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Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung für einen Rotor eines Zentrifugalabscheiders in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Rotor eines Öl-Zentrifugalabscheiders in einem Kraftfahrzeug, mit einer Federeinheit zum Ausüben einer Federkraft in einer Längsrichtung der Federeinheit, mit, in der Längsrichtung betrachtet, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, sowie mit einer Federtellereinheit, welche an einem oder beiden der Enden der Federeinheit in Anlage an der Federeinheit angeordnet ist.
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Zur Reinigung von Luft von Verschmutzungen wie beispielsweise Öl- oder sonstigen Partikeln werden in Kraftfahrzeugen seit Längerem nicht mehr nur passive Abscheider, sondern auch aktive Abscheider oder Abscheideeinrichtungen genutzt. Bei diesen aktiven Abscheidern oder Abscheideeinrichtungen wird dabei typischerweise ein Rotor in Rotation versetzt und über die Zentrifugalkraft ein Abscheiden der Öl- oder sonstigen Partikel von der Luft bewirkt. Der Rotor kann dabei eine Welle mit auf der Welle sitzenden Abscheideelementen, beispielsweise Tellern, aufweisen. Diese Abscheideelemente oder Teller werden dabei in einer Längsrichtung des Rotors, einer parallel zur Rotationsachse verlaufenden Längsrichtung über eine Federvorrichtung in einer gewünschten Lage gehalten. Solch ein Rotor eines Zentrifugalabscheiders ist beispielsweise in der
DE 10 2015 119 616 A1 beschrieben. Solch ein Zentrifugalabscheider kann auch als Zentrifugalabscheidevorrichtung bezeichnet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer eines solchen Rotors in einem Zentrifugalabscheider bzw. eines Zentrifugalabscheiders mit einem solchen Rotor zu verlängern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft eine Federvorrichtung für einen Rotor eines Zentrifugalabscheiders in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Rotor eines Öl-Zentrifugalabscheiders in einem Kraftfahrzeug, mit einer Federeinheit zum Ausüben einer Federkraft in einer Längsrichtung der Federeinheit, mit, in der Längsrichtung betrachtet, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, sowie mit einer Federtellereinheit, welche an einem der Enden der Federeinheit in Anlage an der Federeinheit angeordnet ist. Ergänzend kann an dem anderen Ende der Federeinheit eine weitere Federtellereinheit angeordnet sein. Die weitere Federtellereinheit kann wie die eine Federtellereinheit ausgestaltet sein. Die Längsrichtung kann die Haupterstreckungsrichtung der Federeinheit sein. Dabei weist die Federtellereinheit eine Fixiereinrichtung auf, welche die Federeinheit gegen Verdrehung um eine parallel zur Längsrichtung verlaufende Rotationsachse gesichert an der Federtellereinheit fixiert, wobei die Rotationsachse in mit dem Rotor verbautem Zustand der Federvorrichtung mit der Rotationsachse des Rotors übereinstimmt. Die Federeinheit kann beispielsweise durch verklemmen verdrehsicher an der Federtellereinheit fixiert sein, aber auch durch schweißen oder verlöten. Die Fixiereinrichtung kann entsprechend eine Klemmvorrichtung oder eine Schweißnaht oder eine Lötnaht umfassen oder sein.
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Das hat den Vorteil, dass die Einzelkomponenten der Federvorrichtung, nämlich die Federtellereinheit und die Federeinheit, bei dem Verbauen und nach dem Verbauen nicht zueinander verdreht werden können. Durch das Verdrehen der Einzelkomponenten, welche typischerweise nicht bezüglich der Rotationsachse ausgewuchtet sind, ergibt sich im Stand der Technik durch das nicht-verdrehsichere Fixieren eine undefinierbare und nicht reproduzierbare Unwucht, welche spezifisch für jedes einzelne Exemplar von Federvorrichtungen ist. Diese Unwuchten, welche durch Verdrehen der Einzelkomponenten im verbauten Zustand auch im Laufe des Betriebs auftauchen können, führen zu teilweise massiven Schwankungen im Laufverhalten des Rotors und oftmals zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Durch das Fixieren der Federeinheit an der Federtellereinheit gegen ein Verdrehen wird das Auftreten dieser undefinierten und nicht reproduzierbaren Unwuchten verhindert. Auch ermöglicht die verdrehsichere Fixierung der Federeinheit an der Federtellereinheit ein Auswuchten der Federvorrichtung, welches zu der weiter unten noch beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform führen kann. Ferner werden Montagefehler, welche ebenfalls die Lebensdauer des Rotors negativ beeinträchtigen können, vermieden. Durch die so erreichte definierte Unwucht der Federvorrichtung wird die Lebensdauer der Federvorrichtung bzw. des Abscheiders besser vorhersehbar und daher (mit geeignet gewählten Einzelkomponenten) verlängert. Ein weiterer Vorteil ist die leichtere Automatisierbarkeit des Montagevorgangs der Federvorrichtung an dem Rotor. Durch den beschriebenen festen, bevorzugt unlösbaren Verbund der Federeinheit mit der Federtellereinheit kann also eine reproduzierbare Unwucht ermittelt und bei Bedarf wie unten beschrieben über Massenausgleiche in der Federtellereinheit serienmäßig behoben werden. Dies wirkt einem sonst gegebenenfalls erforderlichen Wuchtprozess innerhalb der Serienmontage entgegen und kann leichter automatisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine weitere Federtellereinheit, welche an dem anderen Ende der Federeinheit in Anlage an der Federeinheit angeordnet ist, vorgesehen. Diese weitere Federtellereinheit weist ebenfalls eine Fixiereinrichtung auf, welche die Federeinheit gegen Verdrehung an der weiteren Federtellereinheit fixiert und welche als weitere Fixiereinrichtung bezeichnet werden kann. Damit werden die beschriebenen Vorteile für die weitere Federtellereinheit erreicht, und so ein Kraftübertrag der Federvorrichtung in Längsrichtung in besonders materialschonender Weise erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Fixiereinrichtung der einen Federtellereinheit und/oder die Fixiereinrichtung der weiteren Federtellereinheit die Federeinheit jeweils nur mit Werkzeug lösbar fixiert. Ohne Werkzeug kann die Federeinheit hier nicht von der Federtellereinheit gelöst werden. Bevorzugt fixiert die jeweilige Fixiereinrichtung die Federeinheit nur unter zerstörender Verformung lösbar. Dabei wird hier beispielsweise ein Auf- und Wiederzubiegen von Blechlaschen, welche auch als Haltefinger bezeichnet werden können, als zerstörend angesehen, da unter dem Auf- und Wiederzubiegen die Halte- bzw. Klemmkraft leidet. Als zerstörende Verformung kann also jede Verformung betrachtet werden, welche die Verdrehsicherheit der Federeinheit gegenüber der Federtellereinheit in Mitleidenschaft zieht.
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Das hat den Vorteil, dass die Federvorrichtung jeweils als vorproduzierte Einheit montiert werden kann und ausgeschlossen wird, dass sich Federeinheit gegenüber Federtellereinheit bei einem Montageprozess irrtümlicherweise verdreht und so wieder die eingangs genannten Nachteile herbeiführt. Außerdem sind die jeweils nur mit Werkzeug lösbar bzw. nur unter zerstörender Verformung lösbaren Fixierungen typischerweise besonders fest, so dass die beschriebenen Vorteile auf besonders zuverlässige Weise erreicht werden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Federeinheit eine Feder, bevorzugt eine Druckfeder, insbesondere eine Kegelfeder oder eine Kegeldruckfeder, mit zumindest einem parallel zu einer Anlagefläche der Federeinheit an der jeweiligen Federtellereinheit geschliffenen Federende aufweist, oder die Federeinheit eine solche Feder ist. Es sind also eine oder beide Federenden geschliffene Federenden. Die Anlagefläche ist Teil der Federtellereinheit. Bei Vorliegen der weiteren Federtellereinheit kann die Federeinheit auch zumindest ein parallel zu einer Anlagefläche der Federeinheit an der weiteren Federtellereinheit geschliffenes Federende aufweisen. Alternativ zu der kegelförmigen Kegelfeder kann die Feder auch zylindrisch oder tonnenförmig sein. Bei kegelförmigen Federn lassen sich jedoch besonders große Vorteile erreichen, insbesondere wenn wenig Bauraum zur Verfügung steht, da die kegelförmige Feder im eingespannten Zustand auf eine geringere Ausdehnung in y-Richtung reduziert werden kann als eine zylindrische. Das oder die geschliffenen Federenden bringen den Vorteil, dass eine Unwucht der Feder reduziert ist, da die Feder besser in der Achsflucht liegt, und damit auch eine Unwucht der Federvorrichtung insgesamt. Dies erhöht wie oben beschrieben die Lebensdauer.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die eine Federtellereinheit und/oder die weitere Federtellereinheit bezüglich der parallel zur Längsrichtung verlaufenden Rotationsachse der Federvorrichtung und damit des Rotors eine (Gegen-) Unwucht aufweisen, welche eine Unwucht der Federeinheit bezüglich der Rotationsachse zumindest teilweise, also teilweise oder ganz kompensiert.
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Das hat den Vorteil, dass die durch die Unwucht erzeugten Vibrationen und Geräusche und damit beispielsweise eine Lagerbelastung in dem Ölabscheider reduziert werden und so wiederum die Lebensdauer erhöht wird. Die Verwendung von zwei Federtellereinheiten, welche jeweils an einem der Enden der Federeinheit angeordnet sind, ist hier besonders vorteilhaft, da Unwuchten auf leichte Weise, beispielsweise durch bereichsweises Umbördeln des Randes der jeweiligen unterschiedlichen Federtellereinheiten ausgeglichen werden können. Gerade bei Kegelfedern haben die Federtellereinheiten bevorzugt auch unterschiedliche Durchmesser, so dass hier auf einfache Weise durch Modifikation an einem jeweiligen Rand der Federtellereinheiten die Federvorrichtung besonders genau ausgewuchtet werden kann.
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In vorteilhafter Weise ist dabei die Unwucht der einen Federtellereinheit und/oder der weiteren Federtellereinheit durch ein Materialaufbringen und/oder ein Materialabtragen und/oder ein Stanzen und/oder ein Prägen und/oder ein Verbiegen und/oder ein Anschweißen erzeugt. Die genannten Verfahren haben den Vorteil, dass sie auf einfache Weise in den Produktionsprozess der Federtellereinheiten, welche oft als Teller aus einem Metallblech durch ein Stanzbiegen erzeugt werden, realisiert werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fixiereinrichtung der einen Federtellereinheit und/oder die Fixiereinrichtung der weiteren Federtellereinheit, also die eine Fixiereinrichtung und/oder die weitere Fixiereinrichtung, einen oder mehrere, bevorzugt drei oder vier, Fixierfinger oder Fixierlaschen aufweist, welche in einem jeweils zugeordneten Abschnitt der Federeinheit oder Feder zumindest bereichsweise um die Federeinheit oder Feder gebogen sind und die Federeinheit oder Feder mit der zugeordneten Federtellereinheit verklemmen. Das hat den Vorteil, dass Federeinheit und Federtellereinheit auf besonders einfache Weise verdrehsicher aneinander befestigt werden können.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fixiereinrichtung der einen Federtellereinheit und/oder die Fixiereinrichtung der weiteren Federtellereinheit einen Anschlag aufweist, an welchem ein Ende eines oder des Federdrahts der Federeinheit anliegt. Zu diesem Zweck kann der Anschlag eine parallel zur Längsrichtung stehende Anschlagfläche für das Ende des Federdrahts aufweisen.
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Das hat den Vorteil, dass ein Verdrehen der Federeinheit weiter erschwert ist, und überdies durch den definierten Anschlag gerade wenn die eine oder die weitere Federtellereinheit eine jeweilige Unwucht aufweisen, welche eine Unwucht der Federeinheit ausgleicht, über den definierten Raumbezug, welcher über den Anschlag gewährleistet ist, die Federvorrichtung besonders genau ausgewuchtet sein kann. Überdies kann so bei bekanntem Design der Federeinheit die eine und/oder die weitere Federtellereinheit in einem Herstellungsprozess bereits vor dem Fixieren der Federeinheit an der jeweiligen Federtellereinheit genau ausgewuchtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die eine Federtellereinheit und/oder die weitere Federtellereinheit ein Metallblech oder ein Metallteller ist, insbesondere ein einziges Stanzbiegeteil. Insbesondere ist der oder die Fixierfinger und/oder der Anschlag teilweise oder ganz durch ein Stanzen und/oder Prägen aus dem Metallblech gebildet. Bevorzugt sind die Fixierfinger und/oder der Anschlag dabei durch Biegen und/oder Stanzen und/oder Prägen eines Randes des Metallblechs erzeugt. Eine solche Fixierung durch Umbördelung des Metallblechs am Rand ist herstellungstechnisch besonders einfach zu realisieren. Es ist jedoch auch möglich die Feder von innen zu fixieren, beispielsweise durch ein Wegstanzen einer Lasche, welche dann aus einer Haupterstreckungsebene des Metallblechs herausgebogen wird und so den oder die Fixierfinger bzw. den Anschlag bildet. Das hat den Vorteil, dass die beschriebenen Effekte, welche zur erhöhten Langlebigkeit des Zentrifugalabscheiders führen auf besonders einfache Weise erreicht werden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass an einer der Federtellereinheiten, insbesondere an einer der Federeinheit abgewandten Seite der Federtellereinheit, ein Sicherungsring angebracht ist, welcher ausgebildet ist, mit einer Welle des Rotors, insbesondere einer ringförmigen Nut der Welle, zu verrasten. Damit ist der Sicherungsring ausgebildet, die Federtellereinheit und damit die Federvorrichtung in einer vorgegebenen Position auf der Welle zu halten. Sicherungsring und Federtellereinheit können auch einteilig ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Sicherungsring auch ein Gewindes aufweise, mittels welchem auf einer entlang der Rotationsachse verlaufenden Welle eines Zentrifugalabscheiders fixiert werden kann.
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Das hat den Vorteil der weiteren Bauteilreduzierung und dass eine Unwucht des Sicherungsrings bei der Konzeption der Federvorrichtung und des Zentrifugalabscheiders, insbesondere bei dem oben beschriebenen Auswuchten mit dem Ausgleichen der verschiedenen Unwuchten der unterschiedlichen Einheiten untereinander berücksichtigt werden kann und so die Lebensdauer weiter verlängert wird.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Sicherungsring mittels zumindest einem Fixierfinger, bevorzugt drei oder vier Fixierfingern an der jeweiligen Federtellereinheit befestigt ist. Diese Fixierfinger können auch als Fixierlasche bezeichnet werden. Der oder die Fixierfinger können dabei entweder Teil des Sicherungsrings sein, und dann zum Befestigen des Sicherungsringes durch entsprechende Öffnungen der Federtellereinheit hindurch gestreckt und bereichsweise um die Federtellereinheit gebogen sein. Alternativ können die Fixierfinger auch Teile der jeweiligen Federtellereinheit sein und sich durch eine Öffnung des Sicherungsrings hindurch erstrecken und dann bereichsweise um den Sicherungsring gebogen sein und/oder einen Rand des Sicherungsrings abschnittsweise umgreifen. Das hat den Vorteil, dass der Sicherungsring mit einfachen Mitteln ebenfalls verdrehsicher an der Federtellereinheit angebracht ist, und so ebenfalls das Entstehen von unerwünschten Unwuchten vermieden werden kann oder vermieden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sicherungsring in einer Vertiefung der zugeordneten Seite der Federtellereinheit angeordnet ist, so dass sich insbesondere eine der zugehörigen Federtellereinheit abgewandte Seitenfläche des Sicherungsrings in der gleichen Ebene erstreckt wie die zugeordnete Seite der Federtellereinheit in einer Umgebung der Vertiefung. Das hat den Vorteil, dass die zugeordnete Seite der Federtellereinheit in der Umgebung der Vertiefung sowie die der zugehörigen Federtellereinheit abgewandte Seitenfläche des Sicherungsrings zugleich an einem benachbarten flachen Bauteil des Rotors oder des Zentrifugalabscheiders anliegen können und durch die gleichmäßige Belastung einerseits die lokale Materialbelastung reduziert und andererseits ein Verdrehen der Bauteile untereinander weiter vermindert wird, so dass insgesamt auch hier die Lebensdauer des Rotors bzw. des Zentrifugalabscheiders erhöht wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass ein tiefer liegender Sicherungsring ermöglicht, dass weiterhin die Federtellereinheit die Fixierlaschen aufweisen kann, ohne mit ihrem Bauraumbedarf über die Ebene des äußeren Rands der Federtellereinheit zu ragen. Gleichzeitig kann der Sicherungsring weiterhin als einfaches zylindrisches Bauteil gefertigt werden.
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Ein weiterer Aspekt ist ein (aktiver) Zentrifugalabscheider, insbesondere ein (aktiver) Öl-Zentrifugalabscheider, mit einer Federvorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombination verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen oder abhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Federvorrichtung;
- 2 eine Schnittansicht in einem parallel zu einer Längsrichtung der Federvorrichtung von 1 verlaufenden Anschnitt;
- 3 eine Draufsicht auf die beispielhafte Federvorrichtung von 1; sowie
- 4 eine seitliche Ansicht auf die beispielhafte Federvorrichtung von 1.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt hier eine beispielhafte Federvorrichtung in einer Perspektivansicht. Die Federvorrichtung 1 weist dabei eine Federeinheit 2 zum Ausüben einer Federkraft in einer Längsrichtung L der Federeinheit 2 auf, sowie eine Federtellereinheit 3. Die Federeinheit 2 weist dabei in Längsrichtung L betrachtet ein erstes Ende 4 und ein zweites Ende 5 auf. Die Federtellereinheit 3 ist dabei an einem, vorliegend dem ersten Ende 4 der Federeinheit 2 in Anlage an der Federeinheit 2 angeordnet.
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Die Federeinheit 2 ist vorliegend eine Feder, hier eine Kegeldruckfeder, mit geschliffenen Federenden 4, 5, die hier parallel zu einer Anlagefläche 8 (2) der Federeinheit 1 an der Federtellereinheit 3 geschliffene Anlagebereiche 6 (2), 7 aufweisen. Die Anlagefläche 8 der Federeinheit 2 an der Federtellereinheit 3 verläuft dabei vorliegend in der x-z-Ebene und damit in der Haupterstreckungsebene der Federtellereinheit 3.
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Die Federtellereinheit 3 weist dabei eine Fixiereinrichtung 9 auf, welche die Federeinheit 2 gegen Verdrehung gesichert an der Federtellereinheit 3 fixiert. Vorliegend umfasst die Fixiereinrichtung 9 eine Reihe von Fixierfingern 10a, 10b, 10c, 10d (3) welche vorliegend an einem Rand 11 der Federtellereinheit 3 angeordnet sind. Diese Fixierfinger 10a bis 10d sind in jeweiligen Abschnitten der Federeinheit 2, welche hier die Kegelfeder ist, bereichsweise um die Federeinheit 2 herum nach innen in Richtung der Rotationsachse R (2) gebogen und verklemmen so die Federeinheit 2 mit der Federtellereinheit 3.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an der Federtellereinheit 3 auch ein Sicherungsring 12 angebracht, der hier mit vier Fixierfingern 13a, 13b, 13c, 13d an der Federtellereinheit 3 befestigt ist. Die Fixierfinger 13a, 13b, 13c, 13d erstrecken sich durch zugeordnete Öffnungen 14a bis 14d hindurch und sind vorliegend ebenfalls nach innen bereichsweise um die Federtellereinheit 3 herumgebogen, um den Sicherungsring 12 so in der vorgegebenen Position zu fixieren.
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In 2 ist die Federvorrichtung 1 aus 1 in einer Schnittansicht durch die parallel zur Längsachse L verlaufende Rotationsachse R dargestellt.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die bereits gezeigte Federvorrichtung dargestellt. Die vier Fixierfinger 10a bis 10d sind dabei nicht zu sehen, ihre Orte jedoch durch die entsprechenden Pfeile angegeben.
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In 4 ist das bereits beschriebene Beispiel nochmals in einer Seitenansicht zu sehen, worin klar erkennbar ist, dass die Fixierfinger oder Fixierlaschen 10a bis 10d durch ein Umbördeln des Randes 11 der Federtellereinheit 3 auf einfache Weise erzeugt werden können um so die Federeinheit 2 zu verklemmen und verlier- und verdrehsicher an der Federtellereinheit 3 zu halten. Der Sicherungsring 12 ist dabei vorliegend nicht in einer Vertiefung der Federtellereinheit 3 angeordnet. Dies ist daran ersichtlich, dass der Sicherungsring 12 sich in positiver y-Richtung über die Federtellereinheit 3 hinweg erstreckt. In einer nichtgezeigten vorteilhaften Ausführungsform ist der Sicherungsring 12 derart in einer Vertiefung der Federtellereinheit 3 angeordnet, dass er in positiver y-Richtung nicht über der Federtellereinheit 3 erhaben ist und eben mit einer Oberfläche 15 der Federtellereinheit 3, welche in dem Fall dann eine Umgebung der entsprechenden Vertiefung in der Federtellereinheit 3 bilden würde, abschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015119616 A1 [0002]
