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Spindelantrieb, insbesondere für Garagentore
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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb, insbesondere für Garagentore
u. dgl., mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten, von einem Wendemotor mit
zugeordneten elektrischen Schalteinrichtungen zu einer Drehbewegung antreibbaren
Leitspindel und einer durch gehäusefeste Führungselemente in axialer Richtung beweglich
geführten Spindelmutter, die mit den anzutreibenden Elementen, insbesondere dem
Garagentor o. dgl.6 verbunden ist.
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Spindelantriebe sind seit langem bekannt und werden bei Werkzeugmaschinen
verwendet, um beispielsweise einen Schlitten, der fest mit der Spindelmutter verbunden
ist, gegenüber einem Maschinenbett zu verfahren, an dem die Leitspindel drehbar,
im übrigen jedoch ortsfest gehaltert ist. Bei derartigen Spindelantrieben werden
die Leitspindel und die Gewindespindelmutter mit äußerster Präzision hergestellt,
um enge Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von Werkstükken auf der betreffenden
Werkzeugmaschine zu ermöglichen. Dabei
wird der Spindelantrieb
häufig noch dadurch zusätzlich verteuert, daß zur Erzielung einer denkbar geringen
Reibung eine Spindelmutter in Form einer Kugelgewindespindelmutter vorgesehen wird.
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Weiterhin sind Antriebe für Garagentore bekannt, die als Kettenantrieb
oder als Kabelzugantriebe ausgebildet sind und bei gleichem Arbeitshub wesentlich
billiger hergestellt werden können als ein Spindelantrieb. Andererseits leiden die
bekannten Ketten- und Kabelzugantriebe in der Praxis unter gewissen Nachteilen,
die darin bestehen, daß diese Antriebe teilweise einen erheblichen Raumbedarf aufweisen,
verhältnismäßig laut arbeiten und/oder Justierungsprobleme mit sich bringen, insbesondere
hinsichtlich der Einstellung und Aufrechterhaltung der richtigen Retten- bzw. Kabelzugspannung.
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Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Spindelantrieb anzugeben, der einfach und billig aufgebaut ist und ohne komplizierte
Justier- und Wartungsmaßnahmen zuverlässig und leise arbeitet, so daß er speziell
für Garagentore u. dgl. geeignet ist, wobei vergleichsise rauhen Betriebsbedingungen
die Notwendigkeit für regelmäßige Wartungsarbeiten auf ein Minimum reduziert werden
muß und wo es besonders darauf ankommt, daß der Antrieb möglichst geräuscharm arbeitet,
um die bei der Betätigung des Garagentors auftretende Geräuschbelästigung für die
Umgebung so klein wie möglich zu halten.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einem Spindelantrieb der eingangs beschriebenen
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Leitspindel ein in sich um seine
Längsachse mit vorgegebener Steigung verdrehter Vielkantprofilstab vorgesehen ist.
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Die Verwendung eines verdrehten Vielkantprofilstabes, insbesondere
eines Flacheisenstabes mit rechteckigem Querschnittsprofil, als Le itspindel führt
zu einem außerordentlich preiswerten Spindelantrieb, der einen geringen Raumbedarf
aufweist und bei geringen Anforderungen an die Wartung leise und zuverlässig arbeitet.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man bei einem erfindungsgemäßen
Spindelantrieb als Gehäuse ein übliches Metallrohr mit C-Profil verwendet, da in
diesem Fall die kurzen Schenkel auf der offenen Seite des C-Profils gleichzeitig
als Führungsstege dienen können, welche in axiale Führungsschlitze der Spindelmutter
eingreifen. Weiterhin sind für das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Spindel antriebs
auch geschlitzte Vierkantrohre geeignet, deren an den Schlitz angrenzende Wandbereiche
wider in Führungsschlitze der Spindelmutter eingreifen können, bei denen der Schlitz
aber auch als Führungskanal für einon an der Spindelmutter vorgesehenen Steig dienen
kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner besonders vorteilhaft,
wenn die Spindelmutter aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, insbesondere aus
Nylon,besteht, da das Gewinde in einer solchen Spindelmuttar mit einem der Leitspindel
entsprechenden Werkzeug bzw. mit einem relativ kurzen Stück einer Leitspindel einfach
durch Drücken hergestellt werden kann, wobei das Werkzeug gegebenenfalls erwärmt
werden kann, so daß sich auch die SpindelEMtter mit denkbar geringem Aufwand und
dennoch mit ausreichender Genauigkeit herstellern läßt.
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Wenn ein Spindelantrieb gemäß der Erfindung als Antrieb für Garagentore
eingesetzt werden soll, dann ist es ferner vorteilhaft,
auch die
an sich üblichen elektrischen Schalteinrichtungen für den Wendemotor vorzusehen,
die als Endschalter und/oder Uberlastschalter ausgebildet sein können. Auch hinsichtlich
der Anbringung dieser Schalteinrichtungen bietet der erfindungsgemäße Spindelantrieb
wesentliche Vorteile gegenüber den bisherigen Antriebseinrichtungen, da sich die
längs der Leitspindel hin- und herbewegliche Spindelmutter besonders als Träger
für Kontaktelemente eignet und da darüber hinaus auch die Leitspindel selbst als
Schaltorgan einsetzbar ist.
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Im einzelnen hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn
zwischen jedem Ende der Leitspindel und dem entsprechenden Lager in dem Gehäuse
eine Druckfeder vorgesehen ist und wenn die Schalteinrichtungen an mindestens einem
Ende der Leitspindel mindestens ein mit dieser verbundenes Kontaktelement aufweisen,
welches in Kontakt mit einem gehäusefesten Gegenkontakt bringbar ist. Die in axialer
Richtung federnde Halterung der Leitspindel erleichtert dabei ein relativ sanftes
Anfahren des Spindel antriebs bei beiden Drehrichtungen des Wendemotors, während
das Vorhandensein von Kontaktelementen an den Spindelenden bei Ansteigen der erforderlichen
Antriebskräfte über einen vorgegebenen Wert ein Abschalten ermöglicht, so daß eine
überlastung des Motors und/oder eine Beschädigung des angetriebenen Elements sowie
gegebenenfalls auch eine Verletzung von in den Laufweg des angetriebenen Elements,
insbesondere des Garagentors,gelangenden Menschen gewährleistet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Gesamtansicht
einer bevorzugten Ausführungsform eines Spindelantriebs gemäß der Erfindung; Fig.
2a und 2b eine vergrößerte Seitenansicht bzw. einen Querschnitt durch die Leitspindel
des Spindelantriebs gemäß Fig. 1; Fig. 3a und 3b eine Stirnansicht bzw. eine Seitenansicht
der Spindelmutter des Spindelantriebs gemäß Fig. 1; Fig. 4 eine schematische Detaildarstellung
zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform von mit dem Spindelantrieb gemäß
Fig. 1 verbundenen elektrischen Schalteinrichtungen und Fig. 5 ein schematisches
Schaltbild eines elektrischen Steuerkreises für einen erfindungsgemäßen Spindelantrieb.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 der Zeichnung einen erfindungsgemäßen, insbesondere
als Garagentorantrieb geeigneten Spindelantrieb mit einer Motor anordnung 1, einer
Leitspindel 2, einer Spindelmutter 3, Lagerplatten 6, einem Gehäuse 7, Haltebügeln
8, Endschaltern 9, einer Schaltschiene 10, Isolierplatten 11, einem Kabel 12, einem
Mitnehmer 13 und einer Mitnehmerbefestigung 14. Bei diesem Spindelantrieb weist
die Motoranordnung im Inneren eines Motorgehäuses einen Wendemotor 4 (Fig. 4) auf,
der vorzugsweise (vgl. Fig. 5) eine ilfsphasenwicklung besitzt und einen eingebauten
Thermoschalter aufweist. Die Abtriebswelle des Wendemotors 4 ist in geeigneter,
nicht näher dargestellter Weise drehfest mit der Leitspindel 2 verbunden, die, wie
dies die Figuren 2a und 2b zeigen, aus einem um seine Längsachse verdrehten Flacheisen
mit rechteckigem Querschnitt hergestellt ist. Die Leitspindel
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ist wieder in geeigneter Weise an beiden Enden in Lagerplatten 6 gelagert, welche
die offenen Stirnseiten eines Gehäuses 7 verschließen, das beim Ausführungsbeispiel
von einem handelsüblichen C-Profil gebildet ist. Das Gehäuse 7 ist mittels der Haltebügel
8 beispielsweise an der Decke einer Garage befestigbar. Auf der Leitspindel 2 sitzt
die Spindelmutter 3,an deren Unterseite der Mitnehmer 13 angelenkt ist, welcher
an seinem freien Ende ebenfalls gelenkig mit einer Mitnehmerbefestigung 14 verbunden
ist, die mit dem anzutreibenden Element, insbesondere dem Garagentor, verschraubt
werden kann.
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Wenn der Wendemotor 4 in der einen oder anderen Dreh richtung läuft,
dann bewegt sich die Spindelmutter 3 in der einen oder anderen Richtung längs der
Leitspindel 2, bis sie an dem einen oder anderen Ende des Gehäuses auf den Schaltarm
eines der Endschalter 9 trifft und diesen betätigt, wodurch die Stromzufuhr zu dem
Wendemotor 4 unterbrochen wird. Die elektrischen Schalteinrichtungen mit den Endschaltern
9, die eine besonders einfache und übliche Variante darstellen, werden dabei im
allgemeinen außer durch das Kabel 12 für die Zuführung der Speisespannung und die
Übertragung der Schaltsignale noch durch Schalteinrichtungen, wie z.B. Relais u.
dgl. in der Motoranordnung 1 ergänzt. Zusätzlich zu den Endschaltern 9 sind bei
dem Spindelantrieb gemäß Fig. 1 noch weitere Schalteinrichtungen vorgesehen, welche
durch die Spindelmutter 3 betätigt werden, wie dies nachstehend anhand der Figuren
3a und 3b noch näher erläutert wird.
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Im einzelnen basiert die in Fig. 3 gezeigte Konstruktion der Spindelmutter
3 auf der Beobachtung, daß die Spindelmutter 3 zu einer Schwenkbewegung neigt, wenn
sie sich bei einer Drehung der Leitspindel 2 wegen einer Blockierung des anzutreibeenden
Elementes
oder wegen einer übermäßigen Belastung nicht mehr längs der Leitspindel 2 bewegen
kann. Um bei einer derartigen überlastung den Spindelantrieb, das damit verbundene
Garagentor o. dgl. und im Laufweg des Garagentors befindliche Menschen und Gegenstände
vor einer Zerstörung, Beschädigung oder Verletzung zu schützen, sind nun bei der
Spindelmutter 3 gemäß Fig. 3 angrenzend an deren in axialer Richtung verlaufende
Führungsschlitze 15 auf beiden Seiten jeweils gefederte Blöcke 16 vorgesehen, die
beim Ausführungsbeispiel jeweils durch ein Paar von Schraubenfedern 17 abgestützt
sind, welche den Schaft von Befestigungsschrauben 18 umschließen, die aber auch
durch Blattfedern, insbesondere durch jeweils eine doppelarmige Blattfeder' abgestützt
werden könnten.
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Normalerweise, d.h. bei abgeschaltatem Spindelantrieb bzw.
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bei normaler Belastung desselben nimmt die Spindelmutter 3 gegenüber
dem als C-Profil ausgebildeten Gehäuse 7 die in Fig. 3a gezeigte Mittellage ein,
in der alle vier gefederten Blöcke 16 an den kurzen, nach innen gerichteten Schenkeln
des C-Profils anliegen, die gleichzeitig als Führungsstege und als Stromschienen
dienen. Wenn nun der Spindelantrieb überlastet wird, dann wird die Spindelmutter
3 im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, sobald das auf tretende
Drehmoment ausreicht, um die Gegenkraft der Schraubenfedern 17 zu überwinden. Erfindungsgemäß
steht nun von der Spindelmutter 3 ein Kontaktarm 19 ab, der in geeigneter Weise
leitend mit mindestens zwei der gefederten Blöcke 16 verbunden ist, die derart ausgewählt
werden, daß auch bei einem Verschwenken der Spindelmutter 3 mindestens einer von
ihnan noch in Kontakt mit dem Gehäuse 7 steht. Weiterhin weist der Kontaktarm 19
zwei Kontakte 19a und 19b auf, von denen sich jeweils einer auf der einen und der
andere auf der anderen
Seite der Schaltschiene 10 befindet, so
daß bei einem Verschwenken der Spindelmutter 3 einer der Kontakte 19a bzw.
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19b in elektrischen Kontakt mit der Schaltschiene 10 gelangt, so daß
über die gefederten Blöcke 16 und das Gehäuses 7 ein Abschaltsignal erzeugt wird.
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Wie Fig. 4 zeigt, läßt sich bei Überlastung eine zwangsläufige Abschaltung
auch dadurch erreichen, daß man die Leitspindel 3 in axialer Richtung beweglich
zwischen den Lagerplatten 6 mit den in diese eingebauten Drucklagern 6a lagert.
Im einzelnen sind dabei an den Enden der Leitspindel 2 Stirnplatten 2a mit angeformten
Lagerzapfen 2b vorgesehen, welche die Lageröffnung der Lagerplatten 6 durchgreifen
und auf der Außenseite der Lagerplatten 6 jeweils eine Druckplatte 20 tragen, welche
vorzugsweise durch eine auf ein Außengewinde der Lagerzapfen 2b aufgeschraubte Mutter
21 in einem einstellbaren Abstand von der Außenseite der zugehörigen Lagerplatte
6 festlegbar ist, wobei sich zwischen jeder Druckplatte 20 und der zugeordneten
Lagerplatte 6 jeweils eine Druckfeder 22 befindet.
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Wenn nun an der Spindelmutter 3 übermäßig starke Zugkräfte wirksam
sind, dann wird je nach Drehrichtung des Motors 4 eine axiale Verschiebung der Leitspindel
2 in der einen oder anderen Richtung bewirkt, wobei eine der Druckplatten 20 entgegen
der Kraft der zugeordneten Druckfeder 22 so weit an die zugeordnete Lagerplatte
6 herangezogen wird, daß sie auf der Außenseite der Lagerplatte 6 angebrachte Endschalter
23 betätigen kann, durch die ein Abschaltsignal ausgelöst wird. Es versteht sich,
daß bei dieser Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelantriebs die Abtriebswelle
4a des Motors 4 mit der Leitspindel 2 bzw. einem der Lagerzapfen 2b derselben über
eine Kupplung 24 verbunden sein muß, die ein
axiales Spiel ermöglicht.
Dies ist beispielsweise bei einer Kupplung mit einer Keilverbindung der Fall, wie
sie in Fig. 4 gezeigt ist. Ein wesentlicher Vorteil des Konzepts gemäß Fig. 4 besteht
dabei darin, daß die Endschalter 23 nicht nur dann ansprechen, wenn eine überlastung
aufgrund einer Störung eintritt, beispielsweise weil sich ein unerwarteter Widerstand
im Weg des Garagentors befindet, sondern auch dann, wenn die Belastung aufgrund
der Tatsache ansteigt, daß das anzutreibende Element bzw. das Garagentor seine eine
oder andere Endstellung erreicht hat.
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Fig. 5 der Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild einer elektrischen
Steuerschaltung für einen Spindelantrieb gemäß der Erfindung. Die Speisung der Steuerschaltung
gemäß Fig. 5 erfolgt aus dem Netz über einen Phasenleiter R und den Nulleiter 0.
Zwischen diesen beiden Netzzuleitungen R und 0 liegt die Serienschaltung einer Sicherung
S1 und die Primärwicklung T1 eines Transformators T. Der Transformator T ist so
dimensioniert, daß an seiner Sekundärwicklung T2 eine Niederspannung, beispielsweise
eine Wechselspannung von 12 Volt erzeugt wird. Parallel zu der Sekundärwicklung
T2 liegt ein erster Zweig der Steuerschaltung mit der Serienschaltung eines Tasters
Ta mit einem Schaltrelais SR, ein zweiter Zweig der Steuerschaltung mit der Serienschaltung
eines Arbeitskontaktes el und eines Richtungsrelais RR1, ein dritter Zweig mit der
Serienschaltung eines Ruhekontaktes e2 und eines zweiten Richtungsrelais RR2, und
ein vierter Zweig mit der Serienschaltung eines Arbeitskontaktes e3 und eines dem
Überlastungsschutz bzw. der Auflaufsicherung dienenden Relais AR. Weiterhin liegt
in der Schaltung gemäß Fig. 5 zwischen den Netzleitern R und 0 der Wendemotor 4,
dessen zwei Wicklungen W1 und W2 einerseits unmittelbar und andererseits über einen
Kondensator C miteinander verbunden
sind. Der gemeinsame Verbindungspunkt
der Wicklungen W1 und W2 ist über die Serienschaltung eines eingebauten Thermoschalters
Th und einen Ruhekontakt a des Relais AR mit dem Nulleiter 0 verbunden. Die kondensatorseitigen
Anschlüsse der Wicklungen W1 und W2 sind jeweils über einen Ruhekontakt r1 bzw.
r2 der Relais RR1 und RR2 mit jeweils einem der Anschlüsse eines Umschaltkontaktes
sr des Schaltrelais SR verbunden. Der mit dem Schaltarm des Umschaltkontaktes sr
fest verbundene Schaltungspunkt ist schließlich über eine zweite Sicherung S2 mit
dem Phasenleiter R verbunden.
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Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 sind die Kontakte el und e2 Kontakte
der Endschalter 9, während der Kontakt e3 durch die Kontaktschiene 10 einerseits
und die Kontaktelemente 19a und 19b des Kontaktarms 19 andererseits gebildet wird.
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Die Schaltung gemäß Fig. 5 arbeitet wie folgt: Wenn der Taster Ta
kurzfristig gedrückt wird, dann spricht das Schaltrelais SR an. Wenn dabei dessen
Kontakt sr in die eingezeichnete Stellung gebracht wird, dann fließt der Strom über
die Sicherung S2, den Kontakt sr, den Ruhekontaktrli, die Wicklung W1, den Thermoschalter
Th mit dem Kontakt und den Ruhekontakt ,l, so daß die Leitspindel 2 von dem Motor
4 mit einem vorgegebenen Drehsinn angetrieben wird, wobei weiter vorausgesetzt wird,
daß bei diesem Drehsinn ein öffnen des Garagentores erfolgt. Wenn das Garagentor
voll geöffnet ist, wird nun durch Betätigung des dieser Endstellung zugeordneten
Endschalters 9 der Kontakt el geschlossen, wodurch das Richtungsrelais RR1 anzieht
und seinen Ruhekontakt rl öffnet. Hiermit wird der Stromkreis für den Motor 4 unterbrochen
und der Spindelantrieb abgeschaltet. Wenn der Taster Ta dann erneut betätigt wird,
dann wird der Umschaltkontakt sr des Schaltrelais SR in seine andere Lage gebracht,
so daß
der Strom nunmehr über den Ruhekontakt r2 und die Wicklung
W2 fließt. Der Motor läuft nunmehr mit dem entgegengesetzten Drehsinn, bis beim
Erreichen der Schließstellung des Garagentors der Ruhekontakt e2 des dieser Endstellung
zugeordneten Endschalters 9 geöffnet wird, was zur Folge hat, daß das Richtungsrelais
RR2 abfällt und seinen Arbeitskontakt r2 öffnet. Hierdurch wird der Motorstrom erneut
unterbrochen bzw. der Antrieb abgeschaltet. Man erkennt, daß bei Normalbetrieb ein
abwechselndes öffnen und Schließen des Garagentors erzwungen wird. Wenn nun bei
laufendem Motor eine Überlastung eintritt und die Spindelmutter aus ihrer in Fig.
3 gezeigten Ruhelage verschwenkt wird, dann schließt der Kontakt e3, wodurch das
Relais AR anzieht und seinen Ruhekontakt a öffnet, so daß der Motor unabhängig von
seiner Drehrichtung abgeschaltet wird. Eine entsprechende, von der Drehrichtung
unabhängige Abschaltung kann ferner über den Thermoschalter Th erfolgen.
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Wenn der Spindelantrieb durch Ansprechen des Relais AR abgeschaltet
wird, dann wird außerdem über einen Arbeitskontakt d5 dieses Relais, gegebenenfalls
über ein Zeitglied (nicht dargestellt) ein Impuls auf das Schaltrelais SR gegeben,
so daß das Garagentor sofort wieder in seine Ausgangsstellung zurückläuft, d.h.
entweder in die Offenstellung oder in die Schließstellung, so daß nunmehr das die
Störung bewirkende Hindernis gefahrlos beseitigt werden kann. Voraussetzung für
diese Funktion der Steuerschaltung ist dabei, daß das Relais AR als Zeitschaltrelais
ausgebildet ist und zu einem vorgegebenden Zeitpunkt nach seiner Ansteuerung automatisch
wieder abfällt. Gegebenenfalls könnte der Kontakt e3 unter Verzicht auf das Relais
AR und dessen Kontakt a unmittelbar parallel zu dem Taster Ta liegen, so daß bei
einer Überlastung sofort eine Umsteuerung des Wendemotors über das Schaltrelais
SR
ausgelöst würde. Es versteht sich, daß für einen Spindelantrieb
gemäß der Erfindung auch andere Steuerschaltungen, beispielsweise mit selbsthaltenden
Relais geeignet sind.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß in ähnlicher Weise wie
bei der axial beweglichen Leitspindel gemäß Fig 4 auch durch die Spindelmutter 3
Schaltvorgänge ausgelöst werden können, wenn man den Mitnehmer an einem Bauelement
befestigt, welches relativ zu der Spindelmutter entgegen einer Federvorspannung
beweglich ist und Kontaktstifte trägt, die - I(ontakt -- - - - - - -bei Uberlastungstit
einem Gegenelement bringbar sind, welches ebenfalls mit der Spindelmutter verbunden
ist.
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Außerdem kann in Fig.4 auf spezielle Endschalter verzichtet werden,
wenn an den Bauteilen 6 und 20, wie dies am rechten Spidelende angedeutet ist, entsprechende
Kontaktelemente 23a und 23b mit zugehörigen isolierten Zuleitungen ( nicht dargestellt
) vorgesehen werden, wodurch die Kosten noch weiter verringert werden können.
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L e e r se i t e