingriffsnut
36C an dem Rohr ein.
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Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Breite des Eingriffsrings sehr genau an die Breite der Eingriffsnut angepasst werden musst, damit der Flansch spielfrei an dem Rohr gehalten wird. Gleichzeitig greifen an dem Flansch zum Teil sehr große Kräfte an, die zu einer elastischen Verformung der an der Flanschklemmung beteiligten Bauteile führen können, so dass der Flansch ebenfalls Spiel bekommen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu überwinden.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Seitenflanken der Eingriffsnut V-förmig geneigt zueinander verlaufen, wobei der Eingriffsring an die genannten Seitenflanken angepasst ist und an diesen anliegt. Damit kann der Eingriffsring immer so weit in die Eingriffsnut eingeführt werden, dass er spielfrei an den Seitenflanken der Eingriffsnut anliegt. Damit ist auch der Flansch spielfrei an dem Rohr befestigt. Durch die Vorspannung der Flanschbaugruppe ist sichergestellt, dass dieser Zustand auch unter Einwirkung einer großen äußeren Last erhalten bleibt.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Zwischen dem Nutgrund der Eingriffsnut und dem Eingriffsring kann ein Freiraum vorhanden sein. Hierdurch soll verhindert werden, dass der Eingriffsring an dem genannten Nutgrund anliegt, noch ehe er an den Seitenflanken der Eingriffsnut spielfrei anliegt.
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Der Neigungswinkel der Seitenflanken der Eingriffsnut zueinander kann zwischen 15° und 110° und vorzugsweise zwischen 30° und 70° betragen. Durch die V-förmig geneigten Seitenflanken der Eingriffsnut wird das Rohr beim Verspannen der Flanschbaugruppe in radialer Richtung belastet. Da das Rohr, insbesondere wenn es in einem Fluid- oder Elektrozylinder verwendet wird, vorzugsweise dünnwandig ausgeführt ist, treten durch die genannten Radialkräfte nennenswerte elastische Radialverformungen an dem Rohr auf. In dem angegebenen Winkelbereich ergibt sich der beste Kompromiss aus spielfreier Anlage des Eingriffsrings und minimalen Radialverformungen am Rohr.
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Die Eingriffsnut kann im Querschnitt betrachtet spiegelsymmetrisch ausgebildet sein, damit der Flansch in beiden Richtungen parallel zur Längsachse gleich hoch belastbar ist.
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Die Außenumfangsfläche des Eingriffsringes kann kegelförmig ausgebildet sein, wobei der Klemmring an die genannte Außenumfangsfläche angepasst ist und an dieser anliegt. Durch den vorgeschlagenen Kegeleingriff wird beim Verspannen der Flanschbaugruppe eine radial nach innen gerichtete Kraft auf den Eingriffsring ausgeübt, welcher den Eingriffsring gegen die V-förmige Eingriffsnut drängt. Damit wird durch die Verspannung der Flanschbaugruppe das Spiel zwischen dem Eingriffsring und der Eingriffsnut beseitigt.
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Der Klemmring kann an einem Innenumfangsabschnitt kreiszylindrisch ausgebildet sein, wobei er an dem genannten Innenumfangsabschnitt an dem Rohr anliegt. Hierdurch wird der Klemmring in Längsrichtung gleitbeweglich an dem Rohr geführt, so dass er sich beim Verspannen der Flanschbaugruppe nicht verkanten kann. Eine nicht rotationssymmetrische Verteilung der Klemmkräfte in der Flanschbaugruppe wird somit vermieden. Die Steifigkeit der Flanschbaugruppe ist deshalb im Wesentlichen rotationssymmetrisch.
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Der Eingriffsring kann eine ebene Längsstirnfläche aufweisen, die senkrecht zur Längsachse des Rohres ausgerichtet ist, wobei der Flansch an der genannten Längsstirnfläche anliegt. Damit ist der Flansch in Richtung der Längsachse formschlüssig an dem Eingriffsring abgestützt.
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Der Eingriffsring kann einen radial nach außen weisenden Fortsatz aufweisen, wobei die ebene Längsstirnfläche, die an dem Flansch anliegt, sich über den Fortsatz erstreckt, wobei der Fortsatz zwischen dem Flansch und dem Klemmring angeordnet ist, wobei in den Klemmring mehrere Fixierschrauben eingeschraubt sind, welche sich am Fortsatz in Richtung der Längsachse abstützen können. Wenn an dem Flansch eine Kraft angreift, die vom Klemmring weg weist, so wird der Klemmring auf die kegelförmige Außenumfangsfläche des Eingriffsrings gezogen, so dass die Flanschbaugruppe starker verspannt wird. Um dies zu verhindern sind der vorgeschlagene radiale Fortsatz und die Fixierschrauben vorgesehen. Der Klemmring kann sich über die Fixierschrauben am Eingriffsring und am Flansch abstützten, so dass eine gegenseitige Verlagerung der genannten Teile ausgeschlossen ist. Die Fixierschrauben werden erst dann soweit festgedreht, bis sie am radialen Fortsatz des Eingriffsrings anliegen, wenn die Flanschbaugruppe fertig verspannt ist.
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Die ebene Längsstirnfläche des Eingriffsrings, die an dem Flansch anliegt, kann auf der Seite der kegelförmigen Außenumfangsfläche angeordnet sein, welche den größten Durchmesser aufweist. Beim Verspannen der Flanschbaugruppe wirken die in Richtung der Längsachse gerichteten Spannkräfte daher nur zwischen dem Flansch, dem Klemmring und dem Spannring. Die Eingriffsnut wird durch die in Längsrichtung wirkenden Klemmkräfte nicht unmittelbar belastetet, sondern nur mittelbar über die elastische Verformung des Eingriffsrings.
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Der Eingriffsring kann aus mehreren Ringabschnitten zusammengesetzt sein, die sich jeweils höchstens über 180° in Umfangsrichtung erstrecken. Die einzelnen Ringabschnitte können problemlos in die Eingriffsnut eingesetzt werden. In der fertig montierten Flanschbaugruppe werden sie von dem Klemmring in der Eingriffsnut gehalten.
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Der Eingriffsring kann einstückig ausgebildet sein, wobei er einen Schlitz aufweist, so dass er bezüglich der Umfangsrichtung offen ist. Damit kann der Eingriffsring aufgebogen werden, um ihn über das Rohr hinwegzuschieben, bis er in die Eingriffsnut einschnappt.
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Der Klemmring kann mittels mehrerer Klemmbolzen mit dem Flansch verschraubt sein, die parallel zur Längsachse angeordnet sind. Mit den Klemmbolzen kann die für die Verspannung der Flanschbaugruppe erforderliche Klemmkraft erzeugt werden. Die genannte Klemmkraft wirkt dabei in Richtung der Längsachse.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen Längsschnitt eines Elektrozylinders, der das Rohr einer erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe umfasst;
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2 einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe mit dem Rohr nach 1 und;
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3 einen Halbschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe.
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1 zeigt einen Längsschnitt eines Elektrozylinders 14. Der Elektrozylinder 14 umfasst ein Gehäuse 12 und einen Ausleger 20. Das Gehäuse 12 umfasst ein Rohr 40, an dessen einem Längsende eine Verdrehsicherung 26 angebracht ist, wobei am gegenüberliegenden Längsende ein Drehlager 30 vorgesehen ist. Das Rohr 40 ist in Form eines kreisrunden Hohlzylinders ausgebildet, wobei es aus Stahl im Ziehverfahren hergestellt ist. Das Rohr 40 weist nach dem Ziehprozess bereits eine ausreichende Genauigkeit für die vorliegende Verwendung auf, so dass es nur noch örtlich nachbearbeitet wird. An dem Längsende, das dem Drehlager 30 zugeordnet ist, ist das Rohr 40 an der Außenumfangsfläche mit einem Außengewinde versehen, auf das ein Haltering 31 aufgeschraubt ist. Der Haltering 31 ist wiederum mit mehreren, parallel zur Längsachse ausgerichteten Schraubbolzen 32 mit dem Lagergehäuse 33 des Drehlagers 30 verschraubt, so dass das Lagergehäuse 33 gegen eine Längsstirnfläche des Rohres 40 gespannt wird.
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Das Lagergehäuse
33 ist im Wesentlichen in Form eines kreisrunden Hohlzylinders ausgebildet. in dein Lagergehäuse
33 sind insgesamt vier Schrägkugellager
34 aufgenommen, in denen eine Gewindespindel
35 bezüglich der Längsachse
11 drehbar gelagert ist. Die Gewindespindel
35 ragt mit einem kreiszylindrischen Antriebszapfen
36 aus dem Lagergehäuse
33 heraus, so dass sie beispielsweise mit einem Elektromotor oder einem Getriebe in Drehantriebsverbindung gebracht werden kann, um den Ausleger
20 in Richtung der Längsachse
11 zu bewegen. Innerhalb des Rohres
40 ist die Gewindespindel
35 mit bezüglich der Längsachse
11 schraubenförmig verlaufenden Gewindegängen versehen. In diese Gewindegänge greift eine Mutter
37 ein, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Planetenmutter ausgeführt ist, die beispielsweise gemäß der
DE 10 2007 056 861 A1 ausgeführt sein kann. Es kann aber auch eine Mutter mit endlos umlaufenden Wälzkörpern oder eine Gleitgewindemutter vorgesehen sein.
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Der Ausleger 20 umfasst ein Auslegerrohr 22, das sich mit einer konstanten Querschnittsform in Richtung der Längsachse 11 erstreckt, wobei es die Gewindespindel 35 abschnittsweise umgibt. Das Ende der Gewindespindel 35, das dem Drehlager 30 abgewandt ist, ist je nach Länge des Elektrozylinders 14 an der Innenumfangsfläche des Auslegerrohres 22 gleitbeweglich abgestützt oder nicht. Die Innenumfangsfläche des Auslegerrohres 22 ist kreiszylindrisch ausgebildet, wobei die Außenumfangsfläche ausgehend von einem Kreiszylinder mit vier Abflachungen versehen ist, welche im Querschnitt betrachtet auf den Seiten eines Quadrates angeordnet sind. Die genannten Abflachungen sind zum Eingriff mit der Verdrehsicherung 26 vorgesehen. An dem der Mutter 37 zugewandten Ende ist das Auslegerrohr 22 an der Außenumfangsfläche mit einem Außengewinde versehen, auf welches die Mutter 37 aufgeschraubt ist. Das entsprechende Innengewinde kann wahlweise unmittelbar am Hauptkörper der Mutter 37 oder an einem gesonderten Verbindungsteil vorgesehen sein.
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An dem Ende des Auslegerrohres 22, welches aus dem Gehäuse 12 herausragt, ist ein Befestigungsteil 24 vorgesehen, welches mit einem kreiszylindrischen Bolzendurchbruch 25 versehen ist. Der Bolzendurchbruch 25 ist wahlweise fest im Befestigungsteil 24 vorgesehen oder in Form eines Kugelgelenks ausgeführt. Anstelle des Bolzendurchbruchs kann auch ein Außengewinde vorgesehen sein, dessen Mittelachse mit der Längsachse 11 des Elektrozylinders 14 zusammenfällt.
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Das Rohr 40 bildet einen Bestandteil einer erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe. Hierfür ist es mit einer umlaufenden Eingriffsnut 41 versehen.
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2 zeigt einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe 10 mit dem Rohr 40 nach 1. Die Eingriffsnut 41 am Rohr 40 weist zwei gegenüberliegende Seitenflanken 42 und einen Nutgrund 43 auf. Der Nutgrund 43 ist kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 des kreiszylindrischen Rohres 40 ausgebildet. Die beiden Seitenflanken 42 verlaufen im Querschnitt betrachtet V-förmig geneigt zueinander, wobei der Neigungswinkel 44 zwischen 30° und 110° und vorzugsweise zwischen 40° und 70° beträgt. Die Seitenflanken 42 der Eingriffsnut 41 sind dabei spiegelbildlich zueinander ausgebildet.
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Der Eingriffsring 50 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet, wobei er aus zwei Hälften zusammengesetzt ist, die jeweils 180° des Rohrumfangs überspannen. Alternativ kann auch ein geschlitzter Eingriffsring vorgesehen sein, der nahezu 360° des Rohrumfangs überspannt. Ein derartiger Ring 40 muss jedoch bei der Montage elastisch aufgebogen werden, damit er in die Eingriffsnut 41 eingeführt werden kann.
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An der radial inneren Seite ist der Eingriffsring 50 an die Eingriffsnut 41 angepasst, so dass er an den Seitenflanken 42 der Eingriffsnut 41 spielfrei anliegt, d. h. die Seitenflanken des Eingriffsrings 50 weisen im Querschnitt betrachtet den gleichen Neigungswinkel 44 auf wie die Seitenflanken 42 der Eingriffsnut 41. Die Innenumfangsfläche 51 des Eingriffsrings 50 ist kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 des Rohres 40 ausgebildet, wobei der Durchmesser der genannten Innenumfangsfläche 51 geringfügig größer als der Durchmesser des Nutgrunds 43 der Eingriffsnut 41 ist. Damit ist zwischen dem Eingriffsring 50 und der Eingriffsnut 41 am Nutgrund 43 auch im verspannten Zustand ein Freiraum vorhanden. Dieser ist jedoch sehr klein, so dass er in 2 nicht erkennbar ist.
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Die Außenumfangsfläche 52 des Eingriffsrings 50 ist kreiskegelförmig bezüglich der Längsachse 11 des Rohres 40 ausgebildet, wobei der größere Kegeldurchmesser dem Flansch 70 zugewandt ist, wohingegen der kleinere Kegeldurchmesser dem Klemmring 60 zugewandt ist. Der Neigungswinkel 54 der Außenumfangsfläche 52 des Eingriffsrings 50 zur Längsachse 11 des Rohres 40 beträgt zwischen 5° und 20°, abhängig vom gewünschten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Anzugsdrehmoment an den Klemmbolzen 73 und den Spannkräften in der Flanschbaugruppe 10. Vorzugsweise ist der genannte Neigungswinkel 54 so klein, dass die Kegelverbindung zwischen dem Klemmring 60 und dem Eingriffsring 50 selbsthemmend ist. Die gegenüberliegenden Längsstirnflächen 53 des Eingriffsrings 50 sind eben und senkrecht zur Längsachse 11 des Rohres 40 ausgebildet.
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Der einstückige Klemmring 60 umgibt das Rohr 40 und den Eingriffsring 50 ringförmig. In einem ersten Längsabschnitt liegt der Klemmring 60 mit einem kreiszylindrischen Innenumfangsabschnitt 61 im Wesentlichen spielfrei an dem Rohr 40 an. In dem verbleibenden zweiten Längsabschnitt liegt der Klemmring 60 mit einem kegelförmigen Innenumfangsabschnitt 62 an dem Eingriffsring 50 an. Der Kegelneigungswinkel 54 an dem Klemmring 60 und dem Eingriffsring 50 ist gleich ausgeführt.
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Der Klemmring 60 ist weiter mit beispielsweise acht gleichmäßig über den Umfang verteilten Gewindebohrungen 65 versehen. Die Gewindebohrungen 65 durchsetzen den Klemmring 60 in Richtung der Längsachse 11, wobei die Klemmbolzen 73 in die Gewindebohrungen 65 eingeschraubt sind. Die Außenumfangsfläche 63 des Klemmrings 60 ist kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet. Die beiden gegenüberliegenden Längsstirnflächen 64 des Klemmrings sind eben und senkrecht bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet.
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Der Flansch 70 weist eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche 71 auf, die im Wesentlichen spielfrei an dem Rohr 40 anliegt. Der Eingriffsring 50 liegt mit einer ebenen Längsstirnfläche 53 an dem Flansch 70 an. Weiter durchsetzen den Flansch 70 mehrere Senkbohrungen 72 in Richtung der Längsachse 11, die jeweils in Flucht zu einer zugeordneten Gewindebohrung 65 im Klemmring 60 angeordnet sind. Die bereits angesprochenen Klemmbolzen 73 in Form von Zylinderkopfschrauben greifen wiederum in die Senkbohrungen 72 ein. Zwischen dem Flansch 70 und dem Klemmring 60 ist dabei ein Spalt vorgesehen, der so groß ausgelegt ist, dass er auch im verspannten Zustand der Flanschbaugruppe 10 nicht verschwindet.
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Durch Festdrehen der Klemmbolzen 73 wird der Klemmring 60 in Richtung Flansch 70 gezogen, wobei sich der Flansch 70 an der ebenen Längsstirnfläche 53 des Eingriffsrings 50 abstützt. Folglich wird der Klemmring 60 so auf die kegelförmige Außenumfangsfläche 52 des Eingriffsrings 50 gezogen, dass dieser nach radial innen verformt wird, bis seine V-förmigen Seitenflanken an den Seitenflanken 42 der Eingriffsnut 41 spielfrei und vorzugsweise mit Vorspannung anliegen. Ein Kontakt zwischen der Innenumfangsfläche 51 des Eingriffsrings und dem Nutgrund 43 der Eingriffsnut 41 ist dabei aufgrund des bereits angesprochenen Freiraums in diesem Bereich ausgeschlossen.
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Im Übrigen ist der einstückige Flansch 70 beispielhaft in der Art einer kreisringförmigen Platte ausgebildet. Es kann jedoch jede beliebige Form gewählt werden, die dazu geeignet ist, den Flansch an einer anderen (nicht dargestellten) weiteren Baugruppe zu befestigen.
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Hinzuweisen ist noch auf die Verdrehsicherung 26, die Gegenstand der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen <ergänzen> ist.
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3 zeigt einen Halbschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Flanschbaugruppe 10. Die zweite Ausführungsform nach 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 2 dadurch, dass an dem Eingriffsring 50 ein nach radial außen weisender Fortsatz 55 einstückig vorgesehen ist. Die Längsstirnfläche 53 des Eingriffsrings 50, die am Flansch 70 anliegt, erstreckt sich über den Fortsatz 55, so dass dieser vollflächig an dem Flansch 70 anliegt. Der radiale Fortsatz 55 erstreckt sich in den Raum zwischen dem Flansch 70 und dem Klemmring 60. Der bereits angesprochene Spalt 74 ist nunmehr zwischen dem radialen Fortsatz 55 und dem Klemmring 60 angeordnet. In dem Klemmring 60 sind bezüglich der Umfangsrichtung zwischen den Klemmbolzen (Nr. 73; 2) mehrere Fixierschrauben 66 eingeschraubt, die sich in Richtung der Längsachse 11 erstrecken. Die Fixierschrauben 66 sind in Form von Gewindestiften ausgeführt. Nachdem die Flanschbaugruppe 10 mittels der Klemmbolzen verspannt wurde, werden die Fixierschrauben 66 so weit eingeschraubt, bis sie an dem radialen Fortsatz 55 anliegen. In dieser Lage werden die Fixierschrauben 66 mittels eines Klebstoffes oder einer anderen Schraubensicherung gesichert am Klemmring 60 gesichert. Greift nun an dem Flansch 70 eine Kraft an, die vom Klemmring weg weist, so wird diese über den radialen Fortsatz 55 auf den Eingriffsring 50 und weiter auf das Rohr 40 übertragen. Dabei ist es ausgeschlossen, dass der Eingriffsring 50 weiter auf die kegelförmige Außenumfangsfläche 52 des Eingriffsrings 50 gezogen wird, was eine zusätzliche Verspannung der Flanschbaugruppe 10 zur Folge hätte.
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Im Übrigen wird bezüglich der zweiten Ausführungsform auf die Ausführung zur ersten Ausführungsform nach 2 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flanschbaugruppe
- 11
- Längsachse
- 12
- Gehäuse
- 14
- Elektrozylinder
- 20
- Ausleger
- 22
- Auslegerrohr
- 24
- Befestigungsteil
- 25
- Bolzendurchbruch
- 26
- Verdrehsicherung
- 30
- Drehlager
- 31
- Haltering
- 32
- Schraubbolzen
- 33
- Lagergehäuse
- 34
- Schrägkugellager
- 35
- Gewindespindel
- 36
- Antriebszapfen
- 37
- Mutter
- 40
- Rohr
- 41
- Eingriffsnut
- 42
- Seitenflanke der Eingriffsnut
- 43
- Nutgrund der Eingriffsnut
- 44
- Neigungswinkel der Seitenflanken
- 50
- Eingriffsring
- 51
- Innenumfangsfläche des Eingriffsrings
- 52
- Außenumfangsfläche des Eingriffsrings
- 53
- ebene Längsstirnfläche des Eingriffsrings
- 54
- Neigungswinkel der Außenumfangsfläche des Eingriffsrings
- 55
- radialer Fortsatz
- 60
- Klemmring
- 61
- kreiszylindrischer Innenumfangsabschnitt des Klemmrings
- 62
- kegelförmiger Innenumfangsabschnitt des Klemmrings
- 63
- Außenumfangsfläche des Klemmrings
- 64
- Längsstirnfläche des Klemmrings
- 65
- Gewindebohrung
- 66
- Fixierschraube
- 70
- Flansch
- 71
- Innenumfangsfläche des Flansches
- 72
- Senkbohrung
- 73
- Klemmbolzen
- 74
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-287004 A [0002, 0002]
- DE 102007056861 A1 [0023]
