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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kappenfräser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kappenfräser werden für Punktschweißanlagen eingesetzt, sie sind häufig in der Automobilproduktion zu finden. Sie sind üblicherweise entlang einer Montagestrecke für Blechteile angeordnet, bei denen Punktschweißverbindungen zumeist per Roboter erfolgen. In der Regel ist ein Kappenfräser einem Schweißroboter zugeordnet. Schweißroboter haben Schweißzangen, beispielsweise C-Zangen oder X-Zangen.
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Während des Betriebes der Punktschweißzangen werden die Punktschweißelektroden abgenutzt. In der Regel haben die Punktschweißelektroden Elektrodenkappen, diese können nach Abnutzung ausgetauscht werden. Während des Schweißbetriebs tritt eine ständige Veränderung der Elektrodenkappen auf. Jedwede geometrische Änderung führt zu einer Veränderung der Schweißbedingungen. Zumeist bilden sich Wülste am Rand der Elektrodenkappen, die eine Vergrößerung der tatsächlichen Kontaktfläche bewirken. Teilweise verzundern die Elektrodenkappen auch, sie nehmen auch Fremdmaterial anderer Art auf. Dies alles führt dazu, dass das Schweißergebnis nicht gleichbleibend ist.
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Daneben kann sich beim Schweißen von verzinkten Karosserieblechen an den Elektrodenkappen eine Verunreinigung, beispielsweise Zinkoxid, anlagern, die Verunreinigung bildet einen ohmschen Widerstand.
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Um die Elektroden fräsen zu können, muss sich ein Kappenfräser in Nähe eines Schweißroboters bzw. einer Schweißzange und in geeigneter Position hierzu befinden. Ist das Aufarbeiten der Elektroden abgeschlossen, stört der Kappenfräser, da er sich häufig im Bewegungsbereich des Schweißroboters befindet. Es ist daher in vielen Installationen bereits so vorgesehen, dass der Kappenfräser mit einer Vorschubeinheit bzw. Einschwenkvorrichtung verbunden ist, die ihn normalerweise aus dem Arbeitsbereich des Schweißroboters heraus bewegt und nur für eine Fräsbehandlung in diesen Arbeitsbereich hinein bewegt. Eine derartige Vorschubeinheit ist z. B. aus
EP 2 295 187 A2 oder
EP 2 223 765 B1 bekannt. Die Vorschubeinheit muss präzise arbeiten, der Kappenfräser muss präzise und sicher anzusteuern sein. Die Bewegung, die durchgeführt werden, müssen an die örtlichen Bedingungen angepasst werden können und sicher, ausreichend schnell und zuverlässig durchführbar sein.
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All dies ist vor dem Hintergrund zu betrachten, dass die Fertigung von Kraftfahrzeugen, insbesondere Karosseriegruppen, ein komplexer Vorgang ist, der möglichst wenig unterbrochen werden soll, weil Betriebsstörungen immer auch Produktionsausfälle bedeuten sind und zudem viele Nacharbeiten an den geschweißten Produkten nach sich ziehen.
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Beim Fräsen des Schweißbereichs der Punktschweißelektroden wird etwas Material abgetragen. Üblicherweise sind dies maximal 1/10 bis höchstens 2/10 mm. Durch das Fräsen ändert sich die Geometrie der Punktschweißelektrode. Es sind nun Schweißzangen mit Punktschweißelektroden bekannt, die nach jedem Fräsvorgang eine Initialisierung durchführen. Weiterhin wird es gewünscht, gewisse Parameter der Punktschweißzangen zu erfassen, beispielsweise die Schließkraft, mit der die Punktschweißelektroden zusammengepresst werden, der optische Zustand der Kappe der Punktschweißelektrode, die Form der gefrästen Punktschweißelektrode usw.. Hierfür werden Sensoren eingesetzt, zu den Sensoren gehören beispielsweise eine Kraftmessdose, eine Kamera, ein Lichtsensor, eine Messstation, insbesondere eine optische oder geometrische Messstation, die die Abmessungen optisch oder mechanisch erfasst.
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Der Schweißbereich ist derjenige Teil der Elektrode bzw. ihrer Elektrodenkappe, der tatsächlich am Schweißvorgang beteiligt ist und mitwirkt, also mit den zu verschweißenden Stücken irgendwie in Kontakt kommt.
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Damit ein Formfräsen oder Nachfräsen einer Elektrodenkappe präzise und korrekt durchgeführt werden kann, ist es notwendig, dass die Fräseinheit möglichst präzise gegenüber der Schweißzange positioniert ist. Die Fräswerkzeuge müssen genau auf die Elektroden ausgerichtet sein. Es sollte so sein, dass die Rotationsachse der Fräsmittel der Fräseinheit möglichst genau mit der Achse der Elektrodenkappen übereinstimmt oder aber in einer genau definierten Position zu ihr ist, insbesondere bei exzentrischen Elektrodenkappen. Dabei ist zu beachten, dass mit zunehmender Abnutzung einer Elektrode sich die geometrischen Verhältnisse ändern können, dies liegt z. B. bei einer x-Zange vor, während bei C-Zangen sich die Mittelachse der Elektrode auch bei Abnutzung der Elektrode nicht verschiebt.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Kappenfräser der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass seine Fräseinheit optimal gegenüber einer Schweißzange positioniert werden kann, wenn sich die Vorschubeinheit im ausgeschwenkten Zustand befindet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kappenfräser zum Befräsen des Schweißbereichs von Punktschweißelektroden mit einer Fräseinheit und mit einer Vorschubeinheit, die einen Schwenkarm aufweist, wobei eine xy-Verstelleinheit vorgesehen ist, die zwischen dem Schwenkarm und der Fräseinheit angeordnet ist und eine Verstellung der Fräseinheit gegenüber dem Schwenkarm entlang einer x- und einer y-Achse ermöglicht, und die x-Achse und die y-Achse quer, insbesondere rechtwinklig, zu einer Längsachse des Schwenkarms verlaufen.
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Bei diesem Kappenfräser ist es möglich, die Fräseinheit gegenüber dem Schwenkarm der Vorschubeinheit, insbesondere aber gegenüber einer Haltevorrichtung, so präzise zu positionieren, dass die Drehachse der Fräsmittel und die geometrische Achse der mindestens einen Elektrodenkappe fluchten. Dadurch ist erreicht, dass die geometrische Form der gefrästen Elektrodenkappe gleichbleibend und damit optimal ist. Der Scheitelpunkt der Elektrodenkappe wird genau dort produziert, wo er gewünscht wird.
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Hierbei soll betont werden, dass es durchaus auch möglich ist, eine Verschiebung der Achsen einzustellen, wenn dies gewünscht ist. So kann die Rotationsachse der Fräsmittel in einer gewissen Parallelverschiebung zur geometrischen Achse der Elektrodenkappe positioniert werden, wenn dies gewünscht ist. Dann ist der Scheitel einer gefrästen Elektrodenkappe nicht mehr zentrisch zu ihrem Mantel.
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Die Erfindung ermöglicht es, dass der Scheitel einer Elektrodenkappe genau da gefräst wird, wo es der Anwender wünscht. Im Regelfall ist dies in der Mitte einer Elektrodenkappe.
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Durch die xy-Verstelleinheit lässt sich die Fräseinheit präzise in der x-y-Ebene positionieren. Eine Positionierung entlang der z-Richtung, die durch die Längsrichtung des Schwenkarms definiert ist, ist über die Haltevorrichtung möglich. Es ist ausreichend, wenn Bewegungen in x-Richtung und in y-Richtung in einem Bereich von ±30 mm, insbesondere ±20 mm ermöglicht sind. Über die Haltevorrichtung wird eine Voreinstellung erreicht, über die xy-Verstelleinheit wird dann die Nachjustierung und präzise Feineinstellung erreicht.
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Eine genaue Positionierung der Fräseinheit ist sowohl bei einem anfänglichen Startfräsen, mit dem einer frischen Elektrodenkappe die jeweils gewünschte Form gegeben wird, ist auch beim späteren Folgefräsen wichtig. Beim Folgefräsen wird der Verschleiß abgefräst, typischerweise werden 5 Umdrehungen durchgeführt.
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Vorzugsweise ist der Schwenkarm in seinem ausgeschwenkten Zustand, also dem Zustand, wie er für das Fräsen benötigt wird, parallel zur z-Achse. Er kann hier von circa plus minus 20, insbesondere plus minus 10 Grad abweichen. Aufgrund der Ausrichtung parallel zur z-Achse steht die x-y-Ebene rechtwinklig zu einer Mittelachse der Punktschweißelektroden.
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Die z-Achse verläuft parallel zur Drehachse der Fräseinheit. Die x-Achse und die y-Achse spannen eine zur z-Achse rechtwinklig verlaufende Ebene auf. Die z-Achse und die Achse des Schwenkarms spannen eine Ebene auf, in der die y-Achse liegt und zu der die x-Achse rechtwinklig ist.
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Nach dem Stand der Technik befindet sich eine Halteeinrichtung zwischen dem Schwenkarm und der Fräseinheit. Diese Halteeinrichtung ist einstellbar. Sie kann entlang des Schwenkarms axial verschoben werden, sie kann um die Achse des Schwenkarms rotiert werden. Die Einstellung allein durch die Halteeinrichtung ist oftmals nicht ausreichend genau durchführbar. Allerdings ist sie so ausreichend, dass mit einem Verstellweg von nur insgesamt 60 mm, insbesondere nur insgesamt 40 mm der xy-Verstelleinheit eine präzise Positionierung erreicht wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn die xy-Verstelleinheit eine Fixiervorrichtung aufweist. Diese ermöglicht es, die xy-Verstelleinheit zu blockieren, sodass sie zwar nicht einstellbar ist, aber auch kein Spiel aufweist. Als Fixiervorrichtung kann beispielsweise mindestens eine äußere C-förmige Klammer vorgesehen sein, die die Bauteile der xy-Verstelleinheit zusammendrückt. Für ein Verstellen muss dann zwar die Fixiervorrichtung zunächst gelöst werden, aufgrund der Fixiervorrichtung bringt jedoch die xy-Verstelleinheit kein zusätzliches Spiel in den Kappenfräser hinein.
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Eine Fixiervorrichtung kann beispielsweise auch dadurch realisiert werden, dass eine Abdeckplatte vorgesehen ist, die sich oberhalb des oberen Blocks befindet und die mindestens eine Bohrung aufweist, welche sich oberhalb eines Langlochs des oberen Blocks befindet. Durch diese Bohrung der Abdeckplatte und das Langloch des oberen Blocks kann eine Schraube geführt werden, die in ein Gewinde eines Zwischenstücks eingreift. Dadurch kann das Zwischenstück gegen den oberen Block gezogen werden und können die beiden Blöcke gegeneinander verspannt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie aus einem nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Kappenfräsers mit einer Fräseinheit, mit einem Schwenkarm und mit einer xy-Verstelleinheit und
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2 ein Montagebild der xy-Verstelleinheit nach 1.
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Von einer zum Stand der Technik gehörenden Vorschubeinheit ist in 1 lediglich einen Schwenkarm 20 gezeigt. Er befindet sich in der ausgeschwenkten Position. Es ist eine Halteeinrichtung 22 vorgesehen, die den Schwenkarm 20 umgreift und Spannmittel 24 aufweist. Mittels dieser Spannmittel 24 kann die Halteeinrichtung 22 am Schwenkarm 20 festgelegt werden, dies ist für den Fall des hier gezeigten runden Schwenkarms in Längsrichtung des Schwenkarms 20 und in einer Schwenkbewegung rund um diese Längsrichtung.
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Zur Halteeinrichtung 22 genug gehört ein Halteteil 26. Vom Halteteil 26 springen nach hinten und quer die Spannmittel 24 vor, die den Schwenkarm 20 einstellbar umgreifen.
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Weiterhin gehört zur Halteeinrichtung 22 eine Halteplatte 28, die quer zum Halteteil 26 nach vorn vorspringt und sich in einer x-y-Ebene erstreckt. Sie ist mit dem Halteteil 26 verbunden. Unterhalb der Halteplatte 28 befindet sich ein oberer Block 30, der auf drei Seiten bündig mit der Halteplatte 28 abschließt. Darunter befindet sich ein unterer Block 32, der im Wesentlichen baugleich mit dem oberen Block ist. Baugleiche Teile werden dadurch begünstigt, dass die beiden Blöcke 30, 32 quadratische Form haben. Zwischen den beiden Blöcken ist ein Zwischenstück 34 vorgesehen, das so in Hohlräumen der beiden Blöcke 30, 32 angeordnet ist, dass es im zusammengebauten Zustand der beiden Blöcke 30, 32 zwischen diesen beiden eingeschlossen ist. Hierzu haben beide Blöcke 30, 32 jeweils eine Längsausnehmung 36 mit Hinterschnitt, die hier als Schwalbenschwanz ausgebildet ist. Die Längsausnehmung 36 des oberen Blocks 30 verläuft in Richtung der y-Achse, die Längsausnehmung 36 des unteren Blocks 32 verläuft in Richtung der x-Achse. Das Zwischenstück 34 hat in seinem oberen Bereich zwei Führungsarme 38, die sich in Gegenrichtung und in x-Richtung voneinander wegstehen und die so ausgebildet sind, dass sie passgenau in die Längsausnehmung 36 des oberen Blocks 30 greifen. Dadurch wird eine Längsführung in y-Richtung geschaffen.
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In analoger Weise hat das Zwischenstück 34 in seinem unteren Bereich zwei gegenständige Führungsarme 38, die in y-Richtung von einander wegstehen und so ausgebildet sind, dass sie passgenau in die untere Längsausnehmung 36 passen. Beide Längsausnehmungen 36 sind formgleich.
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Zwischen den jeweiligen Führungsarmen 30, 32 befindet sich ein Halbgewinde, nämlich ein Halbgewinde 42 zwischen den Führungsarmen 38 und ein Halbgewinde 44 zwischen den Führungsarmen 40. Das Halbgewinde 42 verläuft in y-Richtung und das Halbgewinde 44 in x-Richtung. Die jeweiligen Halbgewinde sind baugleich. Sie sind präziser beschrieben als ein Innengewinde eines normalen Bohrlochs, wobei das Bohrloch durch einen axialen Schnitt entlang einer Durchmesserlinie aufgeschnitten ist.
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In diese Halbgewinde 42, 44 greifen jeweils Madenschrauben, nämlich eine obere Madenschraube (in den Figuren nicht sichtbar) und eine untere Madenschraube 48. Ihre Gewinde entsprechen dem Gewinde eines Halbgewindes. Die Madenschrauben selbst sind in Taschen 50 zur Hälfte aufgenommen, diese Taschen 50 sind im Boden der jeweiligen Längsausnehmung 36 des oberen bzw. unteren Blocks 30, 32 eingearbeitet. Die Taschen 50 fixieren die jeweilige Madenschraube in Axialrichtung und gegen seitlich Bewegungen. Nach oben bzw. nach unten behindert das jeweilige Halbgewinde die Bewegung der Madenschraube. Die Taschen 50 nehmen die Madenschraube jeweils soweit auf, dass die Achse der Madenschraube in der unteren Ebene der Längsausnehmung 36 liegt. Anders ausgedrückt, nimmt jede Tasche einen halben Zylinder auf, der dadurch entstanden ist, dass der Zylinder einer Madenschraube axial entlang einer Durchmesserlinie aufgeschnitten ist. Die beiden Madenschrauben sind baugleich, Die Taschen 50 sind baugleich.
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Die beschreibene Anordnung hat zur Folge, dass die Madenschraube jeweils nur mit dem zugeordneten Halbgewinde 42, 44 in Zahneingriff ist, während sie sich in der Tasche 50 frei drehen kann, ohne allerdings sich dabei axial oder radial zu schieben zu können. Durch Drehen einer Madenschraube wird das Zwischenstück 34 in Axialrichtung der jeweiligen Madenschraube hin- und herbewegt.
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Die Längsausnehmungen 36 sind an ihren Endbereichen durch Endplatten 52 verschlossen. Zumindest jeweils eine der zwei Endplatten 52 jedes Blocks 30 bzw. 32 ist für die jeweilige Verstellrichtung beschriftet, man erkennt Pfeile 54 für die Drehrichtung und die Angabe der jeweiligen Verstellrichtung durch den Buchstaben x bzw. y.
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In den Eckbereichen der Blöcke 30, 32 angeordnete Schrauben 56 greifen durch für sie vorgesehene Löcher in der Haltplatte 28 und greifen in Gewindelöcher, die im oberen Block 30 vorgesehen sind. An den entsprechenden Ecken sind im unteren Block vier untere Schrauben 58 vorgesehen, die im montierten Zustand nicht gegenüber der Oberfläche des unteren Blocks 32 vorstehen und die nach unten ragen. Sie sind mit einer Basisplatte 60 einer Fräseinheit 62 verbunden. Diese Fräseinheit 62 ist nach dem Stand der Technik ausgebildet. Sie hat Fräsmesser 64, die im Sinne eines Pfeils 66 rotieren. Sie rotieren um eine Zentralachse 62. Diese Zentralachse verläuft rechtwinklig zur x-y-Ebene. Die Zentralachse 62 spannt mit der Achse des Schwenkarms 20 eine Ebene auf und verläuft vorzugsweise parallel zur Achse des Schwenkarms 20, Der Abstand der Zentralachse 62 von der xy-Verstelleinheit ist in y-Richtung größer als in x-Richtung, insbesondere mindestens doppelt so groß, insbesondere mindestens 5-mal so groß. Vorzugsweise schneidet die oben genannte Ebene, die aufgespannt ist durch die Zentralachse 62 und die hierzu parallele Achse des Schwenkarms 20, durch die Mitte der xy-Verstelleinheit. Sie durchschneidet das Zwischenstück 34 und unabhängig davon auch die beiden Blöcke 30, 32.
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Man erkennt, dass die xy-Verstelleinheit demontiert und aus dem Kappenfräser entfernt werden kann. In diesem Fall werden die Schrauben 56 und 58 gelöst, es wird die xy-Verstelleinheit entnommen und mittels der Schrauben 56 wird die Haltplatte 58 unmittelbar auf der oberen Oberfläche der Basisplatte 60 aufgeschraubt.
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Zumindest einer der beiden Blöcke 30, 32, im Ausführungsbeispiel der obere Block 30, hat zwei parallele Langlöcher. Unterhalb dieser befinden sich zwei Gewindebohrungen 66 des Zwischenstücks 34. In der Haltplatte 28 sind ebenfalls Langlöcher 68 vorgesehen, sie sind baugleich und genauso positioniert wie die Langlöcher 64. Oberhalb dieser Langlöcher 68 ist eine Abdeckplatte 70 vorgesehen. Sie soll möglichst so groß sein, so dass sie unabhängig von der Einstellung, nämlich der Einstellung in y-Richtung, stets die Langlöcher 68 überdeckt. In dieser Abdeckplatte sind Löcher 72 vorsehen, nämlich insgesamt zwei. Durch diese Löcher 72, die Langlöcher 68 und die Langlöcher 64 ist jeweils eine Fixierschraube 74 hindurchgeführt, sie greift in das Gewinde der Gewindebohrung 66. Zieht man die Fixierschrauben 74 an, so wird das Zwischenstück 34 gegen den oberen Block 30 gezogen. Da dieser fest mit der Halteplatte 28 verbunden ist, ist also das Zwischenstück 34 fest gegenüber der Halteplatte 28 gehalten. Das Anziehen der Fixierschrauben 74 bewirkt ein Anheben des Zwischenstücks 32. Dadurch wird dieses gegenüber dem unteren Block 32, genauer gesagt der dortigen Längsausnehmung 36, gespannt, sodass auch ein gewisses Fixieren des unteren Blocks 32 erreicht wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Zwischenstück 34 gegenüber dem unteren Block 32 dadurch fixiert werden, das in y-Richtung verlaufende Feststellschrauben vorgesehen sind, die Innengewinde durchgreifen, (hier nicht dargestellt), die entlang der Linien 76 vorgesehen sind. Die Linien 76 sind so orientiert, dass sie unabhängig von der Verstellposition des Zwischenstücks 34 in x-Richtung immer das Zwischenstück 34 treffen. Durch Eindrehen dieser Feststellschrauben wird das Zwischenstück 36 in Schraubrichtung gedrückt und bewegt und dadurch verspannt.
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Alternativ können andere Fixiereinrichtungen vorgesehen sein. So können beispielsweise äußere, C-förmige Klammern die beiden Blöcke 30, 32 randseitig übergreifen und nach Anziehen eines Spannmittels, bspw. einer Schraube, zusammendrücken.
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Die Langlöcher 64 haben eine Länge, die nicht kleiner ist als der maximal vorgesehene Verstellweg minus Durchmesser einer Fixierschraube. Vorzugsweise begrenzen die Fixierschrauben 74 den Verstellweg, in diesem Fall gilt das Gleichheitszeichen anstelle des nicht kleiner als. Die Längsausnehmungen 36 sind mindestens so lang wie die in gleicher Richtung gemessene Abmessung des Zwischenstücks 34 zzgl. des Verschiebeweges in die dazugehörige Richtung, also in x-Richtung oder in y-Richtung. Die Verschiebewege in x-Richtung und in y-Richtung sind vorzugsweise ungleich, sie differieren um mindestens 10 mm. Allgemein ist vorzugsweise der Verschiebeweg in x-Richtung länger als der Verschiebeweg in y-Richtung.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Schwenkarm
- 22
- Halteeinrichtung
- 24
- Spannmittel
- 26
- Halteteil
- 28
- Halteplatte
- 30
- oberer Block
- 32
- unterer Block
- 34
- Zwischenstück
- 36
- Längsausnehmung
- 38
- Führungsarme vorne 30
- 40
- Führungsarme hinten 32
- 42
- Halbgewinde oben
- 44
- Halbgewinde unten
- 46
- Mandenschraube oben
- 48
- Mandenschraube unten
- 50
- Tasche
- 52
- Endplatte
- 54
- Pfeil
- 56
- Schraube, oben
- 58
- Schraube, unten
- 60
- Basisplatte
- 62
- Fräseinheit
- 63
- Zentralachse
- 65
- Langloch von 30
- 66
- Pfeil
- 67
- Gewindebohrung von 34
- 68
- Langloch von 28
- 70
- Abdeckplatte
- 72
- Löcher
- 74
- Fixierschraube
- 76
- Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 958092 B1 [0005]
- US 6863597 B2 [0005]
- US 6666631 B2 [0005]
- DE 19825771 A1 [0005]
- DE 4213571 C2 [0005]
- EP 2295187 A2 [0006]
- EP 2223765 B1 [0006]
