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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Streckziehen von Profilen.
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Hintergrund der Erfindung
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Zur Herstellung von Blechformteilen, deren Abmessungen mehr als 50 m2 oder sogar 100 m2 betragen können, wird zum Umformen das Streckziehverfahren angewandt. Vor allem im Flugzeugbau werden häufig mittels dem Streckziehen Spanten oder Streben umgeformt.
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Um mit einer Streckziehmaschine (z. B. Hufford-Streckziehmaschine) verschiedene Profilformen bearbeiten zu können, muss man für jedes Profil jeweils die Spannbacken wechseln, um die Vorrichtung anzupassen. Diese Spannbacken erreichen jedoch ein hohes Gewicht, sodass diese nur mittels eines Transportkrans gewechselt werden können.
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DE 31 12 143 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Einstoßen von Stangen in eine Ziehmatrize. Es ist eine Backe vorgesehen, in der austauschbare Greifteile befestigt sind. Weder die Backe noch die Greifteile weisen eine gebogene Kontaktfläche auf, um gegeneinander beweglich zu sein.
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DE 102 53 346 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbzeugdraht. Es ist ein einzelner Ziehstein vorgesehen, der sich drehen lässt.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Streckziehen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Streckziehen von Profilen geschaffen, die mindestens einen Backeneinsatz und eine Spannbacke aufweist, wobei der mindestens eine Backeneinsatz an der mindestens einen Spannbacke austauschbar befestigt ist, sodass verschiedene Profilformen eingespannt werden können.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Streckziehen von Profilen geschaffen, wobei mindestens ein Backeneinsatz an der Spannbacke austauschbar befestigbar ist, sodass verschiedene Profilformen eingespannt werden können.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Streckziehen von Profilen geschaffen, die mindestens einen erfindungsgemäßen Backeneinsatz und eine erfindungsgemäße Spannbacke aufweist, wobei der mindestens eine Backeneinsatz an der mindestens einen Spannbacke austauschbar befestigbar ist, sodass verschiedene Profilformen eingespannt werden können.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Streckziehen von Profilen geschaffen, wobei ein Backeneinsatz an einer Spannbacke austauschbar befestigt wird, sodass verschiedene Profilformen eingespannt werden können.
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Mit einem austauschbaren Backeneinsatz an einer Spannbacke können mehrere Profilformen eingespannt werden, ohne die Spannbacken oder den Backenkopf aufwendig, z. B. mit einem Kran, austauschen zu müssen. Durch diese einfache Austauschbarkeit mittels der viel leichteren Backeneinsätze können schnellstens verschiedene Profilformen auf der Maschine eingespannt und danach streckgezogen werden.
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Dadurch wird der Umrüstaufwand erheblich reduziert und darüber hinaus können Material und somit Herstellkosten enorm verringert werden, da sonst üblicherweise bei der herkömmlichen Profileinspannung für jedes Profil mit unterschiedlichem Querschnitt ein eigenständiger Spannbackensatz angefertigt werden muss. Beispielsweise werden die bei der A380 der Firma Airbus anfallenden fünf verschiedenen Integralspante anstatt mit fünf verschiedenen Spannbackensätzen nur mit Hilfe von zwei Spannbackensätzen oder weniger hergestellt. Daran wird die erreichte Kosten- und Umrüstzeitersparnis deutlich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht ein vereinfachtes Handling mit den Spannbacken bei streckgezogenen Profilen, insbesondere auf Streckziehmaschinen der Firma Hufford, und baugleiche Streckziehpressen sowie Reckbänke.
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Es ist eine Spannbacke mit flexiblen Backeneinsätzen geschaffen, die flexibel an verschiedene Profile anpassbar ist.
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Bei einem exemplarischen Streckziehprozess werden zuerst die Enden eines Rohprofils in Spannbacken mit Backeneinsätzen eingespannt, die über eine Streckziehmaschine bewegt werden können. Der Umformvorgang besteht darin, dass das Profil durch Zugbeanspruchung bis über die Fließgrenze belastet und im plastischen Zustand der Kontur eines Formwerkzeugs angepasst wird, so zum Beispiel über einen Halbkugelstempel, um die Form eines Flugzeugrumpfes zu erreichen. Durch das Nachfließen des Profilmaterials während des Streckziehens wird eine konstante Profildicke und eine hohe Qualität erreicht.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Backeneinsatzes weist der Backeneinsatz ferner mindestens ein Verbindungselement oder ein Befestigungsmittel zum Befestigen auf, um beispielsweise auf bzw. in der Spannbacke oder direkt auf dem Backenkopf befestigt zu werden. Die Befestigungsmittel können dabei Schraubenverbindungen, Pressverbindungen oder Steckverbindungen sein.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Backeneinsatzes weist das Befestigungsmittel eine schräge Bohrung auf, die korrespondierend zu mindestens einer schrägen Bohrung einer Spannbacke ausgebildet ist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Backeneinsatzes weist der Backeneinsatz mindestens eine Führungsnut oder eine Führungsschiene auf, die im Eingriff mit einer korrespondierenden Führungsnut oder eine Führungsschiene der Spannbacke steht, um den Backeneinsatz bezüglich einer Spannbacke auszurichten.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Backeneinsatzes weist der Backeneinsatz eine den Haftwert erhöhende Oberfläche auf, um ein eingespanntes Profilteil festzuhalten. Die Haftung eines eingespannten Profils wird durch den erhöhten Haftwert erhöht. Die Oberfläche kann dabei aus Haftwert erhöhenden Materialien, wie beispielsweise Gummi, oder aus Haftwert erhöhenden Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise geriffelte Oberflächen, bestehen. Dadurch kann beispielsweise eine zu hohe Presskraft der Spannbacken vermindert werden und dennoch das Profil während des Streckziehens festgehalten werden. Es wird somit das Material des Profils an der Einspannstelle weniger belastet.
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Gemäß der Erfindung weist der Backeneinsatz eine gebogene Kontaktfläche in Richtung der Spannbacke auf, um den Backeneinsatz beweglich zu lagern. Damit kann sich der Backeneinsatz variabel auf verschieden Profilformen einstellen, ohne dass es erforderlich ist, den Backeneinsatz austauschen zu müssen.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Spannbacke kann der Backeneinsatz an einer Spannbacke austauschbar befestigt werden, sodass verschiedene Profilformen eingespannt werden können. Dadurch wird eine enorme Kosten- und Umrüstzeitersparnis erreicht.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Spannbacke ist diese derart beweglich befestigbar, dass sich die Spannbacke an verschiedene Profilformen anpassen kann.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Spannbacke weist diese eine gebogene Kontaktfläche in Richtung des Backeneinsatzes auf, um den Backeneinsatz beweglich zu lagern.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Spannbacke ist diese automatisch bewegbar, um die Spannbacke an eine bestimmte Profilform anzupassen. Beispielsweise kann je nach eingesetztem Material oder ähnlichen Parameter die Einspannkraft variabel eingestellt werden (maschinenbedingt), um somit einen optimalen Halt des zu verformenden Profils zu erhalten.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung umfasst diese einen Backenkopf, in den die mindestens eine Spannbacke derart einsetzbar ist, dass ein Profil aufgenommen und eingespannt werden kann.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist der Backenkopf derart bewegbar ausgeführt ist, dass ein eingespanntes Profil streckgezogen werden kann.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist der Backenkopf automatisch bewegbar ausgeführt, dass eingespannte Profile streckgezogen werden können. Beispielsweise kann anhand von Vorgaben über das zu verformende Profil oder das eingesetzte Material die Streckziehgeschwindigkeit oder der Streckziehweg berechnet und dementsprechend eingestellt werden. Darüber hinaus kann eine Abweichung des Profils während des Streckziehvorgangs gemessen werden und der Streckziehvorgang geregelt werden. Der Backenkopf kann beispielsweise auch durch die Vorgabe der Streckgeschwindigkeit oder der Streckziehkraft gesteuert werden.
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Gemäß dem Verfahren wird ein Backeneinsatz an einer Spannbacke austauschbar befestigt, so dass verschiedene Profilformen eingespannt werden können.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das eingespannte Profil durch Bewegung eines Backenkopfes streckgezogen.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Spannbacke flexibel an ein Profil angepasst.
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Die Ausgestaltungen der Vorrichtung, der Spannbacke sowie des Backeneinsatzes gelten auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren ist somit ein effektiveres und schnelleres Umformen mittels Streckziehens ermöglicht. Der Kostenaufwand für die Spannbacken und dem Backenkopf sind enorm reduziert. Darüber hinaus wird ein erfindungsgemäßes Umformen mittels Streckziehens aufgrund der enormen Zeitersparnis beim Umrüsten deutlich rentabler und effizienter.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Abbildung einer Spannbacke,
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2 eine Abbildung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Spannbacke mit austauschbaren Backeneinsätzen,
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3 eine perspektivische Abbildung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Streckzieh-Maschine,
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4 eine vergrößerte Abbildung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit austauschbaren Backeneinsätzen,
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5 eine schematische Abbildung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Spannbacken mit den Backeneinsätzen,
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6 eine schematische Abbildung eines ersten Teils einer Spannbacke,
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7 eine schematische Abbildung eines weiteren Teils einer Spannbacke mit angebrachtem Backeneinsatz,
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8 eine schematische Abbildung eines weiteren Teils einer Spannbacke,
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9 eine schematische Abbildung eines weiteren Teils einer Spannbacke,
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10 eine schematische Vorder- und Rückansicht eines Backeneinsatzes,
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11 eine schematische Vorder- und Rückansicht eines Backeneinsatzes mit einer eingefrästen Profilform,
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12 eine Abbildung der erfindungsgemäßen Backeneinsätzen von 5.
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13 eine schematische Abbildung einer Spannbacke einschließlich der Verbindungselements,
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14 eine perspektivische Abbildung einer Spannbacke einschließlich der Backeneinsätze mit runden Kontaktflächen,
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15 eine schematische Drauf- und Seitenansicht einer Spannbacke gemäß der Anordnung von 14,
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16 eine Abbildung einer Spannbacke gemäß der Anordnung von 14 und 15,
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17 eine schematische Drauf- und Seitenansicht einer Spannbacke gemäß der Anordnung von 14,
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18 eine schematische Draufsicht einer Spannbacke gemäß der Anordnung von 14.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Abbildung einer Spannbacke 1. Es ist zu erkennen, dass die Spannbacke 1 aus vier Teilen besteht, die exakt eine einzige Profilform 2 einspannen können. Bei einem Profilwechsel müssen die Backen einzeln gewechselt werden. Da diese Spannbacken 1 jeweils 40 kg, also insgesamt 160 kg schwer sind, ist ein Behelfsgerät, beispielsweise ein Kran, notwendig. Diese Vorgehensweise dauert bei jedem Profilwechsel äußerst lange und ist somit sehr kostspielig.
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Gemäß 1 ist die Spannbacke 1 in vier Spannbackenteile aufgeteilt, die zum Beispiel mit einem Befestigungsring zusammen gehalten werden können.
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2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst drei Backeneinsätze 3, 3', die jeweils an einer der Spannbacken 1 austauschbar befestigt sind. Die Spannbacken 1 werden in den Backenkopf 4 eingesetzt, um anschließend das umzuformende Profil (nicht gezeigt) festzuhalten.
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2 macht zudem deutlich, dass mit Hilfe der Backeneinsätze 3 jegliche Formen von Profilteilen eingespannt werden können. Außerdem sieht man, dass die viel kleineren und flexibel austauschbaren Backeneinsätze 3 leicht und schnell demontiert und ausgetauscht werden können.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Streckzieh-Maschine 20, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist. Es wird deutlich, dass an der Maschine 20 der Backenkopf 4 angebracht ist. In diesem Backenkopf 4 sind die Spannbackenteile 1 angebracht. Die Backeneinsätze 3 sind nun in den Spannbacken 1 eingesetzt und sind auf eine Profilform 2 angepasst.
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Anhand 3 kann auch der Streckzieh-Vorgang beschrieben werden. In die Profilform 2 wird ein Profil eingespannt und fixiert. Anschließend fährt die Streckzieh-Maschine den gesamten Backenkopf 4 mitsamt der Spannbacken 1 und der Backeneinsätze 3 nach hinten und zieht somit ein eingespanntes Profil (nicht gezeigt) in die Länge. Wenn die Fließgrenze erreicht ist, befindet sich das Profil in seinem plastischen Zustand. Der plastische Zustand eines Profils zeichnet sich dadurch aus, dass bei Rücknahme der Streckkraft die gegenwärtige Form „plastisch” beibehalten wird. Ist nun also das Profil über die Fließgrenze belastet und somit im plastischen Zustand, wird ein Formwerkzeug verwendet, um das sich im plastischen Zustand befindende Profil in eine gewünschte Form zu verbiegen. Beispielsweise kann ein halbkreisförmiger Formstempel gegen das sich im plastischen Zustand befindende Profil pressen, um somit einen Rumpfhalbquerschnitt zu formen. Dadurch, dass das Profil bis über die Fließgrenze belastet worden ist, erhält man mit der Verformung ein gleichmäßiges Nachfließen des Materials und somit eine konstante Dicke des Profils.
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4 zeigt einen vergrößerten Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Streckziehen von Profilen. Am äußersten Rand wird der Profilkopf 4 sichtbar, in den die Spannbacken 1 eingesetzt werden. Um sich an verschiedene Profilformen angleichen zu können, können an den Spannbacken 1 variable Backeneinsätze 3 befestigt werden. Diese werden beispielsweise über die Befestigungsmittel 5 an die Spannbacken 1 befestigt. Dabei können die Befestigungsmittel 5 Schraubverbindungen, Press- oder Klemmverbindungen sein. In 4 wird ebenfalls die Fläche 7 sichtbar, die durch ihre Oberflächenstruktur den Haftwert vergrößert und somit ein eingespanntes Profil besser in Position halten kann. Dadurch kann beispielsweise eine zu hohe Presskraft der Spannbacken 1 vermindert werden und dennoch das Profil während des Streckziehens material- und kraftschonend festgehalten werden.
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In 5 werden die Spannbacken und die Backeneinsätze schematisch dargestellt. Es wird deutlich, dass durch eine Aufteilung der Spannbacken und der Backeneinsätze 3 jegliche Profilform 2 einspannbar ist. In 5 setzt sich die Vorrichtung zum Einspannen der Profile aus vier Spannbacken, 10, 11, 12, 13 zusammen. Die Spannbacken, 10, 11, 12 und 13 sind dazu ausgebildet, Backeneinsätze 3 aufzunehmen, um somit einfach und schnellstmöglich an verschiedene Profilformen angepasst zu werden. Die Backeneinsätze werden dabei beispielsweise über die Befestigungsmittel 5 mit den Spannbacken 10, 11 und 13 verbunden. Es wird ebenfalls ersichtlich, dass die Spannbacken 10, 11, 12 und 13 zusammen eine sich nach hinten hin konisch verjüngende Form ausbilden können, um beispielsweise in den Backenkopf besser befestigbar zu sein.
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6 zeigt ein erstes Spannbackenteil 10. Auf seiner Innenseite wird das Befestigungsmittel 5 sichtbar, an dem ein Backeneinsatz mit variabler Profilform angebracht werden kann. Um einen Backeneinsatz 3 in einer gewünschten Position ausrichten zu können, sind Führungsnuten 6 bzw. Vertiefungen geschaffen, um somit einen Backeneinsatz in einer definierten Richtung auszurichten. Das Befestigungsmittel 5' dient dazu, die Spannbacke 10 mit dem Backenkopf 4 zu verbinden.
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In 7 wird ein zweites Spannbackenteil 11 dargestellt, in dem ein Backeneinsatz 3 angebracht ist. Dabei wird wiederum das Befestigungsmittel 5 sichtbar, mit dem einfach, über beispielsweise eine Schraube, der Backeneinsatz 3 mit der Spannbacke 11 fixiert werden kann. Die Spannbacken 10, 11, 12, 13 weisen ebenfalls Führungsschienen bzw. Führungszapfen 8 auf, um sich somit gegenseitig definiert auszurichten.
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In 8 ist ein drittes Spannbackenteil 12 dargestellt, mit dessen Befestigungsmittel 5 es an die jeweiligen Spannbackenteile befestigbar ist. An der oberen Kante wird durch seine Kontur die Form 2 des einzuspannenden Profils wiedergegeben.
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9 zeigt ein viertes Spannbackenteil 13, in dem ebenfalls ein Backeneinsatz 3 befestigbar ist. Ebenso weist dieses Spannbackenteil 13 eine schräge Bohrung auf, durch die ein Befestigungsmittel 5 das Spannbackenteil 13 und den Backeneinsatz 3 fixieren kann. Durch die Führungsnut 6, mit welcher der Backeneinsatz 3 ausgerichtet wird, ist es möglich, alleine mit einem einzigen Befestigungsmittel, beispielsweise einer Schraube, den Backeneinsatz 3 zu fixieren und auszurichten. Somit wird ein schnelles und einfaches Austauschen ermöglicht. Außerdem zeigt das vierte Spannbackenteil 13 ebenfalls eine Führungsnut 6, mit der sich das vierte Spannbackenteil 13 mit den anderen Spannbackenteilen 10, 11, 12 durch dessen Führungszapfen 8 gegenseitig justiert und ausrichten kann.
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In 10 ist eine schematische Darstellung der Backeneinsätze 3 gezeigt. In einer Vorderseite des Backeneinsatzes 3 wird der Führungszapfen bzw. die Führungsnut 8 erkennbar, mit der sich der Backeneinsatz 3 an einem Spannbackenteil 10, 11, 12, 13 ausrichten kann. Darüber wird eine Schraube 5, die schräg in einer Bohrung des Backeneinsatzes 3 eingeschraubt ist, deutlich, mit welcher der Backeneinsatz 3 an einem Spannbackenteil 10, 11, 12, 13 befestigbar ist.
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In 11 wird eine weitere Ausführungsform eines Backeneinsatzes 3 dargestellt. Es sind erneut das Befestigungsmittel 5 und der Führungszapfen 8 dargestellt. Darüber hinaus weist diese Ausführungsform des Backeneinsatzes 3 eine an ein Profil anpassbare Form 2 auf. Diese Nut 2 ist die Negativform des einzuspannenden Profils.
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In 12 werden alle drei Backeneinsätze nebeneinander dargestellt. Es wird wiederum das jeweilige Befestigungsmittel 5 dargestellt. Das Befestigungsmittel ist in dieser Ausführungsform eine schräge Bohrung, in der ein Gewinde eingedreht ist, um bei einer Schraubenverbindung die Backeneinsätze 3 an die jeweiligen Spannbacken 10, 11, 12, 13 zu befestigen. Außerdem sind wiederum die Führungszapfen bzw. die Führungsschiene 8 erkennbar, mit der sich die Backeneinsätze definiert ausrichten lassen. In dem oberen Backeneinsatz 3 ist außerdem eine aufgeraute Oberfläche 7 zu erkennen, die den Haftbeiwert des Backeneinsatzes 3 erhöht, um somit mit weniger Presskraft das Profil festhalten zu können.
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13 zeigt zur Verdeutlichung in einer schematischen Abbildung die Verbindungselemente 5, die wie hier im Beispiel einen Backeneinsatz 3 und die Spannbacke 11 miteinander verbindet.
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In 14 bis 17 wird eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei der der Backeneinsatz 3' und die Spannbacke 11 eine runde Kontaktfläche aufweisen. 14 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung. Durch die bogenförmige Kontaktfläche zwischen dem Backenelement 3' und der Spannbacke 11 ist das Backenelement 3' drehbar, bzw. beweglich. Somit kann sich das Backenelement 3' bezüglich verschiedener Profilformen ausrichten. In 15 und 16 wird in einer Draufsicht das Backenelement 3' und die Spannbacke 11 dargestellt. In dieser Ansicht wird besonders die Beweglichkeit des Backenelements 3' deutlich. In 16 wird zudem die profilierte Oberfläche 7 erkennbar, die die Haftung eines Profils erhöht. In 17 und 18 werden in einer schematischen Draufsicht die vier Spannbacken 10, 11, 12 und 13 dargestellt und gezeigt wie die Spannbacken 10, 11, 12 und 13 jeweils ihre Backenelemente 3, 3' halten, um die gewünschte Profilform 2 zu bilden. In zwei weiteren Abbildungen in 17 werden zwei ergänzende Schnittzeichnung dargestellt, die die Verbindungselemente zeigen, welche die jeweiligen Backenelemente mit den Spannbacken verbinden.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
