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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet hydraulischer Spannvorrichtungen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Metalldichtungen für Kolben.
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BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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Zwischen dem Kolben und dem Spannvorrichtungskörper von hydraulischen Spannvorrichtungen ist ein Leckspalt vorhanden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Metallband, das entweder spiralförmig oder kreisförmig gewickelt ist, wird über einem Kolben einer hydraulischen Spannvorrichtung angeordnet, um die hydraulische Druckkammer abzudichten und Leckverlust durch einen Spielraum zwischen dem Kolben und dem Spannvorrichtungskörper zu verhindern oder zu verringern.
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In einer Ausführungsform umfasst die hydraulische Spannvorrichtung einen Spannvorrichtungskörper mit einer Bohrung in Fluidverbindung mit einer Quelle von Druckfluid durch einen Einlass, einen Hohlkolben, der verschiebbar innerhalb der Bohrung aufgenommen ist und einen Außendurchmesser aufweist, eine hydraulische Druckkammer, die durch den Hohlkolben und die Bohrung des Spannvorrichtungskörpers definiert wird, eine Kolbenfeder, die innerhalb der hydraulischen Druckkammer aufgenommen ist, um den Kolben vom Einlass weg vorzuspannen, und ein Metallband, das den Außendurchmesser des Kolbens umgibt. Das Metallband bildet eine Dichtung zwischen einer Außenfläche des Kolbens und dem Spannvorrichtungskörper, wenn sich Druck in der hydraulischen Druckkammer aufbaut.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst eine druckaktivierte Metalldichtung für eine hydraulische Spannvorrichtung, die einen Spannvorrichtungskörper mit einer Bohrung in Fluidverbindung mit einer Quelle von Druckfluid durch einen Einlass, einen Hohlkolben, der verschiebbar innerhalb der Bohrung aufgenommen ist und einen Außendurchmesser aufweist, eine hydraulische Druckkammer, die durch den Hohlkolben und die Bohrung des Spannvorrichtungskörpers definiert wird, und eine Kolbenfeder umfasst, die innerhalb der hydraulischen Druckkammer aufgenommen ist, um den Kolben vom Einlass weg vorzuspannen, ein Metallband, das so geformt ist, dass es um einen Außendurchmesser des Kolbens passt.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Verringerung von Leckverlust zwischen einem Kolben und einem Spannvorrichtungskörper in einer hydraulischen Spannvorrichtung, die einen Spannvorrichtungskörper mit einer Bohrung in Fluidverbindung mit einer Quelle von Druckfluid durch einen Einlass, einen Hohlkolben, der verschiebbar innerhalb der Bohrung aufgenommen ist und einen Außendurchmesser aufweist, eine hydraulische Druckkammer, die durch den Hohlkolben und die Bohrung des Spannvorrichtungskörpers definiert wird, eine Kolbenfeder, die innerhalb der hydraulischen Druckkammer aufgenommen ist, um den Kolben vom Einlass weg vorzuspannen, und ein Metallband umfasst, das den Außendurchmesser des Kolbens umgibt, den Schritt des Aktivierens des Bandes, um eine Dichtung zwischen dem Kolben und dem Spannvorrichtungskörper zu erzeugen, derart dass die Dichtung Leckverlust von Öl aus der hydraulischen Druckkammer verringert.
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Figurenliste
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- 1 stellt eine erste Ausführungsform eines Metallbandes dar.
- 2A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 2B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 2A von der Seite dar.
- 2C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 2A dar.
- 3A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 3B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 3A in der Spannvorrichtung dar.
- 4A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 4B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 4A von der Seite dar.
- 4C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 4A dar.
- 5A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 5B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 5A in der Spannvorrichtung dar.
- 6 stellt eine zweite Ausführungsform eines Metallbandes dar.
- 7A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 7B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 7A von der Seite dar.
- 7C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 7A dar.
- 8A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 8B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 8A in der Spannvorrichtung dar.
- 9A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 9B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 9A von der Seite dar.
- 9C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 9A dar.
- 10A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 10B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 10A in der Spannvorrichtung dar.
- 11 stellt eine dritte Ausführungsform eines Metallbandes dar.
- 12A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 12B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 12A von der Seite dar.
- 12C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 12A dar.
- 13A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem nicht aktivierten Zustand dar.
- 13B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 13A in der Spannvorrichtung dar.
- 14A stellt einen Kolben mit dem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 14B stellt eine Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 14A von der Seite dar.
- 14C stellt eine andere Nahansicht des Kolbens und des Metallbandes von 14A dar.
- 15A stellt eine Querschnittsansicht einer Spannvorrichtung mit einem Metallband in einem aktivierten Zustand dar.
- 15B stellt eine Nahansicht des Metallbandes von 15A in der Spannvorrichtung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Metallbänder oder Metalldichtungen werden über einem Kolben einer hydraulischen Spannvorrichtung angeordnet, um die Hochdruckkammer abzudichten und Leckverlust durch einen Spielraum zwischen dem Kolben und dem Spannvorrichtungskörper zu verhindern oder zu verringern. Die Bänder sind im Wesentlichen kreisförmig, um einer Form eines Außendurchmesser des Kolbens zu entsprechen. Außerdem sind die Bänder vorzugsweise spiralförmig oder kreisförmig gewickelt. Die Begriffe „Band“ und „Dichtung“ werden hierin austauschbar verwendet, um das Metallstück zu identifizieren, das um den Kolben angeordnet wird.
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Die Bänder oder Dichtungen sind aus Metall oder einem anderen Material mit einer hinreichend großen Querschnittsgeometrie und Materialcharakteristiken hergestellt, welche die Haltbarkeitsanforderungen der Bänder erfüllen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die Bänder aus Federstahl, beispielsweise Edelstahl 302, hergestellt.
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In einer Ausführungsform ist das Band oder die Dichtung kreisförmig gewickelt, derart dass die zwei Enden des Materials in Kontakt kommen können, wenn das Band in seinem nicht aktivierten, freien Zustand ist, Der Querschnitt des Bandes weist eine Biegung auf, derart dass eine Kante über der anderen emporragt. Der Innendurchmesser der Dichtung ist aufgeweitet, um sie so auf dem Kolben zu installieren, dass eine kleine Klemmkraft auf die Kolbenfläche bereitgestellt wird, um ihre Position während des Ausfahrens des Kolbens einzuengen. Während des Einfahrens des Kolbens baut sich Druck in der Hochdruckkammer auf und sammelt sich somit unter dem abgewinkelten Abschnitt der Dichtung, wodurch die Dichtung nach außen vorgespannt wird, bis die Dichtung mit dem Spannvorrichtungskörper in Kontakt tritt und die Hochdruckkammer abdichtet. Der Kolben ist vorzugsweise so ausgelegt, dass der unterste Abschnitt des Kolbens einen kleineren Außendurchmesser als der Abschnitt aufweist, der sich über dem Dichtungshohlraum befindet, um einen größeren Ölfluss zum Aktivieren der Dichtung zu ermöglichen. Außerdem ist der Winkel am unteren Ende des Dichtungshohlraums vorzugsweise kleiner als jener der Dichtung selbst, wodurch ein Hohlraum unter dem Band erzeugt wird, in welchem Hochdrucköl wirken kann.
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In anderen Ausführungsformen sind die Bänder spiralförmig gewickelt, derart dass das Material des Bandes sich bis zu einem gewissen Grad selbst überlappt, was die Expansionssteifigkeit des Bandes erhöht. Durch Ändern des Ausmaßes von Überlappung bei spiralförmig gewickelten Bändern kann das Band so abgestimmt werden, dass es sich mit einer bestimmten Rate oder einem anfänglichen Expansionsdruck aufweitet. Das Ausmaß von Überlappung kann in Abhängigkeit von den Anforderungen der Zeitsteuersystemanwendung angepasst werden, in welcher die Bänder verwendet werden, Außerdem eliminiert eine spiralförmig gewickelte Form den kleinen Leckweg, der in Ausführungsformen gebildet werden kann, die kreisförmig gewickelte Bänder verwenden, wenn das Band aufgeweitet wird, damit es um Kolben passt.
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In einer Ausführungsform wird ein spiralförmig gewickeltes Band mit einem geraden Querschnitt mit einer lockeren Passung auf dem Kolben installiert. Die lockere Passung des Bandes ermöglicht die Bildung eines Hohlraums unterhalb der Dichtung, in welchem sich Hochdrucköl sammeln kann, um das Band nach außen vorzuspannen und den Fluss von Öl zwischen dem Kolben und dem Spannvorrichtungskörper zu blockieren. Der Kolben ist so ausgelegt, dass der unterste Abschnitt des Kolbens einen kleineren Außendurchmesser als der Abschnitt aufweist, der sich über dem Dichtungshohlraum befindet, um einen größeren Ölfluss zum Aktivieren der Dichtung zu ermöglichen.
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In einer anderen Ausführungsform wird ein spiralförmig gewickeltes Band mit einem geraden Querschnitt mit einer Presspassung auf dem Kolben installiert. Die Passung des Bandes ist derart, dass sein Außendurchmesser kleiner als ein Außendurchmesser des Kolbens während des Ausfahrens des Kolbens ist und, wenn der Kolben einfährt, Öldruck von der Hochdruckkammer über Löcher, die in den Kolben senkrecht auf seine Mittelachse gebohrt sind, auf den Innendurchmesser des Bandes wirkt. Dieser hohe Druck bewirkt, dass das Band sich aufgeweitet und eine Dichtung bildet, welche Öl daran hindert, aus der Hochdruckkammer auszulaufen.
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1 bis 5B stellen eine erste Ausführungsform einer Spannvorrichtung 1 mit einem Metallband dar, das in dieser Ausführungsform eine gebogene Dichtung 15 ist. Die Spannvorrichtung 1 umfasst einen Spannvorrichtungskörper 10, einen Kolben 12, eine Lüftungsscheibe 13 (zum Reduzieren des Volumens der Spannvorrichtung), eine hydraulische Druckkammer 14, eine Sperrventilanordnung 20, eine Kolbendichtung 15 und eine Feder 16. Der Spannvorrichtungskörper 10 definiert eine zylindrische Bohrung 11 zur verschiebbaren Aufnahme des Hohlkolbens 12. Ein Ende der Bohrung 11 enthält einen Einlass 17 in Fluidverbindung mit einer externen Versorgung von Druckfluid (nicht dargestellt). Die hydraulische Druckkammer 14 wird durch einen Innenumfang des Hohlkolbens 12, die Bohrung 11, die Druckfeder 16 und die Sperrventilanordnung 20 definiert. Die Druckfeder 16 spannt den Kolben 12 vom Einlass 17 weg vor. Die Sperrventilanordnung 30 befindet sich an der Basis der Kolbenbohrung 11, um zu ermöglichen, dass Hydraulikfluid den Raum in der Kolbenbohrung 11 füllt. Obwohl jede auf dem Fachgebiet bekannte Sperrventilanordnung verwendet werden könnte, umfasst die Sperrventilanordnung 20 in den Figuren einen Halter 22, eine Feder 24, eine Kugel 26, einen Sitz 28 und eine Dichtung 30.
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Die Kolbendichtung 15 ist kreisförmig gewickelt, derart dass die zwei Enden 32 des Materials miteinander in Kontakt kommen können, wenn das Band 15 in seinem freien Zustand ist, und der Querschnitt des Materials eine Biegung oder einen Winkel 34 aufweist, derart dass eine Seite 36 über dem anderen abgewinkelten Abschnitt 39 emporragt. Der Innendurchmesser 27 der Dichtung ist aufgeweitet, um sie so auf dem Kolben 12 zu installieren, dass eine kleine Klemmkraft auf die Kolbenfläche bereitgestellt wird, um ihre Position während des Ausfahrens des Kolbens einzuengen. Während des Einfahrens des Kolbens baut sich Druck in der Hochdruckkammer 14 auf und wirkt somit unter dem abgewinkelten Abschnitt 39 der Dichtung, indem er sie nach außen vorgespannt wird, bis sie mit dem Spannvorrichtungskörper 10 in Kontakt tritt 38 und die Hochdruckkammer 14 abdichtet. Der Kolben 12 ist so ausgelegt, dass der unterste Abschnitt 31 einen kleineren Außendurchmesser 33 als der Abschnitt 35 aufweist, der sich über dem Dichtungshohlraum 25 befindet, um einen größeren Ölfluss zum Aktivieren der Dichtung zu ermöglichen. Außerdem ist der Winkel 23 am unteren Ende des Dichtungshohlraums 25 kleiner als einen Winkel 21 der Dichtung 15 selbst, wodurch der Hohlraum 25 unter dem Band 15 erzeugt wird, in welchem Hochdrucköl wirken kann. Ein kleiner Leckweg 37 (siehe 2C und 4A) kann sich bilden, wenn das Band 15 aufgeweitet wird, damit es um den Kolben 12 passt.
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6 bis 10B stellen eine zweite Ausführungsform einer Spannvorrichtung 2 mit einem Metallband dar, das in dieser Ausführungsform eine flache Gleitringdichtung 45 ist. Die Spannvorrichtung 2 umfasst einen Spannvorrichtungskörper 40, einen Kolben 42, eine Lüftungsscheibe 43 (zum Reduzieren des Volumens der Spannvorrichtung), eine hydraulische Druckkammer 44, eine Sperrventilanordnung 50, eine Kolbendichtung 45 und eine Feder 46. Der Spannvorrichtungskörper 40 definiert eine zylindrische Bohrung 41 zur verschiebbaren Aufnahme des Hohlkolbens 42. Ein Ende der Bohrung 41 enthält einen Einlass 47 in Fluidverbindung mit einer externen Versorgung von Druckfluid (nicht dargestellt). Die hydraulische Druckkammer 44 wird durch einen Innenumfang des Hohlkolbens 42, die Bohrung 41, die Druckfeder 46 und die Sperrventilanordnung 50 definiert. Die Druckfeder 46 spannt den Kolben 42 vom Einlass 47 weg vor. Die Sperrventilanordnung 50 befindet sich an der Basis der Kolbenbohrung 41, um zu ermöglichen, dass Hydraulikfluid den Raum in der Kolbenbohrung 41 füllt. Obwohl jede auf dem Fachgebiet bekannte Sperrventilanordnung verwendet werden könnte, umfasst die Sperrventilanordnung 50 in den Figuren einen Halter 52, eine Feder 54, eine Kugel 56, einen Sitz 58 und eine Dichtung 60.
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In dieser Ausführungsform wird die Kolbendichtung, ein spiralförmig gewickeltes Band 45 mit einem geraden Querschnitt 66, mit einer lockeren Passung auf dem Kolben 42 installiert. Die lockere Passung des Bandes 45 ermöglicht die Bildung eines Hohlraums 62 unterhalb der Dichtung 45, in welchem sich Hochdrucköl sammeln kann, um das Band 45 nach außen vorzuspannen und den Fluss von Öl zwischen dem Kolben 42 und dem Spannvorrichtungskörper 40 zu blockieren. Die Enden 64 des Bandes 45 überlappen einander vorzugsweise (siehe 6), was die Expansionssteifigkeit des Bandes 45 erhöht. Durch Ändern des Ausmaßes von Überlappung im spiralförmigen Zustand kann das Band 45 so abgestimmt werden, dass es sich mit einer bestimmten Rate oder einem anfänglichen Expansionsdruck aufweitet. Der Kolben 42 ist so ausgelegt, dass der unterste Abschnitt 61 einen kleineren Außendurchmesser 63 als der Abschnitt 65 aufweist, der sich über dem Dichtungshohlraum 62 befindet, um einen größeren Ölfluss zum Aktivieren der Dichtung 45 zu ermöglichen.
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11 bis 15B stellen eine dritte Ausführungsform einer Spannvorrichtung 3 mit einem Metallband dar, das in dieser Ausführungsform eine Flachdichtung 75 ist. Das Band 75 in 11 bis 15B ähnelt dem Band 45 in 6 bis 10B, das Band 75 in 11 bis 15B ist jedoch so bemessen, dass es um den Kolben 72 pressgepasst ist, während das Band 45 in 6 bis10B so bemessen ist, dass es locker um den Kolben gepasst ist. Folglich wirkt der Druck auf die Bänder in 11 bis 15B anders als auf die Bänder in 6 bis 10B. In 6 bis 10B wird ein Hohlraum zwischen dem Band und der Kolbenfläche gebildet, in 11-15B erzeugen Querlöcher einen Pfad für Hochdrucköl, damit es direkt auf die Unterseite des Bandes wirkt.
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Die Spannvorrichtung 3 umfasst einen Spannvorrichtungskörper 70, einen Kolben 72, eine Lüftungsscheibe 73 (zum Reduzieren des Volumens der Spannvorrichtung), eine hydraulische Druckkammer 74, eine Sperrventilanordnung 80, eine Kolbendichtung 75 und eine Feder 76. Der Spannvorrichtungskörper 70 definiert eine zylindrische Bohrung 71 zur verschiebbaren Aufnahme des Hohlkolbens 72. Ein Ende der Bohrung 71 enthält einen Einlass 77 in Fluidverbindung mit einer externen Versorgung von Druckfluid (nicht dargestellt). Die hydraulische Druckkammer 74 wird durch einen Innenumfang des Hohlkolbens 72, die Bohrung 71, die Druckfeder 76 und die Sperrventilanordnung 80 definiert. Die Druckfeder 76 spannt den Kolben 72 vom Einlass 77 weg vor. Die Sperrventilanordnung 80 befindet sich an der Basis der Kolbenbohrung 71, um zu ermöglichen, dass Hydraulikfluid den Raum in der Kolbenbohrung 71 füllt. Obwohl jede auf dem Fachgebiet bekannte Sperrventilanordnung verwendet werden könnte, umfasst die Sperrventilanordnung 80 in den Figuren einen Halter 82, eine Feder 84, eine Kugel 86, einen Sitz 88 und eine Dichtung 90.
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In dieser Ausführungsform wird die Dichtung 75, ein spiralförmig gewickeltes Band mit einem spiralförmigen Querschnitt 93, mit einer Presspassung auf dem Kolben 72 installiert. Die Passung des Bandes ist derart, dass sein Außendurchmesser 94 kleiner als der Außendurchmesser 92 des Kolbens 72 während des Ausfahrens des Kolbens ist. Wenn der Kolben 72 einfährt, wirkt Öldruck von der Hochdruckkammer 74 über Löcher 85 im Kolben 72 senkrecht auf seine Mittelachse auf den Innendurchmesser 96 des Bandes 75. In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die Löcher 85 in den Kolben 72 gebohrt. Der hohe Druck bewirkt, dass das Band 75 sich aufgeweitet und eine Dichtung bildet, welche Öl daran hindert, aus der Hochdruckkammer 74 auszulaufen. Das Band 75 weitet sich auf, um den Spannvorrichtungskörper 70 zu berühren und eine Dichtung zu erzeugen. Da der Spalt zwischen dem Kolben 72 und der Spannvorrichtungsbohrung kleiner als die Materialdicke des Bandes 75 ist, blockiert das Band 75 den Fluss von Öl. Die Enden 95 des Bandes 75 überlappen einander vorzugsweise (siehe 11), was die Expansionssteifigkeit des Bandes 65 erhöht. Durch Ändern des Ausmaßes von Überlappung im spiralförmigen Zustand kann das Band 65 so abgestimmt werden, dass es sich mit einer bestimmten Rate oder einem anfänglichen Expansionsdruck aufweitet.
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Die spiralförmig gewickelten Bänder 45, 75 eliminieren den kleinen Leckweg 37 (siehe 2C und 4A), der in Ausführungsformen gebildet werden kann, die kreisförmig gewickelte Bänder 15 verwenden, wenn das Band 15 aufgeweitet wird, damit es um Kolben passt. In Ausführungsformen mit spiralförmig gewickelten Bändern überlappt sich das Material vorzugsweise bis zu einem gewissen Grad selbst (siehe 6 und 11), was die Expansionssteifigkeit des Bandes erhöht. Durch Ändern des Ausmaßes von Überlappung im spiralförmigen Zustand kann das Band so abgestimmt werden, dass es sich mit einer bestimmten Rate oder einem anfänglichen Expansionsdruck aufweitet.
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Es versteht sich demgemäß. dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich zur Veranschaulichung der Anwendung der Prinzipien der Erfindung dienen. Bezugnahmen hierin auf Einzelheiten der veranschaulichten Ausführungsformen sollen den Schutzbereich der Ansprüche nicht einschränken, welche selbst jene Merkmale aufführen, die als wesentlich für die Erfindung betrachtet werden.
