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Uberlastsicherung für biegsame Antriebs-
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wellen von zahnärztlichen Handstücken
Die Erfindung
betrifft eine Uberlastsicherung für biegsame Antriebswellen von zahnärztlichen Handstücken,
bei der eine mit dem Handstück zu verbindende Abtriebswelle und die biegsame Antriebswelle
über eine Rutschkupplung miteinander im Eingriff stehen, umfassend ein mit der An-
oder der Abtriebswelle drehfest verbundenes Wellenstück, das einen axialen Kupplungsabschnitt
mit einer von der Kreisform abweichenden Umfangslinie aufweist, und eine mit der
jeweils anderen Welle drehfest verbundene, das Wellenstück aufnehmende Buchse, in
welcher Mitnehmerelemente radial beweglich geführt sind, die mittels einer Spanneinrichtung
nachgiebig gegen die Oberfläche des Kupplungsabschnitts des Wellenstücks gedrückt
werden.
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Über biegsame Wellen angetriebene zähnärztliche Handstücke werden
- auch im Zahnlaborbereich - für verschiedenste Anwendungszwecke benutzt. Um die
empfindliche biegsame Welle vor einer Überlastung zu schützen, wird den Handstücken
meistens eine Überlastsicherung vorgeschaltet. Diese Uberlastsicherung verbindet
die biegsame Antriebswelle über eine Rutschkupplung mit einer Abtriebswelle, die
ihrerseits mit dem Handstück gekuppelt werden kann. Wenn das zum Antrieb des Werkzeugs
im Handstück erforderliche Drehmoment das Rutschmoment der Rutschkupplung übersteigt,
löst die Rutschkupplung den Eingriff zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle,
so daß die biegsame Antriebswelle nicht mit einem über das Rutschmoment ansteigenden
Moment belastet wird. Wird das Rustschmoment wieder unterschritten, sollte eine
automatische Wiedereinrastung der Rutschkupplung stattfinden.
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Bei einer bekannten Überlastsicherung der eingangs bezeichneten Art
sind im Kupplungsabschnitt des Wellenstücks gleichmäßig über den Umfang verteilt
drei axial verlaufende und im Querschnitt kreissegmentförmige Ausnehmungen eingebracht,
in denen
als Mitnehmerelemente Walzen liegen. Die Walzen werden
in entsprechenden zur Stirnseite der Buchse offenen Schlitzen in der Buchsenwand
radial beweglich, in Umfangsrichtung jedoch nicht beweglich geführt. Die Spanneinrichtung
wird von einer Schraubenfeder gebildet, die über diesen Kupplungsabschnitt der Buchse
geschoben ist und die Walzen mit einer das Rutschmoment bestimmenden Vorspannung
in ihre zugehörigen Ausnehmungen im Wellenstück drückt.
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Bei der bekannten Überlastsicherung findet zwar nach Auslösen der
Rutschkupplung und einem danach erfolgten Unterschreiten des Rutschmoments automatisch
ein Wiedereinrasten statt. Die von der Feder direkt radial auf die Walzen ausgeübte
Spannkraft ist jedoch nicht einstellbar. Daher können einerseits die Stärke des
Rutschmoments beeinflussende und bei der bekannten Uberlastsicherung unvermeidliche
Abnutzungen nicht kompensiert werden.
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Andererseits ist es auch nicht möglich, die bekannte Uberlastsicherung
für verschieden starke, jeweils ein anderes Rutschmoment benötigende Antriebswellen
zu verwenden. Die fehlende Einstellbarkeit des Rutschmoments steht daher der universellen
Einsatzmöglichkeit der bekannten Überlastsicherung entgegen.
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Bei einer anderen bekannten Überlastsicherung (DT-GM 68 o8 689) bestehen
die beiden in und außer Eingriff bringbaren Teile der Rutschkupplung aus zwei Rastringen,
die an den einander zugekehrten Stirnseiten mit in Axialrichtung ausgebildeten komplementären
Verzahnungen im Eingriff stehen. Der eine der Rastringe ist unverdrehbar aber axial
verschiebbar auf einem Wellenstück befestigt, an das die biegsame Welle angeschlossen
wird.
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Dieser Rastring wird mit Hilfe einer Schraubendruckfeder axial in
Eingriff mit dem anderen Rastring gespannt. Die Spannung der Schraubendruckfeder
ist mit Hilfe eines Stützglieds einstellbar, das auf das Wellenstück aufgeschraubt
ist und an dem sich das andere Ende der Schraubenfeder abstützt. Die Zähne der Verzahnungen
sind trapezförmig ausgebildet, so daß sie bei einem
von der Federspannung
abhängigen Rutschmoment unter axialer Verschiebung des einen Rastrings außer Eingriff
treten und übereinanderrutschen.
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Bei dieser letzten bekannten Überlastsicherung ist zwar sowohl die
Einstellbarkeit des Rutschmoments als auch die automatische Wiedereinrastung vorhanden.
Bei dieser Überlastsicherung weisen die Rastringe jedoch im Bereich ihrer Verzahnungen
einen relativ großen Durchmesser auf, der im Falle einer Überschreitung des Rutschmoments
bei der üblicherweise vorhandenen Antriebsdrehzahl eine sehr hohe Relativgeschwindigkeit
der gegeneinander rutschenden Teile der Rutschkupplung zur Folge hat. Dies wiederum
zieht einen hohen Verschleiß nach sich und erschwert das Wiedereinrasten der Kupplungsteile.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Uberlastsicherung der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß das Rutschmoment leicht einstellbar ist, während
gleichzeitig der bei den Kupplungsteilen der bekannten Überlastsicherungen auftretende
Verschleiß verringert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kupplungsabschnitt
des Wellenstücks ein Mehrkant ist, daß die Mitnehmerelemente Kugeln sind, die in
radialen Bohrungen der Buchse angeordnet sind, und daß die Buchse von einer Spannhülse
umgeben ist, die mit einer konischen Stirnfläche an den Kugeln anliegt und von der
Spanneinrichtung gegenüber der Buchse axial in Richtung auf die Kugeln vorgespannt
wird.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Überlastsicherung kann das Wellenstück
im Bereich des vorzugsweise als Sechskant ausgebildeten Mehrkants einen relativ
geringen mittleren Durchmesser aufweisen, ohne daß die Funktion der Rutschkupplung
dadurch beeinträchtigt würde. Dieser geringe mittlere Durchmesser
führt
bei einer gegebenen maximalen Drehzahl der Antriebswelle zu einer entsprechend geringen
Relativgeschwindigkeit und damit zu einem verminderten Verschleiß, der durch Härten
der Mehrkantflächen und der Kugeln noch weiter verringert werden kann. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform beträgt der mittlere Durchmesser des Mehrkants etwa
6 mm, was bei einer maximalen Drehzahl von 18000 min 1 zu einer Relativgeschwindigkeit
zwischen den Kugeln und dem Mehrkant von etwa 5,65 m/s führt. Dies stellt gegenüber
den Vergleichswerten von etwa 9,42 m/s der bekannten Überlastsicherungen nahezu
eine Halbierung dar. Diese geringere Relativgeschwindigkeit im ausgerückten Zustand
der Rutschkupplung vermindert nicht nur den Verschleiß der aneinander rutschenden
Teile erheblich, sondern stellt darüberhinaus das Wiedereinrasten der Kupplung sicher,
sobald das Rutschmoment wieder unterschritten wird. Die Gefahr, daß das Wiedereinrasten
verzögert oder bei sehr hohen Drehzahlen eventuell überhaupt nicht erfolgt, ist
umso größer, je größer die Relativgeschwindigkeit der aneinander rutschenden Teile
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Buchse an ihrem den Kugeln abgewandten, antriebsseitigen Ende mit einem
starren Anschlußstück der biegsamen Antriebswelle verschraubt ist, während das Wellenstück
mit der Abtriebswelle verschraubt ist.
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Die Spanneinrichtung kann in an sich bekannter Weise eine Schraubendruckfeder
sein, die zwischen dem einen Ende der Spannhülse und einem Anschlag am antriebsseitigen
Ende der Buchse diese umschließend angeordnet ist. Dabei kann der Anschlag eine
auf das Ende der Buchse geschraubte Stützmutter oder Stützscheibe sein, wobei die
Vorspannung der Feder durch Drehen der Stützmutter gegenüber der Buchse einstellbar
ist. In diesem Fall können Buchse und Stützmutter ein Feingewinde aufweisen, dasin
Verbindung mit einer speziellen Federkennlinie eine relativ einfache Verstellung
des Rutschmoments für verschieden starke
biegsame Antriebswellen
zuläßt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß für die im zahntechnischen Bereich
am häufigsten vorkommenden biegsamen Wellen von 4 mm, 5 mm und 6 mm Durchmesser
das für die 4-mm-Welle erforderliche geringste Rutschmoment in einer Bezugsstellung
der Stützmutter eingestellt ist, während sich die Rutschmomente für die 5-mm- und
die 6-mm-Welle durch Drehen der Stützmutter beispielsweise um jeweils eine Umdrehung
oder ein Vordrehen um jeweils 1 mm einstellen lassen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verstellung
der Federspannung zur Anpassung an unterschiedliche Wellendurchmesser durch Zwischenlegen
entsprechend starker Abstandsringe. Bei dieser Ausführungsform ist der Anschlag
ein auf der Buchse axial verschiebbarer Stützring, der sich am Anschlußstück der
Anschlußwelle abstützt.
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Das Wellenstück kann innerhalb der Buchse einen ersten, den Mehrkant
einschließenden axialen Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und antriebsseitig
anschließend einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser aufweisen,
denen Abschnitte größeren bzw. kleineren Innendurchmessers der Buchse entsprechen.
Der Abschnitt kleineren Durchmessers des Wellenstücks bildet einen Führungszapfen,
der drehbar im zugehörigen Abschnitt der Buchse gelagert ist.
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Die Buchse besitzt vorzugsweise am abtriebsseitigen Ende einen Kragen
mit einer zum antriebsseitigen Ende hin konisch abgeschrägten Schulter, in der die
radialen Bohrungen für die Kugel angeordnet sind. Der Außenkonus dieser Schulter
und der Innenkonus der Spannhülse weisen im wesentlichen den gleichen Neigungswinkel
auf.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen überlastsicherung,
und Fig. 2 eine entsprechende Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 weist die Überlastsicherung abtriebsseitig eine sogenannte
Gleitverbindungshülse 1 für den Anschluß eines nicht dargestellten zahnärztlichen
Handstücks auf, das mit Hilfe eines Rasthakens 2 an der Gleitverbindungshülse befestigt
werden kann.
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In die Gleitverbindungshülse ragt die Abtriebswelle 3 mit einem an
ihrem Ende ausgebildeten Flitnehmer 4. Die Gleitverbindungshülse 1 ist mit dem abtriebsseitigen
Ende eines ersten im wesentlichen zylindrischen Gehäuseteils 5 für die Rutschkupplung
verschraubt. Auf das antriebsseitige Ende des ersten Gehäuseteils 5 ist ein zweites,
ebenfalls im wesentlichen zylindrisches Gehäuseteil 6 aufgeschraubt. Durch die äußere
Stirnöffnung des zweiten Gehäuseteils 6 ist das abtriebsseitige Ende einer biegsamen
Antriebswelle 7 in die Uberlastsicherung hineingeführt. Das antriebsseitige Ende
der Antriebswelle 7 ist mit einem nicht dargestellten Motor verbunden. Innerhalb
des zweiten Gehäuseteils 6 ist die Antriebswelle 7 an einem starren Anschlußstück
8 befestigt, z.B. verlötet. Das Anschlußstück 8 besitzt auf seiner der Antriebswelle
7 abgekehrten Stirnseite eine Gewindebohrung 9, die auf einen Gewindeansatz 10 einer
noch erläuterten Buchse 11 aufgeschraubt ist. Damit steht die Buchse 11 in drehfestem
Eingriff mit der Antriebswelle 7. Zur Lagerung der Buchse innerhalb des ersten Gehäuseteils
5 besitzt die Buchse 11 anschließend an den Gewindeansatz 10 einen Lageransatz 12,
auf den der Innenring eines Kugellagers 18 aufgeschoben ist. Der Außenring des Kugellagers
liegt an der Innenwand des ersten Gehäuseteils 5 an.
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Der Lageransatz 12 und in seiner Verlängerung der Gewindeansatz 1o
erstrecken sich zentrisch von der antriebsseitigen Stirnseite der Buchse 11. An
der abtriebsseitigen Stirnseite besitzt die
Buchse 11 einen Kragen
13, dessen zur Antriebsseite hin gelegene Schulter 13a konisch ausgebildet ist.
In der Schulter sind gleichmäßig über den Umfang verteilt sechs radial durchgehende
Bohrungen vorgesehen, in denen je eine Kugel 14 radial beweglich geführt ist. Die
Buchse 11 wird von einer Spannhülse 15 umgeben, die auf ihrer dem Kugelring zugewandten
Seite eine konische Stirnfläche 15a aufweist, die mit den Kugeln in Berührung steht.
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Der Neigungswinkel des Innenkonus der Spannhülse 15 entspricht im
wesentlichen demjenigen des Außenkonus der Schulter 13a. Die Spannhülse 15 ist auf
der Buchse 11 verschiebbar. Die axiale Länge der Spannhülse 15 ist geringer als
die der Buchse 11.
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Zwischen dem antriebsseitigen Ende der Spannhülse 15 und dem antriebsseitigen
Ende der Buchse 11 bzw. der Stelle, an der die Buchse 11 unter Verringerung ihres
Durchmessers in den Lageransatz 12 übergeht, befindet sich eine Schraubendruckfeder
16. Die Schraubendruckfeder 16 stützt sich antriebsseitig an einem Stützring 17
ab, der im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist und seinerseits mit dem Fuß am Innenring
des Kugellagers 18 anliegt.
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Zwischen die Spannhülse 15 und die Schraubendruckfeder 16 kann ein
Abstandsring 19 zur Einstellung der Spannung der Feder 16 eingefügt sein.
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Die Feder 16 drückt die Spannhülse 15 in den Figuren nach links gegen
die Kugeln 14. Infolge der geneigten Stirnfläche 1Sa der Spannhülse 15 und der Kugelform
der Kugeln 14 ergibt sich dabei eine die Kugeln 14 radial nach innen drückende Kraftkomponente.
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Innerhalb der Buchse 11 ist ein Wellenstück 20 einerseits gegenüber
der Buchse 11 drehbar und andererseits mit der Abtriebswelle 3 drehfest verbunden
angeordnet. Im Bereich der Kugeln 14 ist das Wellenstück 20 als Sechskant 21 ausgebildet,
wobei die Kugeln 14 so über den Umfang der Buchse 11 verteilt sind, daß sie im Normalzustand
je gegen eine der Sechskantflächen gedrückt werden.
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Das Wellenstück 20 besitzt in seiner abtriebsseitigen Stirnfläche
eine
Gewindebohrung 22, in die ein Gewindeansatz der Abtriebswelle 3 eingschraubt ist.
Vor diesem Gewindeansatz trägt die Abtriebswelle ein zweites Kugellager 23, dessen
Außenring wieder am ersten Gehäuseteil 5 anliegt. Zur Antriebsseite hin ist das
Wellenstück 20 mit einem Führungszapfen 28 versehen, der in einer entsprechenden
Führungsausnehmung 24 der Buchse 11 gelagert ist. Es braucht nicht betont zu werden,
daß die Gewindebohrungen 9 und 22, die jeweiligen Gewindeansätze sowie der Führungszapfen
koaxial zur Drehachse liegen.
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Bei einer Drehung der Antriebswelle 7 und der damit verbundenen Drehung
der Buchse 11 nehmen die Kugeln 14 das Wellenstück 20 mit, so daß die Drehung auf
die Abtriebswelle 3 übertragen wird.
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Übersteigt das Drehmoment an der Abtriebswelle 3 ein bestimmtes Rutschmoment,
dann drehen sich die Kugeln unter ständiger radialer Bewegung über den Sechskant
21 hinweg, ohne diesen mitzunehmen. Die Größe des Rutschmoments hängt von der Kraft
ab, mit der die Feder 16 die Spannhülse 15 gegen die Kugeln 14 drückt und kann gemäß
der Ausführungsform von Fig. 1 durch einen entsprechend dünnen oder dicken Abstandsring
19 eingestellt werden.
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Diese Einstellung ist sehr einfach, da lediglich das zweite Gehäuseteil
6 und dann das Anschlußstück 8 abgeschraubt zu werden brauchen. Danach können das
Kugellager 18, der Stützring 17 und die Feder 16 ohne weiteres von der Buchse 11
abgezogen werden und der Abstandsring 19 entfernt oder durch einen anderen ausgewechselt
werden.
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Infolge der radialen Kraftübertragung von den Kugeln 14 auf den Sechskant
21 kann diese Kraftübertragung in einen Bereich geringen Durchmessers verlegt werden,
was bei vorgegebener Antriebsdrehzahl zu einer geringen Relativgeschwindigkeit zwischen
den Kugeln 14 einerseits und den Sechskantflächen andererseits führt, nachdem die
Rutschkupplung ausgerückt ist. Diese geringe
Relativgeschwindigkeit
reduziert in Verbindung mit gehärteten Kugel- und Sechskantflächen die Abnutzung
auf ein vernachlässigbares Ausmaß. Darüberhinaus erhöht die geringe Relativgeschwindigkeit
auch bei extrem hohen Drehzahlen die Sicherheit des Wiedereingreifens der Kupplungsteile
nach Unterschreiten des Rutschmoments.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist es besonders leicht möglich,
die Uberlastsicherung auf verschiedene Rutschmomente, beispielsweise für 4-mm-,
5-mm- oder 6-mm-Antriebswellen einzustellen. Die Feder 16 kann beispielsweise so
ausgelegt sein, daß bei fehlendem Abstandsring 19 gerade das Rutschmoment für die
schwächste Welle, die 4-mm-Welle, eingestellt ist. Zur Erhöhung des Rutschmoments
für stärkere Wellen brauchen dann nur auf die schon beschriebene Weise entsprechende
Abstandsringe 19 eingesetzt zu werden. Wenn nach dem Einsetzen des jeweiligen Abstandsrings
das Ansatzstück 8 bis zum Anschlag auf den Gewindeansatz lo der Buchse 11 aufgeschraubt
wird, d.h. bis der Stützring 17 zwischen der antriebsseitigen Schulter der Buchse
11 und dem Innenring des Lagers18 eingeklemmt wurde, dann ist das gewünschte Rutschmoment
eingestellt. Diese Arbeit kann ohne Gefahr einer Fehleinstellung ausgeführt werden,
ohne daß besondere Kenntnisse erforderlich wären.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Überlastsicherung, die
im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 1 entspricht und sich nur hinsichtlich
der Einstellung der Spannung der Schraubenfeder 16 unterscheidet. Gleiche Teile
sind in den Fig. 1 und 2 mit derselben Bezugszahl bezeichnet. Wegen des grundsätzlich
gleichen Aufbaus und der gleichen Wirkungsweise werden im folgenden nur die Unterschiede
erläutert, die die Ausführungsform von Fig. 2 auszeichnen.
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Anstelle der diskontinuierlichen Einstellung der Federspannung mit
Ililfe von Abstandsringen bei der Ausführunsform gemäß Eiq. 1 ist bei Fig. 2 eine
kontinuierliche Einstellung mit Hilfe einer Feingewindestützmutter vorgesehen. Wie
aus Fig. 2 erkennbar, besitzt die Buchse 11' im Bereich des antriebsseitigen Endes
der Schraubenfeder 16 einen Abschnitt 25 geringeren Außendurchmessers, der mit einem
Feingewinde versehen ist und auf den eine Stützmutter 26 aufgeschraubt ist. Der
Außendurchmesser der Stützmutter 26 entspricht etwa dem Außendurchmesser der Buchse
11' im Bereich der Spannhülse 15. Am antriebsseitigen Ende besitzt die Stützmutter
26 einen radial abstehenden Kragen 26a, an dem sich die Feder 16 abstützt. Eine
Verdrehung der Stützmutter 26 gegenüber der Buchse 11' bewirkt zugleich eine Axialverschiebung
und damit - je nach Richtung - eine Verstärkung oder Schwächung der Federspannung.
Durch Abstimmung der Gewindesteigung und der Federkennlinie ist es auch in diesem
Fall möglich, eine relativ fehlerfreie Einstellbarkeit zu gewährleisten. So kann
die Feder so ausgewählt werden, daß bei Einstellung der Stützmutter 26 am äußersten
antriebsseitigen Ende das für die schwächste Welle erwünschte Rutschmoment eingestellt
ist. Die Einstellung der größeren Rutschmomente für die stärkeren Wellen könnte
dann beispielsweise durch jeweils eine volle Umdrehung der Stützmutter 26 oder durch
eine zu einer Axialverschiebung von jeweis 1 mm führende Drehung erfolgen.
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L e e r s e i t e