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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Objektes an mindestens einem um Zahnräder umlaufenden Zahnriemen mit mindestens einem form- und/oder kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittel zur Verbindung des Objekts mit dem Zahnriemen.
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Zahnriemen sind Treibriemen mit Zahnung, die formschlüssig um wenigstens zwei gezahnte Riemenscheiben bzw. Zahnräder laufen. Der grundsätzliche Aufbau eines Zahnriemens umfasst einen Riemenkörper, der mit voneinander beabstandeten Zähnen bestückt ist. Der Zahnabstand ist auf die Zähne der Zahnräder abgestimmt. Durch die Formschlüssigkeit der Zahnung sind höhere Kräfte übertragbar und es wird Schlupf vermieden. Es existieren Zahnriemen, die nur einseitig Zähne aufweisen. Es gibt aber auch Zahnriemen, die an beiden Seiten mit Zähnen versehen sind.
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Neben dem Zweck der Kraftübertragung können Zahnriemen auch zum Tragen und Fördern von Objekten eingesetzt werden.
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Alternativen zu Zahnriemen, die Objekte tragen, sind bspw. Führungsschienen, auf denen kostenintensive, einzeln ansteuerbare, elektro-magnetisch angetriebene Wagen fahren. Solche Objektbewegungsmöglichkeiten sind in der Druckschrift
DE 10 2012 022 751 B4 im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Ablegen einer flexiblen Materialbahn, einem sogenannten „Festooner”, beschrieben.
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Aus der Druckschrift
WO 2014 079562 A1 ergibt sich ein Festooner, der mit einer Vielzahl von Führungsschienen ausgestattet ist, auf denen elektrisch angetriebene Wagen umlaufen, welche Eingriffselemente tragen, die in die abzulegende Materialbahn eingreifen oder diese freigeben.
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Der Einsatz von Führungsschienen, auf denen Wagen umlaufen, hat sich als kostenintensiv erwiesen. Der Einsatz von Zahnriemen als Träger von Objekten bietet sich unter dem Aspekt der Kostenersparnis an.
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Vorrichtungen zum Befestigen eines Objekts an einem Zahnriemen sind beispielsweise aus der Druckschrift
EP 1 092 657 B1 bekannt. Dort geht es um den Transport von Werkstücken innerhalb einer Produktionslinie. An der Zahnoberseite ist eine Öffnung vorgesehen, die sich bis zur zahnlosen Riemenseite erstreckt. In die Öffnung ist ein Halteelement eingelassen, das von der zahnlosen Riemenseite rechtwinklig abragt und auf das eine Objekthalterung aufgebracht ist. Die Transportgenauigkeit soll bei der in Rede stehenden Druckschrift dadurch verbessert werden, dass das Halteelement Flügel aufweist, die sich im Zahnkopf erstrecken und die einer Lockerung der Objekthalterung entgegenwirken. Diese Form der Objekthalterung ist nur möglich, wenn die Riemenbreite deutlich breiter ist als das Halteelement. Ferner reduziert die Durchbohrung des Riemens die maximale Kraftaufnahme signifikant. Diese Bauform verlangt eine spezielle Fertigung der Riemen und ist somit kostenintensiv.
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Bei hin und her gehenden, translatorischen Bewegungsabläufen eines am Zahnriemen fixierten Objektes treten in der Regel keine Probleme auf. In der Praxis treten Schwierigkeiten dann auf, wenn das Objekt zusammen mit dem Zahnriemen um die Zahnräder umlaufen soll und die Objekteigenschaften, wie Größe, Starrheit, Formgebung eine Manipulation der Zahnräder erfordern. Ein weiteres Problem bei mit Objekten bestückten umlaufenden Zahnriemen, wobei eine Durchbohrung des Zahnriemens und die Durchführung eines Verbindungsmittels durch diese Bohrung stattfinden, stellen Riemenspannungsschwankungen und der damit verbundene Schlupf dar.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung zum Befestigen eines Objekts am Zahnriemen anzugeben, die Manipulationen am Zahnriemen und Zahnrädern vermeidet und einen schlupffreien Umlauf des Zahnriemens mit dem Objekt unabhängig von dessen Eigenschaften bei konstanter Zahnriemenspannung ermöglicht.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst. Danach ist eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art derart ausgestaltet, dass eine Formkulisse mit einer Eingangsumlenkung und einer Ausgangsumlenkung vorgesehen ist und dass der Zahnriemen einen in der Formkulisse umgelenkten Abschnitt ausbildet, der dauerhaft mit der Formkulisse verbunden ist.
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Erfindungsgemäß zunächst erkannt worden, dass sich der Umlauf von Zahnriemen um die Zahnräder in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des an diesem befestigten Objektes schwierig gestalten kann und eine Manipulation der Zahnräder erforderlich machen kann. Weiter ist erkannt worden, dass eine Perforierung des Zahnriemens und dessen direkte Verbindung mit dem Objekt über ein Verbindungsmittel zu Riemenspannungsschwankungen führt. Weiter ist erkannt worden, dass eine kostenverursachende Manipulation an den Zahnrädern und am Zahnriemen grundsätzlich ausgeschlossen werden kann, wenn das Objekt einen möglichst großen Abstand zum Eingriffsbereich der Zähne des Zahnriemens und der Zähne der Zahnräder einnehmen kann und der Zahnriemen keine zusätzlichen Ausstattungen benötigt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Zahnriemen über Umlenkungen in eine Formkulisse geführt ist, mit dieser dauerhaft verbunden ist. Erfindungsgemäß ist außerdem erkannt worden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung den Einsatz handelsüblicher Zahnriemen und Zahnräder ermöglicht und somit kostengünstig ist. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung das Kämmen handelsüblicher Zahnräder und Zahnriemen ermöglicht, wird ein Lauf des Zahnriemens ohne Krafteinbuße und Schlupf bei konstanter Zahnriemenspannung realisiert.
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Die dauerhafte Verbindung des Zahnriemens mit der Formkulisse könnte kraftschlüssig oder stoffschlüssig sein. Bei einem Stoffschluss kommen Schweiß- oder Klebeverfahren in Betracht.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wird der Zahnriemen kraftschlüssig gegen die Formkulisse gepresst und zwischen einem Zusatzbauteil und der Formkulisse eingeklemmt. Dabei ist das Verbindungsmittel zunächst durch das Zusatzbauteil hindurchgeführt sein, um schließlich die Verbindung zum Objekt herzustellen. Das Verbindungsmittel könnte zweckmäßig als Schraube vorliegen, die schließlich das Objekt durchgreift, welches dann beispielsweise mit einer Mutter gesichert wird. Es können auch mehrere Verbindungsstellen mit mehreren Schrauben realisiert werden, um eine höhere Festigkeit der Verbindung zu erzeugen. Je nach Breite des Zahnriemens könnten über die Breite mehrere Verbindungsmittel zum Einsatz kommen. Bei breiteren Zahnriemen könnten die Zähne rippenförmig ausgebildet sein. Breitere Zahnriemen können zum Einsatz kommen, wenn größere Lasten bewegt werden sollen.
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Nach einer Weiterbildung des vorgenannten Ausführungsbeispiels, die der Optimierung der Zahnriemenspannung dient, könnte das Zusatzbauteil in vorteilhafter Weise an der Kontaktfläche zum Zahnriemen formschlüssig in die Abstände zwischen den Zähnen eingreifen. Auf diese Weise wird der Zahnriemen unverrückbar gegen die Formkulisse gedrückt, quasi verklemmt, und damit die Laufruhe optimiert. Hier könnte zur Erstellung des Zusatzbauteils ein zweckmäßig bearbeiteter Zahnradausschnitt verwendet werden, dessen Zähne genau in die Zahnabstände des Zahnriemens passen.
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Im Hinblick darauf, dass der Zahnriemen im Vorfeld nicht präpariert wird und keine Durchtrittsöffnungen erstellt werden, durch die hindurch sich Verbindungsmittel erstrecken, wie beim Stand der Technik, könnte das Zusatzbauteil zwei Bohrungen für zwei Verbindungsmittel aufweisen, die dermaßen voneinander beabstandet sind, dass sich der Zahnriemen im Verbindungsbereich zur Formkulisse zwischen den Bohrungen erstreckt. Der Abstand der Bohrungen des Zwischenbauteils könnte also die Breite des Zahnriemens überschreiten, so dass die Verbindung mit dem Objekt seitlich vom Zahnriemen erfolgt und eine indirekte Verbindung zwischen Zahnriemen und Objekt erstellt wird. Weiterführend könnte der Abstand der Bohrungen des Zwischenbauteils auch die Breite der Formkulisse überschreiten. Auf diese Weise erhält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine leichte Konstruktion geringer Baugröße, die das zu transportierende Gewicht nicht übermäßig erhöht.
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Gemäß einem bevorzugten Anwendungsbeispiel könnte der Zahnriemen eine zahnlose Seite und eine mit Zähnen bestückte Seite aufweisen, wobei die zahnlose Seite des Zahnriemens die Umlenkungen und die Formkulisse kontaktiert. Für andere Anwendungen könnten auch beidseitig mit Zähnen ausgestattete Zahnriemen erforderlich sein.
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Damit nun durch die Umlenkung des Zahnriemens in der Formkulisse jegliche Beeinträchtigung des Kämmens der Zähne des Zahnriemens mit den Zähnen der Zahnräder ausgeschlossen ist, könnte der umgelenkte Abschnitt des Zahnriemens eine definierte Längenabmessung aufweisen, die auf den Eingriff der Zähne des Zahnriemens in die Zahnabstände der Zahnräder abgestimmt ist.
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Hierzu könnte die Längenabmessung des in der Formkulisse umgelenkten Abschnittes des Zahnriemens so gewählt sein, dass die Abmessung des Abstandes zwischen der Eingangsumlenkung und der Ausgangsumlenkung ein Vielfaches des Teilungsabstandes des Zahnriemens von Zahnmitte zu Zahnmitte ist.
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Unabhängig davon, wie die Formkulisse und deren Ausnehmung gestaltet sind und welche Länge der umgelenkte Abschnitt des Zahnriemens aufweist, kommt es im Hinblick auf das problemlose Kämmen des Zahnriemens mit den Zahnrädern darauf an, dass der Anfang der Eingangsumlenkung und das Ende der Ausgangsumlenkung jeweils mit der Mitte eines Zahnes des Zahnriemens senkrecht zur Laufrichtung des Zahnriemens fluchten. Auf diese Weise ist die Abstimmung auf den Teilungsabstand realisiert und das Kämmen des Zahnriemens mit den Zahnrädern – trotz des umgelenkten Abschnittes des Zahnriemens – gewährleistet. Die temporäre Unterbrechung des Kontaktes zwischen Zahnriemen und Zahnrädern im Bereich des umgelenkten Abschnittes des Zahnriemens bleibt durch die abmessungstechnische Abstimmung auf die Zahnteilung ohne Beeinträchtigung der Funktion.
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Das vom Zahnriemen zu transportierende Objekt könnte ein Wagen sein, auf den weitere Werkzeuge oder Werkstücke angeordnet werden könnten. Das Objekt könnte aber auch direkt das Werkzeug oder das Werkstück sein und – sofern ein Wagen vorgesehen ist – könnte dieser auch mit der Formkulisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung könnte auch in zweifacher Ausführung zum Einsatz kommen, indem ein weiterer Zahnriemen vorgesehen ist, der sich parallel zum Zahnriemen erstreckt. Das Objekt könnte quer zur Laufrichtung der beiden Zahnriemen angeordnet sein und jeweils mit der dortigen Vorrichtung zusammenwirken. Bei dieser Zweifach-Ausführungsform wird mittels zweier schmaler Zahnriemen eine größere Wagenbreite unter Beibehaltung kleiner Umlaufradien abgedeckt und eine Diagonalverschiebung des Objekts vermieden. In der Regel befinden sich die beiden Befestigungsvorrichtungen auf demselben Höhenniveau und parallel zueinander. Dies schließt nicht aus, dass die beiden erfindungsgemäßen Vorrichtungen in anderen Anwendungsfällen zwar auf demselben Höhenniveau, aber versetzt zueinander angeordnet sein könnten.
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Bei dem voranstehenden Ausführungsbeispiel mit zwei parallelen Zahnriemen und zwei Befestigungsvorrichtungen könnten die beiden Zahnriemen einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, so dass die Geschwindigkeiten der beiden Zahnriemen a priori synchronisiert sind.
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Je nach konstruktiver Beschaffenheit des Objekts und je nach Lastaufnahme könnten auch mehr als zwei Zahnriemen zum Einsatz kommen, die jeweils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestückt sind. Wenn mehrere umlaufende Objekte auf einem oder mehreren Zahnriemen vorgesehen sind, ist zur Vermeidung der Kollision der Objekte eine Steuerung erforderlich.
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Für die erfindungsgemäße Vorrichtungen stehen neben der vorgenannten Verwendung innerhalb einer Materialbahnablegevorrichtung noch weitere Verwendungsmöglichkeiten offen. Beispielsweise könne die Vorrichtung in Produktions- oder Montagelinien in der Verpackungsindustrie und in der pharmazeutischen Industrie verwendet werden
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des angeführten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in schematischer Perspektivdarstellung, ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei parallelen Zahnriemen, unter Weglassung der Zahnräder,
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2 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 1,
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3 in schematischer Perspektivdarstellung teilweise den Gegenstand aus 1 mit Bauteilergänzungen,
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4 eine längs vertikal zur Laufrichtung des Zahnriemens geschnittene, perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Wagen als Teil des Objekts und
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5 eine längs vertikal zur Laufrichtung des Zahnriemens geschnittene, perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Zahnriemen.
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Die 1 bis 5 zeigen eine Vorrichtung zum Befestigen eines Objektes 1 an einem um zwei Zahnräder 2, 3 umlaufenden Zahnriemen 4. Die Zahnräder sind in 3 dargestellt.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Formkulisse 8 mit einer Eingangsumlenkung 9, einer Ausnehmung 10 und einer Ausgangsumlenkung 11, die in den 2 und 4 dargestellt sind. Dort ist auch gezeigt, dass der Zahnriemen 4 über die Eingangsumlenkung 9 in die Ausnehmung 10 der Formkulisse 8 und über die Ausgangsumlenkung 11 aus der Ausnehmung 10 der Formkulisse 8 geführt ist.
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Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Zusatzbauteil 12 vorgesehen, welches den Zahnriemen 4 in der Ausnehmung 10 gegen die Formkulisse 8 drückt.
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In den 2 und 4 ist gezeigt, dass im Zusatzbauteil 12 Bohrungen 5, 6 vorgesehen sind, durch die hier nicht dargestellte Schrauben hindurchgeführt werden, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung des Objekts 1 mit der Vorrichtung herzustellen und dabei den Zahnriemen 4 zwischen Zusatzbauteil 12 und Formkulisse 8 zu verklemmen.
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In 2 ist gezeigt, dass die Breite BZ des Zahnriemens 4 den Abstand A zwischen den beiden Bohrungen 5, 6 unterschreitet. Auch die Breite BF der Formkulisse 8 unterschreitet den Abstand A zwischen den beiden Bohrungen 5, 6. Die Verbindung zwischen dem Objekt 1 und dem Zahnriemen 4 findet indirekt, über das Zwischenbauteil 12 statt. 4 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung vertikal zur Laufrichtung LR, mit Blickrichtung zum Objekt 1. 4 gibt den Blick auf das Zusatzbauteil 12 und dessen Bohrung 5 sowie den umgelenkten und durch das Zusatzbauteil 12 verklemmten Bereich des Zahnriemens 4 frei. Dort ist auch zu erkennen, dass die Bohrung 5 des Zwischenbauteils 12 mit der Bohrung 7 des Objekts 1 fluchtet, so dass das Verbindungsmittel hindurchgeführt werden kann.
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Auch 5 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung vertikal zur Laufrichtung LR, mit Blickrichtung zum Objekt 1, allerdings aus anderer Perspektive und an einer anderen Stelle als bei 4 und ohne Zahnriemen 4. In den 5 und 2 ist die Beschaffenheit des Zusatzbauteils 12 gezeigt. Das Zusatzbauteil 12 weist an der Kontaktfläche zum Zahnriemen 4 konkave Formabschnitte 16 auf, die auf die konvexen Formabschnitte 17 der Zähne 18 des Zahnriemens 4 so abgestimmt sind, dass die Begrenzungen 19 der Formabschnitte 16 in die Abstände 20 zwischen den Zähnen 18 des Zahnriemens 4 eingreift.
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Der Zahnriemen 4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zahnlose Seite 21 und eine mit Zähnen 18 bestückte Seite auf. Die zahnlose Seite 21 des Zahnriemens 4 liegt an den Umlenkungen 9, 11 und an der Formkulisse 8 an.
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Die 3 bis 5 informieren über die Beschaffenheit des Objekts 1. Das Objekt 1 umfasst einen Wagen 13, eine Linearführung 14 mit einem Schlitten 15 für hier nicht gezeigte Eingriffselemente einer Materialbahnablegevorrichtung. Der Wagen 13 weist die bereits erwähnte Bohrung 7 auf, über die die Linearführung 14 fixiert wird. Ebenso existiert eine weitere, hier nicht dargestellte Bohrung des Wagens 13, die mit der Bohrung 6 des Zusatzbauteils 12 fluchtet. Auch in der Linearführung 14 sind Bohrungen vorgesehen, um die Verbindung zu realisieren.
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Darüber hinaus sind die Formkulisse 8 und der Wagen 13 noch mit weiteren Verbindungsmitteln ausgestattet, die einen Formschluss ausbilden. Die Formkulisse 8 weist Ausfräsungen 27 auf, in die Abschnitte 26 des Wagens 13 eingreifen. Die Gewindebohrungen 28 dienen der Aufnahme von Schrauben zur form- und kraftschlüssigen Verbindung der Formkulisse 8 mit dem Wagen 13.
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Aus 4 ergibt sich, dass die Längenabmessung des zwischen der Eingangsumlenkung 9 und der Ausgangsumlegung 11 in der Ausnehmung 10 der Formkulisse 8 umgelenkten Abschnittes des Zahnriemens 4 größer ist als die Abstandsabmessung B zwischen der Eingangsumlenkung 9 und der Ausgangsumlenkung 11.
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Die konstruktive Ausgestaltung der Formkulisse 8 ermöglicht, dass der umgelenkte Abschnitt des Zahnriemens 4 eine Längenabmessung aufweist, die darauf abgestimmt ist, dass der Zahnriemen 4 und die Zahnräder 2, 3 miteinander – außer innerhalb des Abstandes B – kämmen. Damit die Kontaktunterbrechung zwischen Zahnriemen 4 und Zahnrädern 2, 3 im Bereich des Abstandes B keine Probleme mit sich bringt, wird die Längenabmessung des umgelenkten Abschnittes des Zahnriemens 4 so gewählt, dass der Abstand B eine Abmessung aufweist, die ein Vielfaches des Teilungsabstandes T von Zahnmitte zu Zahnmitte der Zähne 18 des Zahnriemens 4 ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Teilungsabstand T ca. 5 mm und der Abstand B das Fünffache davon, also 25 mm.
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Der Anfang der Eingangsumlenkung 9 und das Ende der Aussgangsumlenkung 11 fluchten jeweils mit der Mitte eines Zahnes 18 des Zahnriemens 4 senkrecht zur Laufrichtung LR des Zahnriemens 4.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen weiteren Zahnriemen 22, der parallel zum Zahnriemen 4 angeordnet ist und nur in 1 dargestellt, aber auch bei allen weiteren Darstellungen vorhanden, aber nicht gezeigt ist. Das Objekt 1 ist mit beiden Zahnriemen 4, 22 auf dieselbe Weise über das Zusatzbauteil 12 verbunden und erstreckt sich quer zur Laufrichtung LR der Zahnriemen 4, 22. Die Befestigung des Objekts 1 an den Zahnriemen 4, 22 erfolgt über zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen.
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Beide Zahnriemen 4, 22 weisen einen gemeinsamen Antrieb auf, der hier nicht dargestellt ist. Mit 29 ist in 3 ein dritter Zahnriemen bezeichnet, der ausschließlich der Kraftübertragung dient. Der Zahnriemen 29 wirkt mit einem Zahnrad zusammen, das auf einer Welle sitzt, die mit dem Antrieb verbunden ist.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt in den 3 bis 5 Teile einer Materialbahnablegevorrichtung, in die die zwei hier abgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingebaut sind. Mit 23 ist ein Tragteil bezeichnet, an dem die Zahnräder 2, 3 und der Zahnriemen 4 angeordnet sind. Ein ebensolches Tragteil ist auch für den Zahnriemen 22 vorgesehen. Das Tragteil 23 ist mit einer Führungsrinne 24 versehen, in der drei Rollen 25 laufen. Die in 3 gezeigten Rollen 25 umfassen zwei unteren Rollen 25 und eine obere Rolle 25, die in der Führungsrinne 24 laufen. Die drei Rollen 25 sind jeweils den beiden Stirnseiten des Wagens 13 zugeordnet.
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Hinsichtlich weiterer, in den Figuren nicht gezeigter Merkmale wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lehre nicht auf das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Vielmehr kann auf das Zusatzbauteil verzichtet oder dieses in anderer Bauform ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012022751 B4 [0004]
- WO 2014079562 A1 [0005]
- EP 1092657 B1 [0007]
