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"Gasfeder" Gas feder" Die Erfindung betrifft eine Gasfeder, bestehend
aus einem gasdichten, mit Druckgas gefüllten Gehäuse, in dem ein mit einem Ende
aus diesem abgedichtet herausgeführter, geradlinig verschiebbarer Verdrängerkolben
angeordnet ist.
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Derartige Gasfedern sind seit langem, beispielsweise aus der US-PS
168 980 bekannt. Ein großes Anwendungsgebiet dieser Gasfedern ist ihr Einsatz zum
Gewichtsausgleich bei um eine horizontale Achse schwenkbaren Teilen, beispielsweise
bei den Kofferraum- oder Heckklappen von Autos und Rückenlehnen von Autositzen,oder
bei Klapptüren an Möbeln, oder ihr Einsatz als öffner bzw. Schließer bei um eine
vertikale Achse schwenkbaren Teilen, beispielsweise als Türschließer. In allen derartigen
Anwendungsfällen greift das aus dem Gehäuse herausragende freie Ende des Verdrängerkolbens
einerseits und das entgegengesetzte Ende des Gehäuses andererseits mit einem ausreichenden
Abstand von der Schwenkachse an den relativ zueinander zu verschwenkenden Teilen
an, d.h. die Gasfedern wirken als optisch und räumlich störende Gestänge, die darüberhinaus
nur Schwenkbewegungen der relativ zueinander zu verschwenkenden Teile bis zu msgimal
120° zueinander zulassen
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Gasfeder der eingangs beschriebenen Art als Torsions-Gasfeder auszugestalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Verdrängerkolben
ein axial gegenüber diesem festliegendes und koaxial zu ihm angeordnetes Gewinde
zugeordnet ist, daß dem Gehäuse ein axial zu diesem festliegendes, in das Gewinde
eingreifendes Gegengewinde zugeordnet ist, und daß das Gewinde und das Gegengewinde
als eine Drehbewegung eines der beiden Gewinde in eine Axialbewegung des Verdrängerkolbens
umsetzende Bewegungsgewinde ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
wird also erreicht, daß durch ein Verdrehen des Gewindes oder des Gegengewindes
durch Aufbringen eines koaxial zum Verdrängerkolben wirkenden Drehmomentes der Verdrängerkolben
in die Gasfeder hineingeschoben wird und seitens des Verdrängerkolbens nunmehr auf
das Gegengewinde ein etwa gleich großes Rückdrehmoment ausgeübt wird. Es muß also
immer ein Gewinde relativ zu dem das Moment aufnehmenden Teil unverdrehbar sein,
während das andere Gewinde gegenüber dem das Reaktionsmoment aufnehmenden Teil unverdrehbar
sein muß, damit das Gewinde und das Gegengewinde als Bewegungsgewinde wirken können.
Damit eröffnen sich eine Vielzahl neuer oder verbesserter Anwendungsmöglichkeiten
der Gasfeder. Insbesondere kann sie etwa koaxial zu den Schwenk-oder Drehachsen
relativ zueinander schwenkbarer oder drehbarer Teile angeordnet werden, wenn die
Schwenk- oder Drehbewegung in einer Richtung gehemmt und in der gegensinnigen Richtung
unterstützt werden soll. Insbesondere kann eine solche erfindungsgemäß ausgestaltete
Gasfeder an Kofferraum- oder Heckklappen von Autos, Tür- oder Möbelscharnieren eingesetzt
werden, wobei sie optisch praktisch nicht auffällt und auch nicht sperrig ist O's
konstruktive d.h, fertigungstechnische, Änderungen der Gasfeder sind Ailerungen
des Rückstellmomentes durch Änderung des Gasdruckes im Gehaüse möglich. Daraus folgt,
daß
eine konstruktiv einheitliche Gasfeder lediglich durch unterschiedliche Gasdrücke
für vielerlei unterschiedliche Anwendungszwecke einsetzbar ist. Weiterhin ist es
möglich, durch Anderung der Steigung des Gewindes bzw. Gegengewindes das Rückstellmoment
zu verändern. Schließlich kann das Rückstellmoment über den axialen Hub des Verdrängerkolbens
veränderlich gemacht werden, indem das Gewinde bzw. das Gegengewinde eine sich über
die axiale Erstreckung ändernde Steigung erhalten. Vorteilhafterweise sind das Gewinde
und das Gegengewinde als Schraubengewinde, und zwar besonders zweckmäßigerweise
als Trapezgewinde ausgebildet. Insbesondere wenn die aufzubringenden Momente und
damit auch die Rückdrehmomente groß sind, ist es von Vorteil, wenn das Gewinde und
das Gegengewinde mehrgängig ausgebildet sind. Für den allergrößten Teil aller Anwendungsfälle
ist es von Vorteil, wenn das Gewinde und das Gegengewinde nicht selbsthemmend sind.
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Um ein maximales Rückdrehmoment bzw. eine minimale Baulänge der Gasfeder
zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Gewinde oder das Gegengewinde eine dem
maximalen Hub des Verdrängerkolbens gleiche oder zweckmäßigerweise größere axiale
Erstreckung aufweist. Vorteilhafterweise ist das Gewinde axial, radial und tangential
fest mit dem Verdrängerkolben verbunden. Wenn das dem Verdrängerkolben zugeordnete
Gewinde außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dann läßt sich diese Gasfeder in
besonders vorteilhafter Weise als weitgehend selbständiges Grundbauelement verwenden,
das in Scharniere o. dgl. eingebaut wird, in die das Gegengewinde bereits integriert
ist.
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Wenn das Gegengewinde axial, radial und tangential fest innerhalb
des Gehäuses angeordnet ist, so wird eine in sich geschlossene Baueinheit erhalten,
bei der der Verdrängerkolben unmittelbar Rückdrehmomente ausübt. Bei der Mehrzahl
der Anwendungsfälle, wo lediglich Schwenkbewegungen, also Drehbewegungen um weniger
als 360° vorkommen, ist es von Vorteil, wenn das Gewinde und das Gegengewinde eine
Steigung aufweisen, die größer ist als der maximale Hub des Verdrängerkolbens. Insbesondere,
wenn das Gewinde oder das Gegengewinde eine über seine axiale Erstreckung veränderliche
Steigung aufweisen, ist es von Vorteil, wenn das Gegengewinde oder das Gewinde,
also das jeweils andere Gewinde, nur eine kurze axiale Erstreckung aufweist, so
daß keine Verklemmungen auftreten können. AuBer dem reinen Rückdrehmoment kann gleichzeitig
auch noch eine koaxial zur Bewegungsrichtung des Verdrängerkolbens gerichtete Kraft
ausgeübt werden. Beispielsweise kann also die Gasfeder nicht nur als Türschließer,
sondern gleichzeitig zum Heben einer Tür beim Öffnen verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen
Axial-Längeschnitt durch eine Gasfeder gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Axial-Längsschnitt
durch eine weitere Gasfeder gemäß der Erfindung,
Fig. 3 ein Torsions-Element
gemäß der Erfindung in einem Axi.al-Längsschnitt mit einer Gasfeder als selbständigem
Bauteil und Fig. 4 eine ähnliche Ausführungsform wie in Fig. 3 mit einer anderen
Gasfeder.
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Die in Fig. 1 dargestellte Gasfeder weist ein zylindrisches, aus einem
Stahlrohr bestehendes Gehäuse 1 auf, das an einem -in der Zeichnung linken - Ende
mit einer Endplatte 2 gasdicht verschlossen ist. Am anderen - in der Zeichnung rechten
-Ende ist ein Verschlußstopfen 3 angebracht, der eine koaxiale Bohrung 4 aufweist,
durch die ein im wesentlichen aus einer zylindrischen Stange 5, bestehend aus Verdrängerkolben
koaxial zum Gehäuse 1 in dieses hinein bzw. aus diesem heraus geführt ist. In einer
zur Bohrung 4 koaxialen Ringnut 6 ist eine mit mehreren Dichtungslippen an dem Verdrängerkolben
5 anliegende Dichtung angeordnet, die den Verdrängerkolben 5 gasdicht gegenüber
dem Verschlußstopfen 3 abdichtet. Der Verschlußstopfen 3 wiederum ist mittels einer
oder mehrerer in entsprechenden äußeren Ringnuten 8 angeordneter 0-Ring-Dichtungen
9 gegenüber der Innenwand des Gehäuses 1 gasdicht abgedichtet.
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Der Verschlußstopfen 3 wird gegen axiale Verschiebungen in das Gehäuse
1 hinein durch eine umlaufende eingerollte Sicke lo gesichert. Gegen axiale Verschiebungen
aus dem Gehäuse 1 heraus ist er dadurch gesichert daß der zugeordnete Gehäuserand
mit einer Umbördelung 11 versehen ist0 Soweit die Gasfeder gemäß Fig. l bisher beschrieben
wurde ist sie bekannt.
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Im Bereich ihres im Gehäuse 1 liegenden Endes weist die als Verdrängerkolben
5 dienende Stange ein als mehrgängiges Trapezgewinde ausgebildetes Gewinde 12 mit
großer Steigung auf, das in einem entsprechenden, als Muttergewinde ausgebildeten
Gegengewinde 13 verdrehbar ist. Das Gegengewinde 13 befindet sich in einem Ring
14, der axial im Gehäuse 1 mittels Sicken 15 und außerdem verdrehfest gegenüber
dem Gehäuse 1 festgelegt ist. Eine solche Verdrehrestigkeit des Ringes 14 und damit
des Gegengewindes 13 gegenüber dem Gehäuse 1 kann durch einen Preß- oder Schrumpfsitz
des Ringes 14 im Gehäuse 1 oder durch eine Preßschweißung erzielt werden. Ein völliges
Herausdrehen des Gewindes 12 am Verdrängerkolben 5 aus dem Gegengewinde 13 im Ring
14 wird durch einen Anschlag 16 am inneren Ende des Verdrängerkolbens 5 verhindert.
Die zwischen der Endplatte 2 und dem Ring 14 einerseits und zwischen dem Ring 14
und dem Verschlußstopfen 3 andererseits gebildeten Gehäuseräume 17, 18 sind mit
Druckgas gefüllt und stehen untereinander zum einen durch die zwischen Gewinde 12
und Gegengewinde 13 verbleibenden freien Kanäle und zum anderen gegebenenfalls durch
zusätzliche Bohrungen 19 im Ring miteinander in ständiger Verbindung. Die Bohrung
oder Bohrungen 19 können in bekannter Weise als Drosselbohrung ausgebildet sein.
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Am außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Ende ist der Verdrängerkolben
5 so ausgebildet daß Drehmomente auf ihn ausgeübt werden können. Hierzu ist beispielsweise
am Ende ein Vierkantzapfen 20 angebracht.
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irCnun ein Drehmoment gemäß dem Drehrichtungspfeil 21 auf den VerdrSngerlXolben
5 ausgeübte so wird dieser aus der in Fig 1 dargestellten Lage um eine Strecke a
in das Gehäuse hineing;eschraublte Hierbei wird aufgrund des Gasdruckes im
Gehäuse
1 ein fast gleich großes Rückdrehmoment gemäß dem Drehrichtungspfeil 22 auf den
Verdrängerkolben ausgeübt.
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Aufgrund der Umsetzung der Drehbewegung 21 in eine Axialverschiebung
des Verdrängerkolbens und umgekehrt wird erreicht, daß die Gasfeder am Drehmomentangriffspunkt
20 wie eine Torsionsfeder wirkt. Das Reaktionsmoment 21' zum Drehmoment 21 bzw.
das Reaktionsmoment 22' zum Rückdrehmoment 22 muß äeweils am Gehäuse 1 als dem undrehbar
mit dem Gegengewinde 13 verbundenen Teil angreifen.
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Da der Verdrängerkolben 5 zum einen in dem Verschlußstopfen 3 und
zum anderen in dem Ring 14 radial geführt wird, braucht der stangenförmige Verdrängerkolben
an seinem im Inneren des Gehäuses 1 liegenden Ende keinen Führungskolben aufzuweisen.
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Während in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, bei dem
der Drehmomentenangriffspunkt 2o axial mit den Verschiebungen des Verdrängerkolbens
5 mitwandert, ist in Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Drehmomentenangriffspunkt
nicht axial mitwandert. Bei dieser Gasfeder besteht das Gehäuse 25 wiederum aus
einem zylindrischen Stahlrohr, das an einem - in der Zeichnung linken -Ende mit
einer Endplatte 2 verschlossen ist. Im Gehäuse ist gleichermaßen wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 ein Verschlußstopfen 3 mit einer koaxialen Bohrung 4 und in Ringnuten
6 bzw. 8 liegenden Dichtungen 7 bzw. 9 angeordnet, der gegen axiale Verschiebungen
in Richtung auf die Endplatte 2 mittels einer Sicke lo im Gehäuse 1 gesichert ist.
Gegen entgegengesetzte axiale Verschiebungen ist er durch eine weitere Sicke 26
gesichert. Koaxial im Gehäuse 25 ist wiederum ein Verdrängerkolben 27 in Form einer
zylindrischen Stange geführt, der innerhalb des zwischen Endplatte 2 und Verschlußtopfen
3
liegenden Gehäuseraumes 28 mittels eines Führungskolbens 29, der an der Innenwand
des Gehäuses 25 anliegt, radial geführt wird. Im Führungskolben 29 sind Bohrungen
30, die gegebenenfalls als Drosselbohrungen ausgebildet sein können, angeordnet,
die die beiden auf beiden Seiten des Führungskolbens 29 liegenden Teilräume des
Gehäuseraums 28 miteinander verbinden. Der Gehäuseraum 28 ist wiederum mit Druckgas
gefüllt. Das Gehäuse 25 ist über den Verschlußstopfen 3 hinaus verlängert. In diesem
verlängerten Abschnitt 31 des Gehäuses 25 ist der Verdrängerkolben 27 an seinem
Ende mit einem als mehrgängiges Trapezgewinde ausgebildeten Gewinde 32 mit großer
Steigung versehen. Außerdem ist der Verdrängerkolben 27 mittels eines in eine achsparallele
Nut 33 eingreifenden, an der Innenseite des Gehäuses 25 befestigten Zapfens 34 oder
dergleichen gegen Verdrehungen gegenüber dem Gehäuse 25 festgelegt. Das Gewinde
32 wird von einem entsprechenden, wiederum als Muttergewinde ausgebildeten Gegengewinde
35 aufgenommen, das in einem topfförmigen Drehteil 36 angebracht ist, welches gegen
axiale Verschiebungen in dem verlängerten Abschnitt 31 des Gehäuses 25 auf der dem
Verschlußstopfen 3 zugewandten Seite durch eine eingerollte Sicke 37 und am äußeren
Ende des Abschnittes 3 durch eine Umbördelung 38 des zugeordneten Randes des verlängerten
Abschnittes 31 des Gehäuses 25 gesichert ist. Zwischen dem Drehteil 36'und der Umbördelung
38 ist ein Axialkugellager 38' angeordnet, um die Reibungsverluste bei Verdrehungen
minimal zu halten. Das topfförmige Drehteil 36 ist gegenüber dem Gehäuse 25 verdrehbar.
An der außenliegenden, der Endplatte 2 entgegenliegenden Seite ist koaxial zum Gehäuse
25 ein als Drehmomentenangriffspunkt dienender Zapfen 39 angebracht, der wiederum
als
Vierkant ausgebildet sein kann oder ein Zahnwellenprofil o.
dgl.
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aufweisen kann. Wird nunmehr dieser Zapfen 39 und damit das topfförmige
Drehteil 36 mit einem Drehmoment gemäß dem Drehrichtungspfeil 21 belastet, so wird
aufgrund der tangentialen Festlegung des Verdrängerkolbens 27 relativ zum Gehäuse
25 der Verdrängerkolben 27 in das Gehäuse 25 hineingeschoben und übt hierbei wiederum
auf das Drehteil 36 und damit den Drehmomentenangriffspunkt 39 ein etwa gleichgroßes
Rückdrehmoment gemäß dem Drehrichtungspfeil 22 aus.
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Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 sind die Gasfedern
als relativ selbständige Bauelemente in den Torsionselementen ausgebildet. Bei Fig.
3bsteht diese Gasfeder wiederum aus einem Gehäuse 41, das an einem - in der Zeichnung
linken - Ende mit einer Endplatte 2 gasdicht verschlossen ist. Am anderen Ende ist
wiederum ein Verschlußstopfen 3 angebracht, der eine koaxiale Bohrung 4 aufweist,
durch die ein stangenförmiger Verdrängerkolben 42 hindurchgeführt ist.
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Die Abdichtung gegenüber dem Verdrängerkolben 42 und gegenüber dem
Gehäuse 41 ist wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2. Der Verdrängerkolben
42 ist im Gehäuseraum 43 mittels eines Führungskolbens 29 radial gerührt, der so
ausgebildet ist wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
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An seinem außenliegenden Ende ist der Verdrängerkolben 42 wiederum
mit einem Gewinde 44 versehen, das gleichartig ausgebildet ist wie das Gewinde 32
in Fig. 2o Diese Gasfeder ist als selbständiges Bauteil in einem als Außengehäuse
45 dienenden, an einem Ende abgeschlossenen Rohr untergebracht0
In
diesem als Außengehäuse dienenden Rohr ist gleichermaßen wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 ein topfförmiges Drehteil 36 in gleicher Weise angeordnet und axial
festgelegt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der Verdrängerkolben 42
ist in diesem Falle mittels eines in eine Nut 46 eingreifenden Zapfens 47 gegen
Verdrehungen gesichert, der am Außengehäuse 45 befestigt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Gasfeder als sogenannte
Niederdruck-Gasfeder ausgebildet, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 24
21 oo7.9 beschrieben und beansprucht ist. Sie besteht aus einem zylindrischen, an
einem Ende geschlossenen Gehäuse 51, das aus Kunststoff gespritzt sein kann. Der
Verdrängerkolben 52 ist ebenfalls als am entgegengesetzten Ende geschlossenes Rohr
ausgebildet und ist koaxial im Gehäuse 51 verschiebbar. Er weist im Bereich seines
inneren Endes einige Ringnuten 53 auf, in denen 0-Ring-Dichtungen 54 angeordnet
sind, die dicht an der Innenwand des Gehäuses 51 anliegen. Der gesamte durch Gehäuse
51 und Innenraum des Verdrängerkolbens 52 gebildete Gehäuse raum 55 ist mit Gas
gefüllt, dessen Druck relativ niedriger sein kann, als bei den Ausführungsformen
gemäß den Figuren 1 bis 3, da der wirksame Querschnitt des Verdrängerkolbens 52
bezogen auf den Innenquerschnitt des Gehäuses 51 erheblich größer ist, als bei den
zuvor geschilderten Ausführungsformen. Am äußeren geschlossenen Ende des Verdrängerkolbens
52 ist koaxial ein Gewinde 56 angebracht, das gleichermaßen ausge bildet ist, wie
das Gewinde 44 bei der Ausführtmgsform nach Figs 3o Die Anordnung in einem Außengehäuse
45 und die übrige
Ausbildung ist wie bei Fig. 3, so daß auf deren
Beschreibung verwiesen werden kann. In den Figuren 3 und 4 ist jeweils ein Gewindegang
56' des Gewindes 56 dargestellt, um zu zeigen, daß das Gewinde und gleichermaßen
das Gegengewinde üblicherweise sehr steilgängig sind. Im übrigen ist bei den Figuren
3 und 4 jeweils ein am Außengehäuse 45 , also dem gegenüber dem Gewinde 56 gegenüber
unverdrehbaren Teil ein Laschenpaar 57 fest angebracht. Diese Laschen werden an
einem von zwei gegeneinander zu verschwenkenden Teilen 58, 59, beispielsweise an
einem Türrahmen, mittels Schrauben 60 befestigt. Am Zapfen 39 des Drehteils 36 ist
eine weitere Lasche 61 unverdrehbar angeordnet, während an einem runden Zapfen 62
des Außengehäuses 45 eine zugeordnete Lasche 63 frei drehbar um die Drehachse 64
von Gewinde 56 und Gegengewinde 35 angebracht ist.
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Diese beiden Laschen 61 und 63 sind an dem anderen Teil 59, beispielsweise
also einer Tür, ebenfalls beispielsweise mittels Schrauben 60 befestigt. Wird jetzt
beim Verschwenken des Teils 59 gegenüber dem Teil 58, beispielsweise also beim Offnen
der Tür, ein Drehmoment 21 auf das Drehteil ausgeübt, so wird der Verdrängerkolben
42 in den Gehäuseraum 43 hineingeschoben. Beim Loslassen des Teils 59 wird dieses
entsprechend dem Rückstellmoment 22 wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht,
d.h. im erwähnten Beispiel wird die Tür wieder geschlossen. Die am Außengehäuse
angreifenden Reaktionsmomente 21' und 22' müssen jeweils von dem Teil 58 aufgenommen
werden.
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Bei allen Ausführungsbeispielen sind das Gewinde und das Gegengewinde
völlig geschützt, so daß eine Verschmutzung ausgeschlossen ist. Bei den Ausführungsbeispielen
gemäß den
Figuren 2 bis 4 ist darüberhinaus auch die Dichtung 7
der Gasfeder nach außen geschützt, so daß auch hier keine Undichtheiten durch Eindringen
von Schmutz auftreten können.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden das Gewinde und das Gegengewinde
von dem ohnehin in der Gasfeder enthaltenen Schmieröl mitgeschmiert.
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Besonders vorteilhaft können als Gewinde und Gegengewinde sogenannte
Kugelgewinde eingesetzt werden, bei denen zwei gegeneinander zu verdrehende Körper
mit Kugelbahnen jeweils unterschiedlicher Steigung versehen sind, die durch Kugeln
miteinander gekoppelt werden. Diese Gewinde sind besonders reibungsarm.
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- Ansprüche -