DE2215926A1

DE2215926A1 - Positionierungseinrichtung

Info

Publication number: DE2215926A1
Application number: DE19722215926
Authority: DE
Inventors: Fred M Cincinnati Ohio Goebel (V St A )
Original assignee: LeBlond Ine , Cincinnati, Ohio (V St A )
Priority date: 1971-03-29
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DE2215926B2; US3724291A; CA961252A; DE2215926C3

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER

DIPL. ING. PETER E. MEISSNER Mönchen

DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING

BERLIN

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den² 9 · ''> · 197 HERBERTSTRASSE 22 Px¹./Eil

Anmelder; LA BLOwD liJCORPü.KATKD, Madison and Edwards Roads,

Ohio, USA

"Positionierungseinrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf die Support- oder .Revolverkopfschaltung bei Werkzeugmaschinen, und insbesondere auf eine Einrichtung zum genauen Positionieren von Supporten oder Revolverköpfen von Werkzetigmaschinen.

Geraues Schalten lind insbesondere die genaue Wiederholbarkeit der Schaltung eines Supports oder eines Revolverkopfes ist bei Werkzeugmaschinen ein Problem größter Bedeutung. Die Schwierigkeit der Wiederholbarkeit tritt auf, weil es erforderlich ist, mehrere Werkstücke nacheinander mit sehr geringen (Toleranzen zu bearbeiten. Da der die Werkzeuge oder Werkstücke haltende Revolverkopf von Position zu Position geschaltet wird, muß er absolut und genau in jede dieser Positionen gebracht werden, damit das Werkzeug oder das Werkstück an dieselbe Stelle wie das vorhergehende Werkzeug oder Werkstück gebracht wird. Hur auf diese Weise kann eine Gleichmäßigkeit der Schneid- oder Arbeitsvorgänge und der sich ergebenden Werkstücke erreicht werden.

s. Die bekannte Art der genauen Positionierung eines schaltbaren Revolverkopfes bestand im allgemeinen darin, entweder ein Zahnrad

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Büro BaHIn

Fernsprecher: 8856037/8883382 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank AG, Depka 36 Postscheckkonto: Drahtwort; Invention Berlin Berlln-Haleiisee, Kurfürstendamm 130, Konto-Nr. 9B 716 W. Meissner, Berlin West 122 82

oder ein änderet! drehbares Teil, das am Revolverkopf befestigt war, mittels eines Schaltnockens, der, ortsfest angeordnet, sich in eine entsprechende Aussparung am drehbaren Teil erstreckte, in die richtige Stellung zu bringen oder einen entsprechend angeordneten Nocken in den Zwischenraum zwischen zwei Zähnen eines Zahnrades am Revolverkopf eindringen zu lassen (US-PSn 3 465 615 , 3 150 545, 3 011 245).

Ein anderer Versuch war, ein Kurvengetriebe auf einem anderen Kurvengetriebe aufsitzen zu lassen, um eine genaue Positionierung eines Revolverkopfes zu erreichen, der an dem einen Getriebe in Bezug auf eine Grundplatte angeordnet war, an der das andere Getriebe befestigt war.

Obwohl sich mit diesen bekannten Lösungen ein gewisser Genauigkeitsgrad erreichen ließ, traten doch bei jeder Probleme auf. Wo nämlich eine Schaltnocken-Ausnehmungs-Kombination verwendet wird, kann der Mechanismus Schlagbeschädigungen erleiden, die bei der Betätigung des Schaltnockens in seine Ausnehmung hinein hervorgerufen werden, und zwar zu dem Zeitpunkt, bevor das drehbare Teil mit der Ausnehmung zur Ruhe kommt. Wenn der Schaltnocken in die Ausnehmung hineinfällt, wirkt er als Bremse für das drehbare Teil und schluckt den Anprall dieses Teils, weil es abrupt gestoppt worden ist. Dieser Anprall bewirkt, daß sich die Berührungsflächen abnutzen und kann dazu führen, daß sich die Befestigungselemente, die den Nocken tragen, lockern und dadurch Spiel und Ungenauigkeit in die Vorrichtung gebracht wird. Ferner neigen die Schaltnocken oberflächen wie auch die Oberflächen der Ausnehmungen zum Verschleiß, genauso auch die Flächen, die den Nocken während seiner Bewegung führen. Dieser Verschleiß summiert sich und bewirkt ein unerwünsch tes Spiel in der Vorrichtung, so daß es sehr schwierig ist, eine wiederholbare genaue Positionierung des Revolverkopfes zu erreiohen.

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In dera Fall, v/o eine Senaltnoeken-Zahnrad-Kombination verwendet' wird, Jcönnen die Einzelelemente denselben Schlagbeanspruchungen ausgesetzt sein wie oben "beschrieben. Die tragenden und getragenen Machen dieser Elemente neigen ebenso zum Verschleiß, wobei die Genauigkeit proportion! dazu verloren geht.

Die KurveiifTetrielje-Iiösxmg; ist genau, aber sie erfordert zusätzlich zum Schaltmeehanisnras sowohl teure Getriebe, als auch teure Einrichtungen zum Anheften des Revolverkopfes, um die Getriebe vor der Schaltbewegur% voneinander zu trennen.

Eine weitere Lösung des Sehaltproblems ist, den Revolverkopf von Position zu Position mit einer äußerst genau synchronlaufenden Schrittschaltvorrichtung anzutreiben. Eine solche Einrichtung er-· fordert einen Getriebezug, der praktisch keinen Schlupf und kein Spiel aufweist und deshalb schwer und teuer herstellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte und dennoch genaue Positionierungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Es ist ferner Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zur wiederholbaren genauen Positionierung eines Revolverkopfes in bezug auf einen Pestpunkt zu schaffen und zu erreichen, daß der sich durch Abnutzung tragender Flächen sich addierende Fehler klein bleibt. Es ist ferner Ziel öer Erfindung, Schlagbeschädigungen der Elemente der Positionieruiigseinriclitung auszuschalten.

Schließlich ist es ein weiteres und sehr wichtiges Ziel der Erfindung, eine Positionierungseinrichtung mit einem Stellgetriebe und einer Antriebsvorrichtung- zu schaffen, die nicht mit extremer Genauigkeit gefertigt werden tnuß.

Erfinduiigsgeraäß weist diie Einrichtung ein mit Zähnen versehenes Stellrad oder Zahnrad auf, das an einem Support oder Revolverkopf so befestigt ist, daß sich der Support oder der Revolverkopf mit dem Zahnrad bewegt. Ein iiin- und hergehender Kolben ist neben dem Zahnrad angeordnet, κο öaß er mittels eines gabelartigen Teiles an

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seinem Ende in dieses eingreifen kann. Der Kolben wird vorzugsweise von einem doppelwirkenden Hydraulikzylinder betätigt und bringt den Gabelkopf in und außer Kontakt mit einem ausgewählten Zahn des Zahnrades.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewegt sich der Gabelkopf in einem Loch, das mit einer Führungsbuchse versehen ist, die dicht am Zahnrad angeordnet ist, Der Gabelkopf ist so ausgebildet, daß er einen Zahn des Zahnrades erfaßt, wobei die beiden Teile- der Gabel gespreizt werden bis sie in Berührung mit den entsprechenden Innenflächen der Führungshülse kommen. Wenn der Zahn im Zentrum ist, wird das Zahnrad in bezug auf die Innenflächen der Führungshülse fest positioniert. Ist der Zahn nicht im Zentrum, so wird nur eine Seite des Gabelkopfes den Zahn zuerst berühren. Bei der weiteren Bewegung des Gabelkopfes in Richtung auf den Zahn des Zahnrades wird er diesen in die zentrale Lage bringen, wo dieser dann zwischen den beiden Seiten des Gabelkopfes, die dabei gänzlich in Kontakt mit der Führungshülse sind, fest verkeilt ist. Auf diese Weise wird ein Zahn des Zahnrades stets in bezug auf die Innenflächen der Führungshülse zentriert. Es ist ersichtlich, daß trotz eines Verschleißes der Führungshülsenflächen die Seiten des Gabelkopfes jeweils in unnachgiebigem Kontakt mit ihnen kommen, wenn ein Zahn erfaßt wird. Der Zahn ist deshalb stete zentriert, unabhängig vom Verschleiß der Führungshülse oder des Zahnradzahnes oder der den Zahn berührenden Oberflächen des Gabelkopfes.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zum Schalten des Stellzahnrades und des Revolverkopfes in die nächste Position ein Schneckengetriebe vorgesehen. Dieses Getriebe wird von einem hydraulischen Motor angetrieben, der gestoppt wird, wenn das Stellzahnrad und der Revolverkopf in angenähert richtiger Position sind. Der Kolben wird dann in Bewegung gesetzt und schiebt den Gabelkopf in einen Klemmkontakt mit einem Zahn. Wenn der Zahn nicht im Zentrum ist, wird er, wie bereits beschrieben, mittels des Gabelkopfes in seine richtige Lage gezwängt. Um den Revolverkopf nach der genauen Positionierung mittels des Gabelkopfes absolut festzulegen, kann

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eine hydraulische Feststellvorrichtung vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen;

lig. 1 eine Draufsicht des Stellgetriebes, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie 2-2 in Figur 1,

An der Positionierungseinrichtung 10 ist ein Revolverkopf 11 andeutungsweise dargestellt, der einer der bekannten ö?ypen sein kann. An einer Werkzeugmaschine ist ein solcher Revolverkopf gewöhnlich auf einem Schlitten angeordnet, der sich in Richtung der Maschinenlängsachse hin- und herbewegt und der Mittel aufweist, die eine Hin- und Herbewegung des Revolverkopfes senkrecht zur Maschinenachse erlauben. Der Revolverkopf 11 ist um die Achse 12 drehbar und kann mit bekannten Micteln betätigt werden. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Revolverkopf fest mit einer Montageplatte 13 mittels Schrauben oder Bolzen (nicht gezeigt) verbunden und die Montageplatte 15 ist an einem Stellzahnrad 14 befestigt. Ein Antriebszahnrad 15 ist fest an einem Führungszapfen des SteÜsahnrades 14 angeordnet, so daß, wenn das Antriebsrad gedreht wird, dessen Drehung um die Achse 12 auf das Stellzahnrad 14, die Montageplatte 13 und den Revolverkopf übertragen wird.

Das Antriebszahnrad 15 wird von einer Schnecke 16, die mit einer Welle 17 verbunden ist, angetrieben. Die Welle 17 wird von einem hydraulischen Motor 18 über Zahnräder 19 und 20 angetrieben. Der Motor 18 weist eine Eingangsleitung 22 und eine • Auf^gangsleitung 21 auf, durch die Hydraulikflüssigkeit unter

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Druck beaufschlagt wird, wenn die Welle 17 und die Schnecke 16 zur Drehung des Revolverkopfes 11 angetrieben werden.

Die Schaltmittel sind allgemein mit dem Bezugszeichen 23 versehen. Sie bestehen aus einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung mit Eingängen 25 und 26, Kolben 27 und Kolbenstange 28. Am Ende der Kolbenstange 28 ist ein Gabelkopf 29 angeordnet, der aus gehärtetem Stahl oder ähnlichem Material besteht. Der Gabelkopf 29 ist mit zwei symmetrischen Seitenteilen 30,31 ausgebildet, die gering in Richtung der Pfeile A biegbar sind. Der Gabelkopf 29 ist für eine Hin- und Herbewegung in einer Bohrung angeordnet. Die Bohrung kann mit einer gehärteten S taixlf ührungshüls e versehen sein, die mit Preßsitz oder auf andere Art befestigt in der Bohrung sitzt. Die Hülse 33 hat eine topfförmige Ausbildung mit einer Stirnwand 34t ⁱⁿ der ein Entlüftungsloch (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann, das es der Luft erlaubt zu entweichen, wenn der Gabelkopf 29 in Richtung der Stirnwand bewegt wird. Die Bohrung 32 und die Hülse 33 sind in unmittelbarer Nähe am Zahnrad 14 angeordnet, so daß der Gabelkopf 29 bzw. seine Seitenteile 30, 31 mit einem Zahn 35 des Zahnrades 14 in Kontakt kommen können, wenn der Gabelkopf in Richtung auf das Zahnrad 14 bewegt wird.

Die Einzelheiten, in welcher Weise die Montageplatte 13 fest mit ihrem Lager 36 verbunden ist, gehen aus Figur 2 hervor, Die Montageplatte 13 ist mit einer Ringnut 37 versehen, in die das Lager 36 eingreift und die der Montageplatte einen festen Halt gibt. Längs der Achse 12 verläuft eine Spindel 38. Sie weist einen Kopf 39 auf und ist gegen ein Übermaß an vertikaler Bewegung durch die Wirkung eines einstückig an der Spindel ausgebildeten Flansches 40 gehalten, der mittels Schrauben an einem festen Teil der Vorrichtung befestigt ist. Es ist zu sehen, daß sich die Spindel durch die Montageplatte 13, das Stellzahnrad und das Antriebszahnrad 15 in einer Bohrung in jedem dieser Elemente hindurcherstreckt. Eine Hydraulikleitung 41 führt durch

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die Spindel und hat einen Auslaß in einer ringförmigen Kammer Dichtungen 43 sind in einem Dichtelement 44 und in der Spindel 58 wie dargestellt vorgesehen, um ein Heraustreten von Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 42zu verhindern.

Bei seiner Betätigung wird der Revolverkopf mittels des Schnekkengetriebes 15 _f16 über das Stellzahnrad 14 und die Montageplatte 15 in seine Grobstellung gebracht. Die Stellung des Zahnes 35 am Zahnrad 14 entspricht der gewünschten Position des Revolverkopfes, wenn der Zahn in Kontakt mit dem Gabelkopf 29 ist.

nachdem sich das Zahnrad in eine Position gedreht hat und gestoppt ist, wird die Kolbenstange 28 mittels der hydraulischen .Betätigungsvorrichtung 24 in Richtung des Zahnrades 24 bewegt. Flüssigkeitsdruck wird auf den Einlaß 25 der betätigungsvorrichtung gegeben, so daß sich der Kolben 2? und die Kolbenstange zum Zahnrad hin bewegen. V/enn der Zahn 55 des Zahnrades 14 genau in der gewünschten Position ist, berühren die Seitenteile 30,31 den Zahn 35 auf beiden Seiten und werden in Richtung der Pfeile A. gedrängt, bis sie die Innenflächen der Führungshülse berühren. Der Zahn wird dabei unnachgiebig festgehalten und positioniert das Zahnrad, die Montageplatte und den Revolverkopf. Weil das Stellzahnrad in seine Position mittels des Schnekkengetriebee gedreht und vor der Betätigung des Gabelkopfes gestoppt worden ist, ergeben sich keine Schlagbeschädigungen an den Zähnen des Stellzahnrades oder an dem Gabelkopf. Infolge von geringem Spiel im Schneckengetriebe oder infolge anderer Faktoren kann es jedoch vorkommen, daß der Zahn 35 nicht in die gewünschte genaue Position gelangt, ©er Antrieb ist aber genau genug, das Zahnrad und den Zahn so einzustellen, daß er stets in einer Position ist, in der er mit dem Gabelkopf in kontakt kommen kann, wenn er auch von der richtigen Stelle etwas abweicht. Infolge der Bewegung des Kolbens 27 und der Kolbenstange 28 bewegt sich der Gabelkopf auf den Zahn zu und

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entweder kommt seine Seite 50 oder seine Seite 31 auerst in Berührung mit ihm. Da (ier Gabelkopf weiter in Richtung des Zahnes bewegt wird, haben die ihn berührenden Seiten 30 oüer 31 eine Keilwirkung auf den Zahn, so daß sie ihn in Querrichtung bewegen. Infolge dieser Bewegung dreht sich der Re- " volverkopf und wird dabei wie der Zahn positioniert. Wenn der Zahn mit beiden Seitenteilen des Gabelkopfes in Kontakt ist, bewegt sich der Gabelkopf weiter und die Seitenteile werden dabei in eine unnachgiebige Anlage an der Führungshülse gespreizt, wobei sie den Zahn in bezug auf die Innenflächen der Hülse absolut genau einstellen. Bei diesem Vorgang wird auch das Antriebszahnrad 15 leicht gedreht und auch der hydraulische Motor 18, der zu diesem Zeitpunkt gestoppt ist.

Es ißt ohne weiteres erkennbar, daß die mit der erfindungsgemäiSen Einrichtimg erzielbare Positionierung höchst genau ist und jegliches Spiel ausgeschaltet ist, aas gewöhnlich bei bekannten Einrichtungen auftritt. Ferner ist Jeder Zahn des Zahnrades zwangsläufig in bezug auf die Innenflächen der Bohrung bzw. der Führungshülse eingestellt und diese Einstellung ist dieselbe bei wiederholter Positionierung auf demselben Zahn. Jedesmal wenn der Revolverkopf in dieselbe Position zu bringen ist, kommt derselbe Zahn mit dem Gabelkopf in Kontakt und wird von diesem an dieselbe Stelle gebracht, wobei sichergestellt ist, daß jede Position des Revolverkopfes nach einem Durchgang über eine Vielzahl von Werkstücken genau wiederholt werden kann.

Die Auslösung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung kann von bekannten Werkzeugmaschinensteuerungseinrichtungen, z. B. Lochstreifenprogrammsteuerungen, vorgenommen werden. Fin Probeschnitt kann durchlaufen, wobei das Programm für ,jeden einzelnen Schnitt festgelegt und auf jeden Unterschied bei der Schaltbewegung von Zahn zu Zahn eingestellt ibt.

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Der Verschleiß der verschiedenen Kontaktflächen, wie z. B. der Zähne 35 und der mit den Zähnen in Berührung kommenden Seitenteile 30,31 des Gabelkopfes, der Außenflächen des Gabelkopfes 29 und der Innenflächen der Mihrungshülse 33 kann während der Lebenszeit der Positionierungseinrichtung auftreten, er wird jedoch stets durch den Spreizvorgang des Gabelkopfes aufgehoben. Bei einer durchschnittlichen Anzahl von Durchgängen über eine Vielzahl gleicher Werkstücke oder bei aufeinanderfolgenden , aber verschiedenen Durchgängen über verschiedene Werkstücke ist in Betracht zu ziehen, daß das Stellzahnrad genauso oft die gewünschte Position überläuft, wie es davor stehen bleibt, d. h. daß demzufolge der Verschleiß der entsprechenden, die Zähne berührenden Oberflächen der Seitenteile 30 und 31, sowie der Verschleiß des Gabelkopfes und der IPÜhrungshülse im wesentlichen gleichmäßig ist und sich nur in vernachläßigbaren Genauigkeitsänderungen über die Lebenszeit der Einrichtung auswirkt.Wenn das Stellzahnrad 14 genau positioniert ist, wird die Montageplatte 13 fest mit ihrem Lager 36 verbunden. Durch die Hydraulikleitung 41 wird Druck auf die Kammer 42 gegeben. Dieser übt Druck auf das Dichtungselement 44 aus, das sich gegen den Kopf 39 der Spindel 38 abstützt. Da diese Elemente nicht nachgiebig sind, wirkt sich der Druck auf das Stellzahnrad 14 aus, das die Montageplatte 13 in festen Kontakt mit dem Lager 36 zieht, welches so geformt ist, das es in die Ringnut 37 eintritt. Der Druck wird während der gesamten Bearbeitungszeit aufrechterhalten und sichert eine starre Befestigung des Revolverkopfea. Wenn der Revolverkopf in eine andere Position gebracht werden soll, wird der Druck abgelassen, so daß die Montageplatte von ihrem Lager gelöst ist und das Stellzahnrad vom Schneckengetriebeantrieb in die nächste Position gedreht werden kann. Vor der Drehung wird Druck auf den Eingang 26 der Betätigungsvorrichtung 24 gegeben, um den Kolben und die Kolbenstange 28 zu bewegen, d. h. um den Gabelkopf 29 zurückzuziehen, damit sich das Stellzahnrad drehen kann.

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Mit der Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik verbunden. Darin eingeschlossen ist die Fähigkeit, den Revolverkopf wiederholt und genau in dieselbe Position für jeden entsprechenden Arbeitsgang zu bringen. Der Verschleiß der bewegten Teile bedingt keinen Verlust an Genauigkeit der Positionierungaeinrichtung, die vielmehr einen extrem hohen Genauigkeitsgrad über ihre gesamte Betriebs- bzw. Lebenszeit behält. Es sind keine hohen Kosten für höchst genaue und schlupffreie Getriebe erforderlich, d. h. alle Zahnräder einschließlich des Stellenzahnrades der erfindungsgemäßen Einrichtung können ganz normal industriell gefertigt werden.

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Claims

Patentansprüc h

Positionierungseinriohtung für eine Werkzeugmaschine mit werkzeughaltendem Revolverkopf, gekennz eichii e t durch ein mit dem Revolverkopf (11) verbundenes S tell zahnrad (14) und Schal tmitteln zur Positionierung des Stellzahnrades, die aus einem hin- und herbewegbaren 'j'eil (28) mit einem Gabelkopf (29) am Ende bestehen, der eegen das Stellzahnrad (14) bewegbar ist und jeweils einen (35) des Stellzahnrades erfaßt.

i ti onierungseinrichtung nach Anspruch 1, da d u r c h r ο Jc e η η ζ e i c η η e t, daß das hin- und herbewegbare Teil (2rf) eine Kolbenstange ist, die in einer Bohrung (32) neben dem Stellzahnrad (H) angeordnet ist.

Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d adurch gekennzeichnet, daß der Gabelkopf (29) in sich federnd ist und in der Bohrung (52) so angeordnet ist, daß er bei Kontakt mit einem Zahn (35) des Stellzahnrades infolge Spreizung an den Innenflächen der .bohrung (32) anliegt.

Positionierungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der jbonrung (32) eine gehärtete Pührungsbülse (33) vorgesehen ist.

Positioiiierungseinrichlnmg nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e ic e η η ζ e i c h η e t, daß der Revolverkopf (11) an einer Montageplatte (13) befestigt i&t,

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die mit dem Stellzahnrad. (14) verbunden ist und daß hydraulische Mittel zum Festlegen der Montageplatte (13) und des Revolverkopfes (11) an einem Lager (36) vorgesehen sind.

6. Positionierun^seinrichtung nach Anspruch 5, dadurch [■: e k e η η ζ e i c h η e t, daß die hydraulischen Mittel eine Hydraulikleitung (41) in einer festgelagerten Spindel (38) aufweisen, um die sich das Stellzahnrad (14) dreht, wobei die Hydraulikleitung (41) in einer Kammer (42) zwischen einen Kopf (39) der Spindel (38) und dem Stellzahnrad (14) mündet und wobei die Kammer (42) eine Grundfläche hat, die durch das Stellzahnrad (14) gegeben ist, so daß bei Druckbeaufschlagung der Kammer (42) das Stellzahnrad (14) mit der Hontageplatte (13) in Kontakt mit dem Lager (36) kommen.

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