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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Stößeln zur Anlage an einer Oberfläche mit dreidimensionalem Verlauf, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 aufweist.
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Eine derartige Vorrichtung kann z. B. als Formspannbacken zum Spannen eines Werkstücks dienen, das die Oberfläche mit dem dreidimensionalen Verlauf aufweist. Die Vorrichtung kann aber auch als einseitiges Auflagern für ein Werkstück mit der dreidimensionalen Oberfläche dienen.
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STAND DER TECHNIK
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Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 ist aus der
DE 20 2009 007 029 U1 bekannt. Hier sind die Stößel in einer dichtesten Packung parallel zueinander ausgerichtet. Das heißt, jeder Stößel weist sechs nächste Nachbarn auf. Dies erweist sich als günstig beim Spannen der Stößel mittels einer seitlichen Spannkraft, die gegenüber einem die Stößel in einem Spannbereich umschließenden Spannrahmen aufgebracht wird. Diese Spannkraft stellt einen Reibschluss zwischen den einander benachbarten Stößeln und dem Spannrahmen her, so dass die Relativlage der Stößel zueinander fixiert ist. Wenn jedoch die Spannkraft zurückgenommen wird, sind die Stößel gegen eine Gegenkraft einer Rückstellfeder, die jeweils einen der Stößel gegenüber einer Trägerplatte elastisch beaufschlagt, einzeln eindrückbar. Dabei erstreckt sich ein hinterer, in seinem Durchmesser reduzierter Bereich jedes Stößels durch die Rückstellfeder in Form einer Druckfeder und die Trägerplatte hindurch und ist auf deren Rückseite mit einem Sicherungselement an der Trägerplatte gesichert. Wenn die seitliche Spannkraft bei dieser bekannten Vorrichtung zurückgenommen wird, werden die einzelnen Stößel von ihren Rückstellfedern in ihre vorderste Position vorgeschoben. Ihre Relativpositionen, in denen ihre Spitzen die Oberfläche, an der sie zur Anlage kommen sollen, punktweise abformen, erhalten die Stößel dadurch, dass sie an ein die dreidimensionale Oberfläche aufweisendes Werkstück angedrückt und dabei einzeln gegen die von den Rückstellfedern aufgebrachten Gegenkräfte eingedrückt werden. Dann werden sie durch die seitliche Spannkraft fixiert, bevor die Vorrichtung von dem Werkstück getrennt werden kann. Diese Vorgehensweise erfordert bei sehr empfindlichen Werkstücken die Verwendung einer formstabilen Lehre mit der dreidimensionalen Oberfläche, weil das Werkstück durch die Gegenkraft der Rückstellfedern deformiert würde und so nicht die eigentlich gewünschte dreidimensionale Oberfläche mit den Spitzen der Stößel abgeformt würde.
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Eine weitere Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 ist aus der
EP 0 857 544 A2 bekannt. Auch hier sind die Stößel in einer dichtesten Packung parallel zueinander ausgerichtet. An der dem Werkstück abgewandten Rückseite der Stößel ist ein offener Druckraum vorgesehen, aus dem durch Freiräume zwischen den Stößeln Druckmedium auf das jeweilige Werkstück hin austreten kann, um ein Sperrsystem für zwischen die Stößel eintretende Verunreinigungen auszubilden. Das Druckmedium kann dabei Druckluft oder auch ein Kühlmedium sein. Die Stößel können in dem Druckraum einen radialen Absatz aufweisen, so dass Sie von dem Druckmedium auf das Werkstück hin beaufschlagt werden, das so eine konstante Gegenkraft gegen das Eindrücken der Stößel in den Druckraum bereitstellt, solange der Druck in dem Druckraum konstant ist. Die einzelnen Stößel können hinten durch eine Lochplatte aus dem Druckraum austreten und sich dabei bis durch eine Rückholplatte erstrecken, auf deren Rückseite sie mit einem Rückholbund versehen sind. Mittels der Rückholplatte können sämtliche Stößel gemeinsam gegen den Druck in dem Druckraum zurückgezogen werden. Dies dient dazu, ein mit der bekannten Vorrichtung als Spannbacken gespanntes Werkstück freizugeben, um ein nächstes Werkstück zu spannen. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung wird den Spitzen der Stößel die Negativform der dreidimensionalen Oberfläche, an der sie zur Anlage kommen sollen, nur durch die Anlage an dem Werkstück selbst oder einer entsprechend geformten Lehre verliehen. Die grundsätzlichen Probleme sind daher dieselben wie bei dem zuvor erläuterten Stand der Technik.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 aufzuzeigen, bei der es möglich ist, den Stößeln auch ohne Verwendung eines die dreidimensionale Oberfläche aufweisenden Objekts solche Relativpositionen zu geben, dass sie die gewünschte dreidimensionale Oberfläche nachformen.
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LÖSUNG
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung sind in den abhängigen Schutzansprüchen 2 bis 15 beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei der neuen Vorrichtung wird die Gegenkraft auf jeden einzelnen Stößel nicht durch eine Rückstellfeder oder ein Druckmedium, sondern durch Reibung zwischen einem im Durchmesser reduzierten Bereich des Stößels und einer gegenüber dem Spannrahmen ortsfesten Reibfläche aufgebracht. Idealerweise wird die Reibung dabei so aufgebracht, dass keinerlei elastische Rückstellkräfte in der Längsrichtung des Stößels zwischen dem im Durchmesser reduzierten Bereich des Stößels und der Reibfläche auftreten. Die Reibung sorgt damit dafür, dass die einzelnen Stößel nacheinander gegenüber dem Spannrahmen und auch relativ zueinander verschoben werden können, und ihre dabei erreichte Lage konserviert wird, sobald keine externen Kräfte mehr auftreten. So können die Stößel einzeln in die Position gebracht werden, die zum Nachformen der dreidimensionalen Oberfläche erforderlich ist. Das Verschieben der einzelnen Stößel kann zum Beispiel mit einem Ausrichtelement erfolgen, das gegenüber den einzelnen Stößeln positionierbar und in deren Längsrichtung definiert verfahrbar ist. Das Ausrichtelement kann konkret von einer Werkzeugmaschine computergesteuert verfahren werden, wobei die gewünschte dreidimensionale Oberfläche in das Computerprogramm eingespeist ist. Es ist natürlich weiterhin möglich, die Stößel unmittelbar mit einem Werkstücks oder mit einer entsprechenden Lehre in ihre gewünschten Relativpositionen auszurichten.
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Jede Reibfläche für jeden Stößel kann in einem Loch einer Lochplatte vorgesehen sein. Vorzugsweise läuft dabei jede Reibfläche um das Loch in der Lochplatte herum und ist nicht nur über einen Teilbereich des Umfangs des Lochs bzw. des in das Loch eingreifenden Stößels vorgesehen.
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Jede Reibfläche kann durch die umlaufende Lochwandung des Lochs in der Lochplatte ausgebildet werden. Dann ist es bevorzugt, wenn an jedem Stößel ein an der Reibfläche anliegendes elastisches Element vorgesehen ist. Die Elastizität des elastischen Elements in radialer Richtung zu dem jeweiligen Stößel stellt die notwendige Normalkraft für die Bereitstellung der Gegenkraft durch Reibung bei der neuen Vorrichtung bereit. Ein geeignetes, an dem Stößel vorgesehenes elastisches Element ist beispielsweise ein in eine Ringnut in den Stößel eingreifender elastischer Ring.
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Besonders bevorzugt ist es bei der neuen Vorrichtung jedoch, wenn die Normalkraft zur Bereitstellung der Gegenkraft durch Reibung dadurch aufgebracht wird, dass jede Reibfläche aus einem elastischen Material besteht. Dabei kann jede Reibfläche durch einen in eine Ringnut in dem jeweiligen Loch der Lochplatte eingreifenden Ring bereitgestellt werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn alle Reibflächen durch eine elastische Lochplatte bereitgestellt werden, die in der Längsrichtung der Stößel an mindestens einer formsteifen Lochplatte abgestützt ist. Vorteilhafterweise ist die elastische Lochplatte beidseitig durch jeweils eine formsteife Lochplatte in der Längsrichtung der Stößel abgestützt.
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Die Lochplatte in der die Gegenkraft auf die Stößel durch Reibung bereitgestellt wird, kann an der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet sein, so dass die zur Anlage an der Oberfläche vorgesehenen vorderen Enden der Stößel durch die Lochplatte vorstehen. Dies ist in aller Regel gleichbedeutend damit, dass auch die vorderen Enden der Stößel einen gegenüber dem Spannbereich reduzierten Durchmesser aufweisen.
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Die Stößel können aber auch hinter dem Spannbereich in die die Reibung bereitstellende Lochplatte eingreifen.
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In jedem Fall kann auf einer Seite der Lochplatte eine Kammer ausgebildet sein, in die ein Druckmedium einleitbar ist, um alle Stößel in eine Grundstellung zu verfahren. Diese Kammer wird jedoch während der Relativausrichtung der Stößel nicht mit dem Druckmedium beaufschlagt, so dass das Druckmedium während dieser Relativausrichtung keine Kraft auf einen der Stößel ausübt.
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Bei der neuen Vorrichtung können auch die nicht zur Anlage an der Oberfläche vorgesehenen hinteren Enden der Stößel freiliegen, so dass die Stößel auch durch Angriff an ihrem hinteren Ende in die gewünschte Relativausrichtung zueinander bringbar sind, was ebenfalls mit einem jeweils nur einen Stößel beaufschlagenden Ausrichtelement oder einer mehrere Stößel gleichzeitig beaufschlagenden Lehre geschehen kann, die hier denselben Oberflächenverlauf aufweist, wie er mit den Spitzen der Stößel nachzubilden ist.
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Hinsichtlich der Größe der Reibung zwischen jedem Stößel und der zugeordneten Reibfläche ist es in aller Regel günstig, wenn eine Gleitreibung zwischen dem im Durchmesser reduzierten Bereich jedes Stößels und der Reibfläche zumindest größer ist als die Gewichtskraft des Stößels. Dies gilt zumindest dann, wenn die Stößel bei ihrer Relativausrichtung vertikal ausgerichtet sind. Ansonsten ist auch dafür Sorge zu tragen, dass die Haftreibung zwischen jedem Stößel und der zugehörigen Reibfläche größer ist als die Haftreibung der Stößel untereinander in dem Spannbereich. Es kommt jedoch nicht darauf an, dass bei der vorliegenden Erfindung die Haftreibung oder Gleitreibung auf irgendeinen speziellen Wert eingestellt wird, solange die Reibung zwischen jedem Stößel und der zugehörigen Reibfläche so groß ist, dass sich seine Relativlage nur durch unmittelbaren externen Kraftangriff direkt an ihm verändern lässt, und keine Lageveränderung durch Schwerkraft oder beim Verschieben benachbarter Stößel auftritt.
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Es versteht sich, dass auch die Stößel der neuen Vorrichtung vorzugsweise in einer dichtesten Packung nebeneinander angeordnet sind und dabei zumindest in dem Spannbereich vorzugsweise kreisrunde Querschnitte aufweisen. Die Stößel können vorteilhafterweise auch über ihre gesamte Länge rotationssymmetrisch sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Schutzansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit vorne liegenden Reibflächen.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit hinten liegenden Reibflächen.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit vorne und hinten liegenden Reibflächen.
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4 zeigt eine Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit vorne liegenden Reibflächen und hinten liegender Rückholplatte; und
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit besonders einfachem Aufbau.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die in 1 skizzierte Vorrichtung 1 weist eine Mehrzahl von parallel zueinander ausgerichteten und senkrecht zu ihren Haupterstreckungsrichtungen in dichtester Packung angeordneten Stößeln 2 auf. Die Stößel 2 sind mit ihren leicht abgerundeten Spitzen 3 zur Anlage an einer Oberfläche mit dreidimensionalem Verlauf vorgesehen, um ein diese Oberfläche aufweisendes Werkstück zu spannen oder abzustützen. Dabei sind die Stößel einzeln relativ zueinander und gegenüber dem Rest der Vorrichtung 1 in ihrer Haupterstreckungsrichtung verschiebbar. Dies ist bei einem der Stößel 2 durch einen Pfeil 4 angedeutet, der für ein gegenüber dem einzelnen Stößel 2 positionierbares und in deren Längsrichtung definiert verfahrbares Ausrichtelement steht. Um die einmal mit dem Ausrichtelement 4 eingestellte Position beizubehalten, ist eine elastische Lochplatte 5 vorgesehen, die zwischen zwei formsteifen Lochplatten 6 angeordnet ist. Die formsteifen Lochplatten 6 stabilisieren die elastische Lochplatte 5 in der Längsrichtung der Stößel 2. Die elastische Lochplatte 5 greift an jedem der Stößel 2 in einem Bereich 7 mit gegenüber dem Maximaldurchmesser der Stößel 2 reduzierten Durchmesser an und stellt eine so hohe Reibung gegenüber dem jeweiligen Stößel 2 bereit, dass dieser seine einmal mit dem Ausrichtelement 4 eingestellte Position nicht mehr verändert, auch wenn ihm direkt benachbarte Stößel 2 mit dem Ausrichtelement 4 verschoben werden. Wenn alle Stößel 2 mit dem Ausrichtelement 4 in ihre gewünschte Position gebracht sind, werden diese Relativpositionen der Stößel 2 zueinander und zu einem die Stößel 2 in einem Spannbereich 8 umschließenden, hier nicht dargestellten Spannrahmen durch eine seitliche Spannkraft 9 fixiert. Wenn die Spannkraft 9 zurückgenommen wird, können die einzelnen Stößel 2 erneut verschoben werden. Um sie dafür in eine definierte Ausgangsposition zurückzubringen, ist bei der Vorrichtung 1 gemäß 1 eine den Spannbereich 3 umfassende Kammer 10 vorgesehen, die von einer hinteren Abschlussplatte 11 bis zu der Lochplatte 5 reicht und mit einem Druckmedium 12 beaufschlagbar ist. Mit diesem Druckmedium 12 werden die Stößel 2 in ihre Ausgangsposition verfahren, in der ihre Spitzen 3 maximal über die Lochplatte 5 überstehen.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 2 ragen die Bereiche 7 der Stößel 2 mit reduziertem Durchmesser, die in den Spitzen 3 enden, durch eine einfache Lochplatte 13 hindurch, zwischen der und den Stößeln 2 keine nennenswerte Reibung auftritt. Die die einzelnen Stößel 2 auch ohne die Spannkraft 9 in ihrer Relativlage haltende Reibung wird hier im Bereich einer hinteren Lochplatte 14 aufgebracht. Die Lochplatte 14 ist zweigeteilt und weist einen dem Spannbereich 8 zugewandten Teil 15 und einem dem Spannbereich 8 abgewandten Teil 16 auf. Zwischen den beiden Teilen 15 und 16 sind in Ringnuten innerhalb von Löchern der Lochplatte 14 elastische Ringe 17 angeordnet, die an den hinteren Bereichen 18 der Stößel 2 mit reduziertem Durchmesser angreifen. Die elastischen Ringe 17 sind ebenso wie die elastische Lochplatte 5 gemäß 1 in der Längsrichtung der Stößel 2 abgestützt. Sie bringen so im Wesentlichen ausschließlich eine Normalkraft für die in der Längserstreckung der Stößel 2 gewünschten Reibung auf. Die Kammer 10 ist hier an der den Spannbereich 3 abgekehrten Seite der Spannplatte 14 ausgebildet, hat aber grundsätzlich dieselbe Funktion wie die Kammer 10 gemäß 1.
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Dies gilt auch für die Kammer 10 bei der Vorrichtung 1 gemäß 3. Diese Kammer 10 ist jedoch nicht einseitig durch eine Abschlussplatte 11 begrenzt, sondern durch zwei Lochplatten 14 mit eingelegten elastischen Ringen 17, die hier sowohl an den Bereichen 7 als auch den Bereichen 18 der Stößel 2 mit reduziertem Durchmesser angreifen. Dabei sind die Durchmesser der Bereiche 18 größer als diejenigen der Bereich 7, so dass die Stößel 2 in der Grundstellung in der sie von dem Druckmedium 12 gedrückt werden, mit ihren Spitzen 3 im Bereich der hier oberen Lochplatte 14 liegen. Dies steht damit im Zusammenhang, dass die Stößel 2 hier zum Vorschieben mittels des Ausrichtelements 4 vorgesehen sind, das dabei an ihren hinteren Enden 19 angreift.
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Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 4 kommt ganz ohne einen Druckraum 10 zum Rückführen der Stößel 2 in ihre Grundstellung aus. Dabei stehen die Spitzen 3 der Stößel 2 hier über eine Lochplattenkombination 5, 6 wie in 1 über. Sie weisen aber auch rückwärtige Bereiche 18 mit reduziertem Durchmesser auf, die sich durch Löcher in einer ortsfesten Lochplatte 20 und in einer beweglichen Rückholplatte 21 erstrecken und mit Radialbünden 22 enden. Indem die Rückholplatte 21 in Richtung von Pfeilen 23 von der Lochplatte 20 entfernt wird, werden die Stößel 2 durch Angriff der Rückholplatte 21 an ihren Radialbünden 22 in ihre Grundstellung bezogen, in der sie nur minimal mit ihren Spitzen 3 über die Lochplattenanordnung 5, 6 überstehen.
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Bei der Vorrichtung 1 gemäß 5 gibt es gar keine vordere Lochplatte, und die Stößel 2 weisen bis vor ihre Spitzen 3 ihren maximalen Durchmesser auf. Die erfindungsgemäße Reibung wird zwischen ihren hinteren Bereichen 18 und einer Lochplattenkombination 5, 6 aufgebracht, wobei die Bereiche 18 hinter der Lochplattenkombination 5, 6 mit Radialbünden 22 enden. Das Zurückführen der Stößel 2 kann bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 1 durch einfaches Vorschieben der Radialbünde bis an die Lochplattenkombination 5, 6 erfolgen. Es ist zu diesem Zweck auch möglich, die hier offene Kammer 10 mit dem Druckmedium 12 zu beaufschlagen. Die Kammer 10 ist hier insoweit offen, als dass das Druckmedium 12 durch die Freiräume zwischen den Stößeln 2 zu den Spitzen 3 hin entweichen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Stößel
- 3
- Spitze
- 4
- Ausrichtelement
- 5
- elastische Lochplatte
- 6
- formsteife Lochplatte
- 7
- Bereich mit reduziertem Durchmesser
- 8
- Spannbereich
- 9
- Spannkraft
- 10
- Kammer
- 11
- Abschlussplatte
- 12
- Druckmedium
- 13
- Lochplatte
- 14
- Lochplatte
- 15
- Teil der Lochplatte
- 16
- Teil der Lochplatte
- 17
- elastischer Ring
- 18
- Bereich mit reduziertem Durchmesser
- 19
- hinteres Ende
- 20
- Lochplatte
- 21
- Rückholplatte
- 22
- Radialbund
- 23
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009007029 U1 [0003]
- EP 0857544 A2 [0004]