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Die Erfindung betrifft ein Spannmittel zum Verspannen von Teilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Verspannen von Teilen.
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In der Flugzeugmontage werden regelmäßig Bohrschablonen eingesetzt. Beispielsweise sei die Flügelrumpfmontage genannt, in der die Flügel mit Flanschen eines rumpfseitigen Flügelkastens aufwändig vernietet werden. Die Bohrschablonen definieren zum einen ein Bohrmuster. Zum anderen geben sie eine Bohr- bzw. Nietreihenfolge vor. Zur Positionierung der Bohrschablonen werden meistens einhändig zu bedienende Spannmittel mit einem Spreizdorn eingesetzt. Die Spreizdorne werden durch sich durch die Bauteile und die Schablone erstreckende Bohrungen geführt und dann aufgespreizt. Nachteilig an diesen Spannmitteln sind jedoch ihre kleinen Klemmflächen, wodurch bei weichen Bauteilmaterialien wie beispielsweise Aluminium die Bauteile im Oberflächenbereich der Bohrungen beschädigt werden. Zudem ist ein derartiges Spannmittel nur bei einem bestimmten Bohrungsdurchmesser einsetzbar, so dass mehrere Spannmittel erforderlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spannmittel zum Verspannen von Teilen zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine Verwendung bei endbearbeiteten Bohrungen ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein teileschonendes Verfahren zum Verspannen von Teilen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Spannmittel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Ein erfindungsgemäßes Spannmittel zum Verspannen von Teilen hat einen Stift zum Führen durch eine durch die Teile gehende Öffnung. Erfindungsgemäß hat der Stift ein Kippelement mit zumindest einer Klemmfläche, das zur Stiftlängsachse verschwenkbar ist. Zudem ist erfindungsgemäß an dem Stift ein Spannkörper mit zumindest einer Spannfläche gelagert, der relativ zum Kippelement verfahrbar ist.
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Das erfindungsgemäße Spannmittel erlaubt eine Einhandbedienung und somit eine schnelle und einfache Montage sowie Demontage. Die zumindest eine Klemmfläche kann durch die Verschwenkbarkeit des Kippelements eine Flächengröße haben, die wesentlicher größer als eine Querschnittsfläche der Öffnung wie einer Bohrung ist, so dass in Kombination mit der zumindest einen Spannfläche eine kleine Flächenpressung und somit eine teileschonende Verspannung erfolgt. Beschädigungen weicher Teileoberflächen wie Aluminium werden verhindert. Somit kann das Spannmittel bei endbearbeiteten Bohrungen wie bereits fertig geriebenen Bohrungen eingesetzt werden. Die Flächengröße der zumindest einen Klemmfläche ist quasi unabhängig von der Querschnittsfläche der Öffnung wählbar. Durch die Verschwenkbarkeit des Kippelements kann das Spannmittels zudem bei einer Vielzahl von Öffnungsgrößen bzw. Öffnungsdurchmessern eingesetzt werden, so dass mit einem Spannmittel mehrere Öffnungsdurchmesser abgedeckt werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Spannmittel durch die Verschwenkbarkeit des Kippelements bei Teilen eingesetzt werden, deren Teileoberflächen nicht parallel zueinander verlaufen, da Schräg- bzw. Winkelstellungen der Teileoberflächen durch das Kippelement ausgeglichen werden können. Je nach dem relativen Verfahrweg des Spannkörpers zum Kippelement können zudem sowohl dünne als auch dicke Teile miteinander verspannt werden.
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Um das Einführen des Stiftes in die jeweilige Öffnung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn das Kippelement in seiner Grundstellung in Längsrichtung des Stiftes, insbesondere fluchtend zum Stift, orientiert ist. Vorzugweise wird das Kippelement vollumfänglich in dem Stift aufgenommen, so dass des Kippelement mit keinem Körperbereich seitlich, d.h. quer zur Montage und Demontagerichtung, über den Stift hervorsteht, und somit der Außenumfang des Stiftes den minimalen Öffnungsdurchmesser definiert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kippelement durch Schwerkraft aus seiner Grundstellung in seine Arbeitsstellung überführbar. Hierdurch kann auf eine aufwändige Mechanik mit beispielsweise Federelementen verzichtet werden. Allerdings ist zum Ausklappen des Kippelements eine bestimmte Orientierung des Spannmittels im Raum notwendig. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Kippelement jedoch in seine Arbeitsstellung federvorgespannt, so dass unabhängig von der Ausrichtung des Spannmittels das Kippelement ausgeklappt wird. Die Vorspannung kann beispielsweise über eine Blattfeder oder eine auf der Kippachse angeordneten Drehfeder erfolgen. Die Vorspannung kann dabei derart sein, dass das Spanmittel nur um einen kleinen Winkelbereich aus einer Grundstellung in Richtung seiner Arbeitsstellung verschwenkt wird, so dass beim Versuch, den Stift aus der Öffnung zu entnehmen, das Kippelement mit einem Körperabschnitt auf die ihm zugewandte Teilfläche aufläuft und hierdurch weiter verschwenkt wird. Alternativ kann die Vorspannung jedoch auch derart sein, dass das Kippelement vollständig in die Arbeitsstellung verschwenkt wird. Um das Einführen des Stiftes gegen die jeweilige Vorspannkraft in die Öffnung zu erleichtern, kann das Spannmittel ein Sicherungselement zur Sicherung des Kippelements in seiner Grundstellung aufweisen.
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Zur Aktivierung durch die Schwerkraft kann das Kippelement zwei Arme mit unterschiedlichen Massen haben, zwischen denen eine Kippachse verläuft. Die unterschiedlichen Massen können bspw. durch eine Versetzung der Kippachse aus einer Mittellage zwischen den Armen eingestellt werden, so dass die Arme unterschiedlich lang sind. Ebenso kann ein Arm mit einem Zusatzgewicht versehen sein, so dass die Arme bei gleicher Länge unterschiedliche Massen aufweisen. Zu beachten ist, dass zur Betätigung des Kippelements per Schwerkraft die Kippachse nicht durch den Schwerpunkt des Kippelements verläuft.
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Zur Optimierung des Kraftflusses im Bereich des Kippelements ist es vorteilhaft, wenn die Arme mit jeweils einer Klemmfläche versehen sind. Hierdurch sind die Klemmflächen in der Arbeitsstellung bezogen auf die Bohrung diametral gegenüberliegend angeordnet und der Kraftfluss kann sich entlang der Längsachse des Stiftes ausbreiten.
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Zur weiteren Optimierung des Kraftflusses im Bereich des Kippelements ist es vorteilhaft, wenn das Kippelement in einem Gabelabschnitt des Stiftes angeordnet ist. Hierdurch ist das Kippelement beidseits geführt, wodurch Verwindungen des Stifts zumindest im Bereich des Gabelabschnitts verhindert werden.
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Zur Optimierung des Kraftflusses im Bereich des Spannkörpers ist es vorteilhaft, wenn der Spannkörper einen Abschnitt des Stiftes umgreift und die Spannfläche eine Ringfläche ist. Dabei kann die Ringfläche durchgehend ausgebildet sein oder aus einzelnen Ringsegmenten bestehen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel steht der Spannkörper im Gewindeeingriff mit dem Stift. Durch den Gewindeeingriff können große Spannkräfte übertragen werden. Je nach Ausbildung des Gewindeeingriffs können die Spannkräfte zudem sehr exakt eingestellt werden. Zudem ermöglicht der Gewindeeingriff eine einfache Verstellung des Spannkörpers und eine sichere Lagefixierung desselben in seiner Spannstellung.
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Zum Zurückstellen des Kippelementes aus seiner Arbeitsstellung kann ein ausrückbarer Stößel vorgesehen sein. Der Stößel ermöglicht eine Entnahme des Spannmittels aus der Öffnung von vorne und erleichtert somit wesentlich die Handhabung. Ein Umgreifen der Teile zum manuellen Einklappen des Kippelements auf der Teilrückseite ist nicht notwendig.
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Um eine Behinderung des Kippelementes beim Übergang von der Grundstellung in die Arbeitsstellung durch den Stößel zu verhindern, kann der Stößel in seine Grundposition vorgespannt sein.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel steht der Spannkörper im Schiebeeingriff mit dem Stift und ist in Richtung des Kippelementes vorgespannt. Hierdurch wird ein schnelles Einspannen mit einer definierten Klemmkraft ermöglicht. Vorzugsweise wird dieses Ausführungsbeispiel bei kleinen Klemmkräften eingesetzt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verspannen von zwei Teilen werden zuerst die Teile zueinander positioniert. Dann wird ein Stift eines Spannmittels in eine sich durch die Teile erstreckende Öffnung eingeführt, an dem (Stift) ein Kippelement und ein Spannkörper verfahrbar zueinander gelagert sind. Danach wird das Kippelements in seine Arbeitsstellung überführt. Dann wird der Spannkörpers in seine Spannstellung derart überführt, dass die Teile zwischen dem Kippelement und dem Spannkörper eingespannt werden. Das Verfahren ermöglicht eine teileschonende, schnelle, einfache sowie sichere Einspannung der Teile.
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Zum Lösen der Verspannung kann der Spannkörper in eine Gegenrichtung bewegt und dann das Kippelement zurück in seine Grundstellung überführt werden.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Spannmittels mit einem Kippelement in Grundstellung,
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2 eine Seitenansicht des Spannmittels mit dem Kippelement in Grundstellung,
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3 eine Frontansicht des Spannmittels mit dem Kippelement in Arbeitsstellung,
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4 eine Seitenansicht des Spannmittels mit dem Kippelement in Arbeitsstellung,
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5 eine Frontansicht des Spannmittels mit einem Spannkörper in Spannstellung,
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6 eine Seitenansicht des Spannmittels mit dem Spannkörper in Spannstellung,
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7 eine Frontansicht des Spannmittels beim Zurückstellen des Kippelementes aus der Arbeitsstellung in die Grundstellung, und
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8 eine Seitenansicht des Spannmittels beim Zurückstellen des Kippelementes aus der Arbeitsstellung in die Grundstellung.
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In den 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Spannmittel 1 zum Verspannen von zumindest zwei Teilen gezeigt. Dabei wird unter dem Begriff „Teil“ im Sinne der Erfindung ein Bauteil eines zu montierenden Objektes wie ein Flügel eines Flugzeugs, ein Werkstück, ein Werkzeug wie eine Bohr- oder Nietschablone und dergleichen verstanden. Beispielsweise wird das Spannmittel zum lösbaren Anordnen einer Bohrschablone an einem Flügelabschnitt verwendet, der sich in Überlappung mit einem Flansch eines Flügelkastens befindet. Das Spannmittel 1 ist tragbar und erlaubt eine Einhandbedienung. Es hat einen Stift 2, ein Kippelement 4, einen Spannkörper 6 und einen in 3 gezeigten Stößel 8.
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Der Stift 2 hat eine zylindrische Form mit einem Kreisquerschnitt. Er weist einen Führungsabschnitt 10 zum Führen und Lagern des Spannkörpers 6 sowie einen Gabelabschnitt 12 zur Aufnahme bzw. Lagerung des Kippelementes 4 auf.
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Der Führungsabschnitt 10 ist vorzugsweise in Form einer Spindel mit einem Außengewinde versehen.
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Der Gabelabschnitt 12 wird zum Verspannen in eine sich durch die Teile erstreckende Öffnung wie eine Bohrung geführt und weist zwei in Querrichtung des Stiftes 2 voneinander beabstandete Schenkel 14, 16 auf, die in Längsrichtung des Stiftes 2 orientiert sind und zwischen denen sich eine stirnseitige Grundfläche 18 erstreckt. Kopfseitig sind die Schenkel 14, 16 mit jeweils einer nicht bezifferten Achsbohrung zur Aufnahme einer in 2 gezeigten Kippachse 20 für das Kippelement 4 versehen.
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Zudem ist in dem Stift eine nicht gezeigte Innenführung zur Aufnahme des Stößels 8 integriert, die sich koaxial zum Stift 2 durch den Führungsabschnitt 10 erstreckt und endseitig aus der Grundfläche 18 heraustritt.
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Das Kippelement 4 ist stangenartig ausgebildet und verschwenkbar zur Stiftlängsachse zwischen den Schenkeln 14, 16 auf der Kippachse 20 gelagert. Es hat zwei Arme 22, 24, die sich seitlich der Kippachse 20 erstrecken und jeweils eine in 4 beziffert ebene Klemmfläche 26, 28 zur Anlage an einer Teileoberfläche definieren. Die Form der Klemmflächen 26, 28 richtet sich vorzugsweise nach der Form der Teileoberfläche, so dass die Klemmflächen 26, 28 auch uneben bspw. gekrümmt sein können. Zusätzlich können die Klemmflächen 26, 28 mit einer Beschichtung versehen sein, die weicher als das Material der miteinander zu verspannenden Teile bzw. der Teileoberfläche ist. Die Arme 22, 24 sind vorzugsweise gleich lang ausgebildet. Insbesondere hat das Kippelement 4 eine derartige Außenkontur, dass es in einer in den 1 und 2 gezeigten Grundstellung vollumfänglich in dem Gabelabschnitt 12 zwischen den Schenkeln 14, 16 aufgenommen ist, so dass es mit keinem Körperbereich seitlich, d.h. quer zur Montage und Demontagerichtung, über den Stift 2 hervorsteht.
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Die Verschwenkung des Kippelements 4 aus der Grundstellung in eine in den 3 und 4 gezeigte Arbeitsstellung erfolgt mittels Schwerkraft. Hierzu ist an dem einen der Arme 22, 24, beispielsweise an dem in 1 gezeigten unteren Arm 22 ein nicht skizziertes Zusatzgewicht angeordnet, so dass die Arme bei gleicher Länge unterschiedliche Massen aufweisen. Zur Aufnahme des Stößels 8 in der Grundstellung ist in der Klemmfläche 26 des schweren Arms 22 eine nicht gezeigte Nut bzw. Vertiefung ausgebildet, in die der Stößel 8 vollumfänglich eintauchen kann.
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In der Grundstellung (1 und 2) ist das Kippelement 4 in Längsrichtung des Stiftes 2, insbesondere fluchtend zum Stift 2, orientiert und somit bequem durch die sich durch die Teile erstreckende Bohrung führbar. Dabei taucht der schwere Arm 22 in den Freiraum zwischen Schenkeln 14, 16 ein und der leichte Arm 24 erstreckt sich in Längsrichtung des Stiftes 2 über den Gabelabschnitt 12 hinaus.
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In der Arbeitsstellung (3 und 4) ist das Kippelement 4 zur Längsachse des Stiftes 2 derart verschwenkt, dass die Klemmflächen 26, 28 in Richtung des Spannkörpers 6 orientiert sind. Dabei ermöglicht die Verschwenkung neben einem bequemen Positionieren des Spannmittels 1 in der Bohrung eine Verspannung von schräg zueinander verlaufenden Teileoberflächen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Kippelement 4 um nahezu 180° verschenkt werden, wodurch eine große Flexibilität hinsichtlich der Orientierung des Spannmittels 1 zu den Teileoberflächen und zum Verlauf der Teileoberflächen zueinander erreicht wird. In der in den 3 und 4 gezeigten Arbeitsstellung ist das Kippelement 4 um 90° verschwenkt dargestellt.
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Der Spannkörper 6 ist zum Einstellen eines Abstandes zum Kippelement 4 in Längsrichtung des Stiftes 2 zwischen einer Ruhestellung (bspw. 1 und 2) und einer Spannstellung (5 und 6) relativ zum Kippelement 4 verfahrbar. In der Ruhestellung ist der Abstand zwischen dem Spannkörper 6 und dem Kippelement 4 maximiert und in der Spannstellung ist der Abstand minimiert. Vorzugsweise wird der Abstand über eine Relativdrehung des Spannkörpers 6 zum Stift 2 eingestellt. Hierzu hat der Spannkörper 6 eine tonnenartige Gestalt und umgreift den Führungsabschnitt 10. Er steht mit dem Führungsabschnitt 10 im Gewindeeingriff und weist ein nicht gezeigtes Innengewinde auf, welches mit dem Außengewinde des Führungsabschnitts 10 kämmt. An seiner dem Kippelement 4 zugewandten Seite ist eine als Ringfläche ausgebildete Spannfläche 30 zur Anlage an einer der Teileoberflächen ausgebildet.
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Der in 3 gezeigte ausrückbare Stößel 8 dient zum Rückstellen des Kippelementes 4 aus seiner Arbeitsstellung zurück in seine Grundstellung. Er ist in der Innenführung des Stiftes 2 geführt und ragt mit einem Abschnitt aus der Grundfläche 18 hinaus. Er ist in seine Grundposition federvorgespannt und über Betätigung eines Aktivierungselementes wie ein stirnseitiges Druckelement 32 aus seiner Grundposition in seine Arbeitsposition überführbar. Alternativ kann das Aktivierungselement auch als ein in Längsrichtung des Stiftes 2 verschiebbares Schiebeelement ausgebildet sein. In seiner Grundposition bildet der Stößel 8 einen Drehanschlag für das Kippelement 4, so dass dieses nur durch eine Drehung in eine Richtung aus der Grundstellung in die Arbeitsstellung überführt werden kann. Gemäß den Darstellungen nach den Figuren ist dies eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn (s. insbesondere 2 Pfeilrichtung). Hierdurch wird gewährleistet, dass die Klemmflächen 26, 28 in der Arbeitsstellung stets in Richtung des Spannkörpers 6 und somit in Richtung der Teile orientiert sind. Selbstverständlich kann auch ein andersartiger Drehanschlag vorgesehen sein. Zum Beispiel kann der schwere Arm 22 mit einem seitlichen Vorsprung versehen sein, der in der Grundstellung an dem Gabelanschlag 12 anliegt. Ebenso kann der Gabelabschnitt 12 mit einem die Arme 22, 24 verbindenden Steg versehen sein, an dem der schwere Arm 22 in der Grundstellung anliegt. Wenn kein Drehanschlag vorgesehen ist und somit in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Stößel 8 nicht als Drehanschlag wirkt, kann das Kippelement 4 frei um 360° rotieren. Dies lässt sich bspw. dadurch realisieren, dass sich die in der Klemmfläche 26 ausgebildete Vertiefung quer durch den schweren Arm 22 erstreckt.
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In seiner Arbeitsposition wird der Stößel 8 mit seinem Kopfabschnitt gegen die Klemmfläche 28 des leichten Arms 22 gedrückt, wodurch das Kippelement 4 mit einer Drehkraft im Uhrzeigersinn beaufschlagt und um die Kippachse 20 zurück in seine Grundstellung verschwenkt wird. Um das Kippelement mit einer minimalen Kraft zurück in seine Grundstellung verschwenken zu können, ist der Stößel 8 derart in der Innenführung geführt sein, dass er, wie in 8 gezeigt, in seiner Arbeitsposition mit seinem Kopfabschnitt von der Stiftlängsachse weg verschwenkt wird, so dass sein Querabstand zur Kippachse 20 vergrößert wird und der Stößel 8 weiter außen am Arm 24 angreift.
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Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verspannen von zwei Teilen unter Verwendung zumindest eines erfindungsgemäßen Spannmittels 1 beschrieben:
Zuerst werden die Teile zueinander positioniert. Die Teile sind beispielsweise ein mit einem Bohrmuster zu versehenes Bauteil und eine Bohrschablone. Die Teile können jedoch auch zwei und mehr Bauteile sowie eine Bohrschablone sein, die mit einem einheitlichen Bohrmuster und dgl. zu versehen sind. Ebenso können die Teile miteinander zu verbindende Werkstücke sein, die während Herstellung ihrer Verbindung mit zumindest einem der erfindungsgemäßen Spannmittel 1 miteinander verspannt werden.
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Das Kippelement 4 befindet sich in seiner Grundstellung und der Spannkörper befindet sich in seiner Ruhestellung (1 und 2). Das Kippelement 4 ist somit fluchtend zum Stift 2 orientiert und der Abstand zwischen dem Kippelement 4 und dem Spannkörper 4 ist maximiert bzw. nahezu maximiert.
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Nach dem Positionieren der Teile zueinander wird das Spannmittel 1 mit seinem Stift 2 in eine sich durch die Teile erstreckende Bohrung eingeführt. Nach dem Durchführen des Stiftes 2 wird das Kippelement 4 in seine Arbeitsstellung überführt (3 und 4). Hierzu wird das Spannmittel 1 derart im Raum ausgerichtet bzw. um seine Längsachse verdreht, dass das Kippelement 4 selbsttätig unter Einwirkung der Schwerkraft um die Kippachse 20 verdreht wird und die Arme 22, 24 ausklappen.
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Nach dem Überführen des Kippelements 4 in seine Arbeitsstellung wird der Spannkörper 6 aus seiner Ruhestellung in seine Spannstellung gebracht (5 und 6). Hierzu wird er mittels des Gewindeeingriffes in Richtung des Kippelementes 4 bewegt und somit der Abstand zum Kippelement 4 verkleinert, bis die Teile zwischen den Klemmflächen 26, 28 und der Spannfläche 30 mit einer definierten Spannkraft eingespannt sind. Die Klemmflächen 26, 28 und die Spannfläche 30 liegen nun an den zueinander entgegengesetzten Teileoberflächen der Teile an und die Teile sind sicher miteinander verspannt.
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Zum Lösen der Verspannung wird der Spannkörper 6 aus seiner Spannstellung zurück in seine Ruhstellung überführt. Der Spannkörper 6 wird in eine Gegenrichtung gedreht und der Abstand zum Kippelement 4 vergrößert sich. Nach ausreichender Beabstandung wird das Kippelement 4 durch Betätigen des Stößels 8 aus seiner Arbeitsstellung zurück in seine Grundstellung überführt (7 und 8). Das Kippelement 4 ist nun wieder fluchtend zum Stift 2 orientiert und dieser kann aus der Bohrung herausgeführt werden.
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Offenbart sind ein Spannmittel zum Verspannen von Teilen, mit einem Stift zum Führen durch eine durch die Teile gehende Öffnung, wobei der Stift ein Kippelement mit zumindest einer Klemmfläche hat, das zur Stiftlängsachse verschwenkbar ist, und wobei an dem Stift ein Spannkörper mit einer Spannfläche gelagert ist, der relativ zum Kippelement verfahrbar ist, sowie ein Verfahren zum Verspannen von Teilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannmittel
- 2
- Stift
- 4
- Kippelement
- 6
- Spannkörper
- 8
- Stößel
- 10
- Führungsabschnitt
- 12
- Gabelabschnitt
- 14
- Schenkel
- 16
- Schenkel
- 18
- Grund
- 20
- Kippachse
- 22
- Arm
- 24
- Arm
- 26
- Klemmfläche
- 28
- Klemmfläche
- 30
- Spannfläche
- 32
- Druckelement
