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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festlegen an einem Bauteil, insbesondere Toleranz-Ausgleichs-Element, mit einer ersten Hülse und einer an bzw. in der ersten Hülse mittels einer Schraubverbindung festlegbaren zweiten Hülse, wobei die erste Hülse und die zweite Hülse jeweils einen Durchgang aufweisen, wobei eine Schraube durch die Durchgänge und durch das Bauteil hindurch in ein Gewinde eines Haltemittels einschraubbar ist, wobei ein in dem Durchgang der zweiten Hülse angeordnetes Reibelement an der Schraube zumindest abschnittsweise anliegt und wobei sich die Drehrichtung der Schraubverbindung von der Drehrichtung des Gewindes des Haltemittels unterscheidet.
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Vorrichtungen der in Rede stehenden Art sind seit Jahren aus der Praxis bekannt und dienen beispielsweise der Fixierung von zwei Bauteilen, deren Abstand zueinander schwanken kann. Entsprechende Toleranz-Ausgleichs-Elemente werden beispielsweise zur Montage von Schweinwerfern in einem Kraftfahrzeug verwendet.
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Bei den bekannten Vorrichtungen wird mit dem Eindrehen der Schraube in das Gewinde des Haltemittels die zweite Hülse aufgrund des Reibelements, das die Schraube und die zweite Hülse verbindet, ebenfalls gedreht. Durch die gegensinnige Drehrichtung der Schraubverbindung und des Gewindes des Haltemittels wird mit dem Eindrehen der Schraube die zweite Hülse aus der ersten Hülse herausgeschraubt. Somit ermöglicht diese Konstruktion einen Toleranzausgleich bei der Fixierung von zwei Bauteilen, deren Abstand zueinander nicht eindeutig bestimmt ist.
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Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
FR 2 792 039 B1 und der
DE 100 34 968 A1 vorbekannt.
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Während der Montage und im eingebauten Zustand wirken auf die gesamte Vorrichtung und somit auch auf die Schraubverbindung der Hülsen mitunter sehr hohe Kräfte und Drehmomente. Daher müssen die Hülsen mit einem Gewinde ausgestattet sein, das diesen Kräften und Drehmomenten genügt. Aus diesem Grund sind die aus dem Stand der Technik bekannten Hülsen aus Metall gefertigt und weisen ein entsprechend dimensioniertes Gewinde auf, so dass die Vorrichtung durch die auftretenden Kräfte und Drehmomente nicht beschädigt wird.
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Aus den voranstehend genannten Gründen ist die Konstruktion und Herstellung der gattungsbildenden Vorrichtung äußerst aufwendig und somit kostenintensiv. Des Weiteren ist problematisch, dass die bekannten Vorrichtungen aufgrund des entsprechend stabil dimensionierten Gewindes äußerst groß bauen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Festlegen an einem Bauteil, insbesondere ein Toleranz-Ausgleichs-Element, der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine sichere Schraubverbindung zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse realisiert ist, so dass die Vorrichtung klein baut und einfach und damit kostengünstig in der Herstellung ist.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Vorrichtung zum Festlegen an einem Bauteil dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse und die zweite Hülse jeweils mindestens zwei Gewinde zum gegenseitigen Eingriff der Hülsen, nämlich zum Realisieren der Schraubverbindung, aufweisen.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass die zugrunde liegende Aufgabe in verblüffend einfacher Weise dadurch gelöst werden kann, dass die Schraubverbindung der ersten Hülse und der zweiten Hülse über jeweils mindestens zwei Gewinde realisiert ist. Beispielsweise können jeweils ein Schraubengewinde (Außengewinde) einer Hülse und ein Mutterngewinde (Innengewinde) der anderen Hülse ein Gewindepaar bilden, so dass die erste Hülse und die zweite Hülse über mindestens zwei Gewindepaare miteinander verbunden sind. Die Gewinde können dabei beispielsweise als Gewinde eines Linksgewindes ausgebildet sein, so dass das Gewinde des Haltemittels als Rechtsgewinde ausgebildet ist und die Schraube in üblicher Weise in das Haltemittel eindrehbar ist. Durch diese Konstruktion verteilen sich die auf die Hülsen wirkenden Kräfte und Drehmomente auf mehrere Gewinde bzw. Gewindepaare, so dass die einzelnen Gewinde für sich gesehen einer geringeren Kraft widerstehen müssen. Dadurch ist es möglich, die Hülsen aus einer Vielzahl von Materialien herzustellen, die bisher für die Herstellung solcher Vorrichtungen nicht in Frage kamen. Des Weiteren ist erkannt worden, dass durch diese Konstruktion die gesamte Vorrichtung äußerst kompakt und klein baut, da auf ein entsprechend groß dimensioniertes Gewinde verzichtet werden kann.
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Zur Realisierung einer besonders kompakten Konstruktion, die auch höheren Kräften widersteht, können die erste Hülse und die zweite Hülse jeweils drei Gewinde aufweisen. Somit verteilen sich die auf die Hülsen wirkenden Kräfte und Drehmomente auf insgesamt drei Gewinde bzw. Gewindepaare.
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In vorteilhafter Weise können die Gewinde dabei einem Sägezahngewinde mit ungleichen Flankenwinkeln entsprechen. Durch die flachere Seite wird mehr Kraftanteil in die axiale Richtung gelenkt und weniger Kraftanteil in die radiale Richtung (nach aussen) gegeben, was ansonsten zu einem Sprengen der äußeren Hülse führen würde. Des Weiteren kann die flachere Seite mit 9° bis 11°, vorzugsweise mit 10°, geneigt sein, wodurch sich eine Selbstzentrierung der ersten und zweiten Hülse zueinander ergibt. Des Weiteren ist denkbar, dass die Gewinde als Sägezahngewinde mit gleichen Flankenwinkeln ausgebildet sind.
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In weiter vorteilhafter Weise können die erste Hülse und die zweite Hülse aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Der thermoplastische Kunststoff kann dabei einen Glasfasergehalt von 30% oder von 50% bis 70%, vorzugsweise 60%, aufweisen und auf Basis von Polyphthalamid (PPA) oder Polyamid (PA) oder Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt sein. Dabei kann es sich um modifiziertes PPA bzw. um modifiziertes PA handeln. Insbesondere ein Glasfasergehalt von 30 % zeichnet sich durch äußerst geringe Materialkosten aus. Dabei kann der thermoplastische Kunststoff in idealer Weise derart gewählt sein, dass eine gute Haftung mit einem thermoplastischen Elastomer gewährleistet ist. Durch die Realisierung von mehreren Gewinden in den Hülsen und die Herstellung der Hülsen aus thermoplastischem Kunststoff ist die Vorrichtung besonders kompakt und stabil ausgebildet und dabei kostengünstig in der Herstellung.
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In weiter vorteilhafter Weise kann das Reibelement an dem der ersten Hülse zugewandten Ende des Durchgangs der zweiten Hülse ausgebildet sein. Somit ist die Schraube beim Einbringen zunächst durch den Durchgang der zweiten Hülse geführt, so dass insbesondere bei der Montage am Band die Schraube in besonders einfacher Weise in die Vorrichtung einbringbar ist.
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Weiterhin kann das Reibelement in den Durchgang hineinragende Segmente aufweisen. Die Segmente können entsprechend den Anforderungen bezüglich Einsteckkraft, Demontagekraft und Reibmoment ausgebildet sein, beispielsweise konvex, konkav oder gerade. Je nachdem, wie groß die Fläche und der Anpreßdruck ist, mit der das Reibelement an der Schraube anliegt, ist die von dem Reibelement ausgeübte Hemmung definiert. Dabei ist des Weiteren denkbar, dass das Reibelement insgesamt ringförmig ausgebildet ist und der gesamte Ring und nicht nur ein Segment davon an der Schraube anliegt.
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Um die Herstellungskosten weiter zu minimieren, kann das Reibelement aus thermoplastischem Kunststoff oder thermoplastischem Polyurethan, insbesondere im Spritzgussverfahren, hergestellt sein. Dabei ist des Weiteren denkbar, dass sowohl die zweite Hülse als auch die erste Hülse im Spritzgussverfahren hergestellt sind, wobei das Reibelement im Zwei-Komponenten-Spritzguss an der zweiten Hülse angebracht ist. Unabhängig davon, ob das Reibelement als einzelnes Bauteil oder im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren zusammen mit der zweiten Hülse hergestellt ist, kann durch geeignete Wahl des Elastomers und die Anpassung der Geometrie des Reibelements die Kraft definiert werden, mit der das Reibelement auf die Schraube einwirkt.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die erste Hülse einen Anlagebereich zum Anlegen an das Bauteil aufweisen. Insbesondere wenn in dem Bauteil ein Langloch oder ein Schlüsselloch ausgebildet ist, durch das die Schraube hindurchgeführt wird, wirken Biegekräfte auf den Anlagebereich, so dass dieser entsprechend dick ausgeführt sein muss. Dabei ist des Weiteren denkbar, dass der Anlagebereich aus einem hochfesten Kunststoff mit versteifenden Füllstoffen ausgebildet ist.
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Um eine besonders langlebige Konstruktion zu erzielen, kann an dem Anlagebereich ein Metallelement zur großflächigen Druckverteilung bzw. Reduzierung der Flächenpressung angeordnet sein. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Stanzteil, ein Tiefziehteil oder ein Druckgussteil handeln. Das Metallelement kann im Zuge der Herstellung der ersten Hülse im Spritzgussverfahren von dem Kunststoff umspritzt sein. Des Weiteren ist denkbar, dass das Metallelement – beispielsweise adhäsiv – an dem Anlagebereich festgelegt ist.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das Metallelement als Tellerfeder ausgebildet sein. Durch diese Ausgestaltung ist eine angenähert konstante Federkraft über den Weg hinweg erzeugt, so dass das Kriechverhalten des Materials der Vorrichtung über die Zeit hinweg kompensierbar ist und somit einem Setzverhalten der Vorrichtung entgegengewirkt ist.
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Zur Realisierung einer besonders einfach herzustellenden Konstruktion kann das Haltemittel einstückig mit der ersten Hülse ausgebildet sein. Bei dem Haltemittel kann es sich beispielsweise um eine Mutter handeln. Des Weiteren ist denkbar, dass der Anlagebereich der ersten Hülse sowie das Haltemittel – die Mutter – derart ausgebildet sind, dass sie jeweils zumindest einen Teil des Schenkels eines Clips bilden, der an das Bauteil anclipbar ist.
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In weiter vorteilhafter Weise kann das Haltemittel – die Mutter – aus Metall, insbesondere aus Blech mit einem Gewindedurchzug, hergestellt sein. Durch die Anordnung eines metallischen Haltemittels können die benötigten Kräfte über ein besonders kleines Gewinde übertragen werden. Insbesondere bei der Befestigung eines Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug, muss zur Verminderung der Flächenpressung die Fläche des Haltemittels vergrößert werden, da die zu befestigenden Scheinwerfer oftmals aus einem Kunststoff gefertigt sind, der nur geringfügig druckfest ist. In einem solchen Fall sind großflächige Haltemittel aus Blech mit Gewindedurchzug von besonderem Vorteil, wobei zur Erhöhung der Tragfähigkeit die Gewindestelle verdickt sein kann. An das metallische Haltemittel kann eine Verbindung mit der ersten Hülse angeformt sein. Des Weiteren ist denkbar, dass die erste Hülse und das Haltemittel – als Mutter ausgebildet – jeweils in einem Schenkel eines metallischen Clips angeordnet sind.
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Um eine besonders kostengünstige Konstruktion zu realisieren, kann das Gewinde des Haltemittels als Durchzug mit angequetschter Klemmung ausgebildet sein. Diese Konstruktion zeichnet sich des Weiteren durch eine hohe Tragkraft aus. Ferner wirkt eine solche Klemmung „weicher“ als eine klemmende Vollmutter und nimmt dadurch weniger und vor allem definierter ein Teil-Drehmoment der Verschraubung auf. Dabei genügt die Klemmung, um ein Lösen der Verschraubung nach einem zu starken Setzen der Vorrichtung auf Dauer zu verhindern. Um zu vermeiden, dass bei der Montage Bandstörungen durch Kreuzverschraubung auftreten, d. h. die Schraube das Gewinde des Halteelements nicht „findet“, kann durch geeignete Vorzüge und Stauchungen im Umformprozess eine Materialverdickung nach „innen“ geschaffen sein, mit der der Gewindeformer mindestens im ersten Gang eine annähernd volle Gewindehöhe ausformen muss. Der Rest der Gewindegänge kann in üblicher Weise verdünnt ausgestaltet sein, um den Gewindeformer zu schonen. Dadurch ist gegenüber der Schraubenspitze eine Einschraubsicherheit gewährleistet, wie sie bei einer geschnittenen Vollmetallmutter auftritt. Durch die Materialaufstauchung bzw. Materialverdickung nach innen – bis zum Schrauben-Gewindekerndurchmesser – wird beim späteren Gewindeformen die Gewindespitze nahezu vollständig spitz ausgebildet und dadurch Einschraubprobleme und Topfabriss effektiv vermieden. Des Weiteren wird durch die kurze Länge – bspw. ein Gang – Material gespart und der Gewindeformer geschont. Ferner ist denkbar, dass als Haltemittel eine in dem Bauteil vormontierte Sackloch-Einsteckmutter angeordnet ist. Eine solche Konstruktion eignet sich insbesondere dann, wenn keine Befestigung am Rand des Bauteils benötigt wird.
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In weiter vorteilhafter Weise kann an dem Anlagebereich eine Ausnehmung und an der zweiten Hülse ein Sicherheitselement als Verdrehsicherung ausgebildet sein, wobei das Sicherheitselement zumindest bei vollständig ineinander verschraubten Hülsen in die Ausnehmung hineinragt. Durch diese konstruktive Maßnahme kann die Vorrichtung in einem Soll-Lieferzustand gehalten werden, bei dem die Hülsen zumindest nahezu vollständig ineinander verschraubt sind. Je nach geometrischer Ausgestaltung und Material kann die Kraft definiert werden, die zum Überwinden der Verdrehsicherung aufgebracht werden muss. Bei der voranstehend genannten Konstruktion ist des Weiteren vorteilhaft, dass die Verdrehsicherung nicht außerhalb der Vorrichtung, sondern im geschützten, inneren Bereich angeordnet ist. Dadurch wird zum einen Bauraum eingespart und des Weiteren die Verdrehsicherung vor Beschädigungen geschützt.
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In besonders raffinierter Weise kann das Sicherheitselement als integraler Bestandteil des Reibelements ausgebildet sein, beispielsweise als Verlängerung des Reibelements in axialer oder radialer Richtung. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass das Sicherheitselement in die Ausnehmung der ersten Hülse hineinragt und somit eine Verdrehung der Hülsen gegeneinander hemmt.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch die erste und zweite Hülse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 in einer perspektivischen Darstellung die erste und zweite Hülse aus 1
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3 in einer Aufsicht die erste und zweite Hülse aus 1.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch die erste Hülse 1 und die zweite Hülse 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die zweite Hülse 2 ist in dieser Darstellung vollständig in die erste Hülse 1 eingeschraubt. Zur Realisierung der Schraubverbindung weisen sowohl die erste Hülse 1 als auch die zweite Hülse 2 jeweils ein erstes Gewinde 3, ein zweites Gewinde 4 und ein drittes Gewinde 5 auf. Folglich sind insgesamt drei Gewindepaare realisiert. Durch die Ausbildung von jeweils drei Gewinden 3, 4, 5, über welche die erste Hülse 1 mit der zweiten Hülse 2 verbindbar ist, werden die auf die Hülsen 1, 2 und somit auf die Gewinde 3, 4, 5 wirkenden Kräfte und Drehmomente in idealer Weise verteilt. Dadurch ist die Vorrichtung insgesamt sehr kompakt und es ist möglich, die erste Hülse 1 und die zweite Hülse 2 aus einem Kunststoff herzustellen. Die Herstellung der ersten und zweiten Hülse 1, 2 kann beispielsweise im Spritzgussverfahren erfolgen.
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Des Weiteren ist in 1 dargestellt, dass die erste Hülse 1 einen Durchgang 6 und die zweite Hülse 2 einen Durchgang 7 aufweisen. Dabei können die Durchgänge 6, 7 derart dimensioniert sein, dass eine M6 Schraube durch diese hindurchführbar ist. Weiterhin können das erste Gewinde 3 der ersten Hülse 1 und der zweiten Hülse 2 als 12 × 1,25 LH, das zweite Gewinde 4 der ersten Hülse 1 und der zweiten Hülse 2 als 18 × 1,25 LH und das dritte Gewinde 4 der ersten Hülse 1 und der zweiten Hülse 2 als 21 × 1,25 LH ausgebildet sein.
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In dem Durchgang 7 der zweiten Hülse 2 ist das Reibelement 8 angeordnet. Das Reibelement 8 kann aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildet sein und zusammen mit der zweiten Hülse 2 im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt sein. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Reibelement 8 ringförmig ausgebildet und weist Segmente 9 auf, die in den Durchgang 7 hineinragen und an der Schraube anliegen, wenn diese in die Durchgänge 6, 7 eingeführt ist.
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An dem Reibelement 8 ist des Weiteren ein Sicherheitselement 10 ausgebildet, das in eine nicht dargestellt Ausnehmung 11 der ersten Hülse 1 hineinragt und somit ein Verdrehen der Hülsen 1, 2 gegeneinander hemmt, zumindest wenn die Hülsen 1, 2 vollständig bzw. nahezu vollständig ineinander verschraubt sind, sog. Soll-Lieferzustand.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die erste Hülse 1 an einem ersten Schenkel eines Clips festgelegt sein kann, beispielsweise über die Vorsprünge 12. An dem zweiten Schenkel des Clips kann ein Haltemittel angeordnet sein, beispielsweise eine Mutter. Zum Festlegen dieser Vorrichtung an einem Bauteil kann der Clip über das Bauteil geschoben werden, so dass die Durchgänge 6, 7 mit einer Ausnehmung in dem Bauteil fluchten. Durch die Durchgänge 6, 7 und das Bauteil wird eine Schraube in das Gewinde des Haltemittels eingeschraubt. Da die Drehrichtungen der Gewinde 3, 4, 5 der ersten Hülse 1, 2 und die Drehrichtung des Gewindes des Haltemittels entgegengesetzt verlaufen, wird die zweite Hülse 2 beim Eindrehen der Schraube in das Haltemittel aus der ersten Hülse 1 herausgeschraubt, da nämlich die zweite Hülse 2 durch das an der Schraube anliegende Reibelement 8 gedreht wird.
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Somit muss das Reibelement 8 derart an der Schraube anliegen, dass von der Schraube ein ausreichend großes Drehmoment auf die zweite Hülse 2 übertragbar ist, so dass die zweite Hülse 2 aus der ersten Hülse 1 herausschraubbar ist.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die erste und zweite Hülse 1, 2 aus 1. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass an der ersten Hülse 1 ein Anlagebereich 13 zum Anlegen an das Bauteil ausgebildet ist. In dem Anlagebereich 13 ist eine Ausnehmung 11 ausgebildet, in welcher das Sicherheitselement 10 angeordnet ist. Das Sicherheitselement 10 erstreckt sich derart in die Ausnehmung 11 hinein, dass ein versehentliches Verdrehen der Hülsen 1, 2 gegeneinander verhindert ist. Durch das beim Eindrehen der Schraube in das Gewinde des Haltemittels auftretende Drehmoment wird das Sicherheitselement 10 derart elastisch verbogen, dass die Hülsen 1, 2 gegeneinander verdreht werden. Folglich dient das Sicherheitselement 10 lediglich dazu, die Vorrichtung im gewünschten Soll-Lieferzustand zu halten. Im Soll-Lieferzustand ist die zweite Hülse 2 nahezu vollständig in die erste Hülse 1 eingeschraubt.
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3 zeigt in einer Aufsicht die erste und zweite Hülse 1, 2 aus 1. Daher sei an dieser Stelle auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Hülse
- 2
- zweite Hülse
- 3
- erstes Gewinde
- 4
- zweites Gewinde
- 5
- drittes Gewinde
- 6
- Durchgang (erste Hülse)
- 7
- Durchgang (zweite Hülse)
- 8
- Reibelement
- 9
- Segment
- 10
- Sicherheitselement
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Vorsprung
- 13
- Anlagebereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2792039 B1 [0004]
- DE 10034968 A1 [0004]
