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Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft insbesondere ein Spannelement für eine Spannvorrichtung, sowie eine entsprechende Spannvorrichtung.
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Es sind Spannvorrichtungen für Werkstücke bekannt, welche über ihren Umfang verteilt mehrere Spannbacken aufweisen, welche zum Ausgleich von Unebenheiten eines einzuspannenden Werkstücks jeweils durch eine in Axialrichtung verlaufende Drehachse drehbar gelagert sind. Dadurch können die Spannbacken beim Einspannen eines Werkstücks Unebenheiten durch eine Verdrehung um die Drehachse ausgleichen. Allerdings ist die konstruktive Umsetzung um eine Drehachse drehbar gelagerter Spannbacken vergleichswiese aufwendig.
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Ferner sind, beispielsweise aus der
DE 10 2011 052 741 A1 , Spannelemente in Form von Spannhülsen bekannt, welche über einen Umfang verteilt durch Schlitze festgelegte, und durch Schlitze voneinander beabstandete Spannhülsensegmente aufweisen. Solche Spannhülsen können Unrundheiten und Unebenheiten nur in Beschränkten Umfang ausgleichen.
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Aus der
DE 20 2011 050 998 U1 ist ein Spannelement für eine Spannvorrichtung bekannt, welche eine oder mehrere in einer axialen Richtung des Spannelements verlaufende und ein geschlossenes Ende aufweisende Schlitze umfasst, wobei das geschlossenen Ende des Schlitzes eine zumindest abschnittsweise ebene Endbegrenzung aufweist.
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Die
DE 198 27 109 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Bauteilen bei dem eines der Bauteile durch radiale Druckkräfte derart elastisch verformt wird, dass die beiden Bauteile ineinandersteckbar sind, und dann eine Druckverbindung hergestellt wird, indem das verformte Bauteil durch Verringerung bzw. Aufhebung der radialen Druckkräfte elastisch rückverformt wird. Bei dem Verfahren wird als elastisch verformbares Bauteil ein Hohlkörper verwendet, der mehrere Aussparungen aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen in ihrem Mittelbereich zu einer wirksamen Umfangskontur hin offen sind, wobei die radialen Druckkräfte auf die der wirksamen Umfangskontur gegenüberliegende Innen- bzw. Außenkontur des Hohlkörpers so ausgeübt werden, dass ihre Wirkungslinien in den Öffnungsbereichen der Aussparungen zu der wirksamen Umfangskontur liegen.
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Die
DE 296 12 743 U1 beschreibt ein Spannfutter mit einem Futterkörper, einer darin vorgesehenen konischen Aufnahme für eine Spannzange, einer die Spannzange übergreifenden Zughülse und mit einer am Futterkörper angeordneten mit der Zughülse verschraubbaren Anzugsmutter (8). Der Futterkörper ist radial von einer Bohrung durchsetzt, mit welcher Öffnungen in der Anzugsmutter fluchten. In der Bohrung sind Klemmstücke radial verschiebbar, die bei Verschiebung in der einen Richtung die Zughülse und die Anzugsmutter spannen und bei Verschiebung in der anderen Richtung einen im Futterkörper axial verschiebbar angeordneten Auswerfer gegen die Spannzange in Auswerfrichtung drücken.
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Die
DE 102 44 759 A1 beschreibt ein Spannfutter für z.B. Bohrer, wobei eine Hülse des Spannfutters einen Außenmantel und mehrere Stege aufweisen kann. Die Stege erstrecken sich vom Außenmantel in radialer Richtung nach innen.
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Die
JP 2001/289 376 A beschreibt eine Rohrverbindung zum Verbinden von Rohren.
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Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere sollen ein Spannelement für eine Spannvorrichtung für Werkzeuge und Werkstücke, und eine entsprechende Spannvorrichtung angegeben werden, die gegenüber den bekannten Lösungen einerseits mechanisch vergleichsweise einfach aufgebaut sind und vergleichsweise einfach herstellbar sind, und andererseits eine verbesserte Spannwirkung ermöglichen, beispielsweise durch einen verbesserten Ausgleich von Unebenheiten, beispielsweise Unrundheiten, bei einzuspannenden Werkstücken oder Werkzeugen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale nach Anspruch 1, und ferner die Merkmale nach Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Ansprüchen, und des Weiteren aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Nach einem Aspekt und einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Spannelement für eine Spannvorrichtung vorgesehen, wobei die Spanvorrichtung und das Spannelement dazu ausgebildet sind, Werkzeuge und/oder Werkstücke einzuspannen.
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Nach einem weiteren Aspekt und einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, welche zumindest ein Spannelement entsprechend einer beliebigen, hierin vorgeschlagenen Ausgestaltung umfasst.
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Das Spannelement bzw. die Spannvorrichtung können beispielsweise in Form eines Spanneinsatzes, in Form einer Spannbuchse, oder Spannhülse ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Spannelement bzw. die Spannvorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet zylinderförmige bzw. ring- oder topf-förmige Werkstücke einzuspannen. Beispielsweise kann das Spannelement bzw. die Spannvorrichtung in Dimensionierung und Auslegung dazu eingerichtet sein, Bremstrommeln, z.B. für Zwischen- oder Endfertigungszwecke, einzuspannen.
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Das Spannelement bzw. die Spannvorrichtung kann in Ausgestaltungen so eingerichtet sein, dass ein Werkstück bzw. Werkzeug an oder entlang einer außenliegenden Fläche, beispielsweise einer außenliegenden Umfangsfläche, einspannbar ist. Mit anderen Worten kann die Spannvorrichtung, insbesondere die Spannzungen, so eingerichtet sein, dass eine Spannkraft bzw. eine Spannwirkung dadurch erzeugt wird, dass die Spannfläche zumindest einer Spannzunge in Richtung hin zu einer weiteren Spannfläche bewegt wird. Beispielsweise können die Spannzungen nach Art einer Spannzange ausgebildet sein.
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In Ausgestaltungen kann das Spannelement bzw. die Spanneinrichtung auch so eingerichtet sein, dass ein Werkstück bzw. Werkzeug an einer, bezüglich des Werkstück- bzw. Werkzeugkörpers innenliegenden Fläche, beispielsweise einer innenliegenden Umfangsfläche, einspannbar ist. Mit anderen Worten kann die Spannvorrichtung, insbesondere die Spannzungen, bei dieser Ausgestaltung so eingerichtet sein, dass eine Spannkraft bzw. eine Spannwirkung dadurch erzeugt wird, dass eine Spannfläche zumindest einer Spannzunge in Richtung weg von einer weiteren Spannzunge bewegt wird. Eine Spannwirkung kann insbesondere durch eine Spreizung der Spannzungen bezüglich einer Mittelachse der Spannvorrichtung erreicht werden.
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In Ausgestaltungen umfasst das Spannelement für die Spannvorrichtung eine sich von einem Grundkörper des Spannelements in Axialrichtung erstreckende Spannzunge. Die Spannzunge kann beispielsweise als räumlich gekrümmte, insbesondere räumlich ein- oder mehrfach gekrümmte, Schale oder als entsprechendes Schalenelement ausgebildet sein.
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Die zumindest eine Spannzunge kann in Ausgestaltungen derart ausgebildet sein, dass diese im Rahmen der Erzeugung einer Spann- oder Spreizkraft zum Festlegen eines Werkzeugs oder Werkstücks in der Spannvorrichtung durch Verbiegung und/oder Torsion elastisch verformbar ist. Mithin kann es sich bei der Spannzunge um ein biege- und/oder torsionselastisches Element handeln.
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Der Grundkörper kann beispielsweise als Basiskörper oder Basisabschnitt ausgebildet sein, und z.B. eine ringförmige oder ringschalenförmige Struktur aufweisen. Bevorzugt bilden Grundkörper und die zumindest eine Spannzunge ein einstückiges, integriertes, bzw. monolithisches Bauteil. Jedoch ist im Rahmen der Erfindung auch ein modularer Aufbau denkbar, bei dem Grundkörper und Spannzungen als separate, jedoch miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind.
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Der Grundkörper kann beispielsweise band- oder streifenförmig ausgebildet sein. Im Falle eines hülsen- oder buchsenförmig ausgebildeten Spannelements kann der Grundkörper z.B. als eine ringschalenartige Struktur, insbesondere als Ring- oder Zylinderschale, ausgebildet sein, wobei der Grundkörper als ein um die Axialrichtung umlaufender streifen - oder bandförmiger Ring ausgebildet sein kann.
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Unter der Axialrichtung des Spannelements soll insbesondere eine durch das Spannelement als solches bzw. durch den Grundkörper und den sich davon erstreckenden Spannzungen vorgegebene Richtung, beispielsweise einer Hauptachse, verstanden werden. Im Falle eines ringförmigen Grundkörpers kann die Axialrichtung z.B. durch eine die Ringfläche schneidende Achse, wie insbesondere die durch die Ringflächen-Normale definierte Ringachse, definiert bzw. gegeben sein.
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Im Hinblick auf die Axialrichtung und Erstreckung der Spannzungen sei erwähnt, dass, beispielsweise bei hülsen- oder buchsenförmigen Struktur oder Geometrie des Spannelements, entweder die Längsachse oder die Querachse einer Spannzunge parallel zur Axialrichtung verlaufen kann. Jedoch ist es auch möglich, dass der Verlauf der Spannzungen von einer (streng) parallelen Ausrichtung zur Axialrichtung abweicht. Beispielsweise ist es in Varianten möglich, das die Längs- oder Querachse einer oder mehrerer Spannzungen schräg zur Axialrichtung verläuft, wobei ein Winkel zwischen der Axialrichtung und einer parallel zur Längs- oder Querachse verlaufenden und die Axialrichtung schneidenden Achse beispielsweise im Bereich von ±30° liegen kann. Insbesondere bei entsprechend, gegenüber der Axialrichtung geneigten Spannzungen können in Axialrichtung konisch sich verjüngende bzw. konisch sich erweiternde Geometrien erreicht werden.
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Die Spannzungen können beispielsweise als flächige, d.h. flächig ausgedehnte, in Ausgestaltungen gekrümmte, insbesondere räumlich einfach gekrümmte, vom Grundkörper sich weg erstreckende und mit dem Grundkörper verbundene Ausläufer, Schalen oder Vorsprünge ausgebildet sein. Bevorzugt weisen die Spannzungen eine Länge und Breite auf, die ein Vielfaches der Dicke der Spannzunge betragen. Als Spannzunge als solche kann diese insbesondere dazu vorgesehen sein, eine Spannkraft von beispielsweise einer Spannbacke, beispielsweise als Bestandteil einer Spannzange, auf ein Werkstück oder Werkzeug zu übertragen, wobei die Spannzunge hierzu in jeweils erforderlichen Umfang verformt werden kann so dass Spannflächen der Spannzunge am Werkzeug oder Werkstück anliegen und gegen dieses gepresst werden.
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In Ausgestaltungen umfasst die zumindest eine Spannzunge, bevorzugt jede der vorhandenen Spannzungen, eine zur Einwirkung auf das Werkzeug oder Werkstück, beispielsweise auf einer jeweiligen Spannseite, die hierin auch als Vorderseite bezeichnet wird, ausgebildete Spannfläche, und auf einer der Spannfläche bzw. Vorderseite abgewandten Rückseite der Spannzunge ferner eine, beispielsweise in Normalenrichtung der Rückseite erhöhte, stößelartige Erhebung.
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Die stößelartige Erhebung kann beispielsweise als ein an der Rückseite ausgebildeter Vorsprung, Zapfen, Keil oder ähnliches ausgebildet sein. Die Erhebung kann in Form eines Wulsts, nach Art eines Nockens, Zahns, Zapfens oder einer Zacke, und/oder in Form eines Noppens ausgebildet sein. In Ausgestaltungen kann die Breite der Erhebung <_1/10, vorzugsweise ≤ 1/15, der Breite der Spannzunge betragen.
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Die stößelartige Erhebung umfasst eine, insbesondere an der Rückseite in Normalenrichtung abgesetzt ausgebildete, Anlagefläche zur Anlage an, beispielsweise, eine Wirkfläche eines Spannsegments einer Spannvorrichtung.
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Die Anlagefläche kann beispielsweise derart ausgebildet und geformt sein, dass diese bei einer Spannvorrichtung im ordnungsgemäß montierten Zustand zur Anlage oder in Wirkverbindung gebracht und/oder gekoppelt ist oder werden kann mit einer Wirkfläche des Spannsegments.
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Hierbei soll unter einem Spannsegment insbesondere ein Funktionselement der oder einer Spannvorrichtung verstanden werden durch und über welches auf die Anlagefläche, und damit auf die Spannzunge, im ordnungsgemäß montierten Zustand eine (Spann)Kraft übertragen oder ausgeübt werden kann, durch welche an der Spannzunge eine zum Einspannen eines Werkstücks oder eines Werkzeugs geeignete bzw. eine zum Einspannen führende Verformung erzeugt werden kann. Mithin kann ein Spannsegment als eine Art Übertragungsmechanismus, beispielsweise nach Art eines Hebels, verstanden werden, durch welchen eine zur Erreichung einer Einspannwirkung für ein Werkzeug oder Werkstück erforderliche bzw. geeignete Formänderung der Spannzunge, verursacht beispielsweise durch Biege- und/oder Torsionskräfte, erzeugt werden kann. Ein Spannsegment kann beispielsweise als eine, insbesondere von einem Grundkörper sich axial erstreckende, Backe oder Zunge ausgebildet sein.
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Unter einer stößelartigen Erhebung soll insbesondere verstanden werden eine nach Art und Wirkungsweise eines Stößels wirkende Erhebung, durch welche eine von einem Spannsegment auf die Erhebung übertragene oder in die Erhebung eingeleitete Kraft gewandelt wird in eine über die Spannfläche auf das Werkstück wirkende Spannkraft, so dass das Werkstück oder Werkzeug in oder an der Spannvorrichtung entsprechend eingespannt gehalten bzw. festgelegt ist oder werden kann.
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Die Anlagefläche bzw. Erhebung ist vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass in einem zur Anlage oder für die Kopplung an ein Spannsegment maßgeblichen Bereich die Anlagefläche bzw. Erhebung in lateraler Richtung, d.h. quer zur Erstreckungsrichtung vom Grundkörper, durch einen lateralen Flansch der Spannzunge überkragt wird. Mithin ist die Anlagefläche bzw. Erhebung im jeweils maßgeblichen Bereich lateral vom Rand der Spannzunge beabstandet. Damit ist es insbesondere möglich, dass die Spannzunge in der Spannvorrichtung relativ zu einem Kontaktpunkt, einer Kontaktlinie oder einer Kontaktfläche der Anlagefläche an dem Spannsegment eine Torsionsbewegung ausführen kann. Eine Torsionsachse kann beispielsweise im Bereich der Mittenebene der Spannzunge definiert sein, wobei die Lage der Torsionsachse u.a. durch die Lage der Erhebung und/oder die Verbindung zwischen Grundkörper und Spannzunge festgelegt ist.
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Dadurch dass die Spannzunge in der Spannvorrichtung torsionsgelagert aufgenommen und positioniert werden kann, ist es möglich , dass im eingebauten Zustand bei einer Einwirkung eines Spannsegments auf die Spannzunge, die Spannzunge eine Torsionsbewegung ausführen kann, und so im Bereich der Einwirkung der Spannzunge am Werkstück oder Werkzeug etwa vorhandene Unebenheiten wie beispielsweise Unrundheiten des Werkzeugs oder Werkstücks ausgleichen kann. Die Torsionslagerung der Spannzunge ermöglicht damit, zumindest in gewissem Umfang, einen Toleranzausgleich in dem einzuspannenden Bereich des Werkstücks bzw. Werkzeugs. Ein solcher Torsionsausgleich der Spannzunge ermöglicht gegenüber nicht torsionsgelagerten Spannzungen u.a. ein ordnungsgemäßes Einspannen von Werkzeugen und Werkstücken, die weniger strengen Formtoleranzen unterliegen.
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Es zeigt sich, dass durch den hierin vorgeschlagenen Aufbau der Spannzunge, das Spannelement eine Torsionslagerungsstruktur aufweist, auf Basis welcher das Spannelement in einer Spannvorrichtung torsionsgelagert positioniert und abgestützt werden kann. Durch eine solche Torsionslagerungsstruktur und Torsionslagerung in der Spanneinheit können, wie bereits erwähnt, im Einwirkbereich der Spannzunge am Werkzeug oder Werkstück ggf. vorhandene Unebenheiten und Formabweichungen wie und Unrundheiten usw. durch eine Torsionsbewegung der Spannzunge ausgeglichen werden.
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Mit dem hierin vorgeschlagenen Spannelement, und insbesondere auf Grund der durch die stößelartigen Erhebung ermöglichte Torsionslagerungsstruktur, kann bei vergleichsweise einfacher Konstruktion, dennoch eine vorteilhafte Spannwirkung mit Toleranzausgleich, z.B. für Formabweichungen wie Unrundheiten, erreicht werden.
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In Ausgestaltungen kann die Spannzunge quer zur Axialrichtung, d.h. quer zu der vom Grundkörper ausgehenden Erstreckungsrichtung der Spannzunge, durch beiderseitige, zum Grundkörper hin verlaufende randseitig offene erste Freischnitte begrenzt sein.
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Die ersten Freischnitte können beispielsweise als erste Schlitze ausgebildet sein, wobei die ersten Schlitze an der vom Grundkörper entfernten Seite offen, d.h. randoffen, ausgebildet sein können. Die ersten Schlitze bzw. Freischnitte können im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung ausgebildet sein. Im Falle eines Spannelements mit buchsen- bzw. zylinderförmiger Geometrie können die ersten Freischnitte in bezüglich der Axialrichtung definierten Radial- bzw. Tangentialebenen oder -schichten des Spannelements liegen.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Spannzunge entlang einer quer zur Axialrichtung, d.h. quer zu der vom Grundkörper ausgehenden Erstreckungsrichtung, verlaufenden Fußlinie am Grundkörper festgelegt ist, beispielsweise in einstückiger Ausbildung mit dem Grundkörper. Entsprechend kann die Spannzunge einen am Grundkörper oder im Übergangsbereich zum Grundkörper gelegenen, z.B. stegartig ausgebildeten, Fußbereich oder Fußabschnitt aufweisen, der beispielsweise eine vorgegebene Breite aufweisen kann.
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Bei Ausgestaltungen, in welchen die Spannzunge einen am Grundkörper gelegenen Fußbereich aufweist, kann ferner vorgesehen sein, dass der am Grundkörper gelegene Fußbereich der Spannzunge quer zur Axialrichtung bzw. in Querrichtung, d.h. quer zur Erstreckungsrichtung der Spannzunge vom Grundkörper aus, durch sich in Querrichtung erstreckende zweite Freischnitte begrenzt ist. Vorteilhafter Weise sind die zweiten Freischnitte beiderseitig vorgesehen, und vorzugsweise des Weiteren bezüglich der Mittenachse der Spannzunge symmetrisch zueinander angeordnet. In vorteilhaften Ausgestaltungen kann die Breite des Fußabschnitts in Querrichtung kleiner, insbesondere um mindestens 1/3 kleiner, sein als die in Querrichtung gemessene Breite der Spannzunge außerhalb des Fußbereichs. Ferner kann eine in Radialrichtung gemessene Dicke des Fußabschnittes kleiner sein als seine Breite in Umfangs- oder Querrichtung, insbesondere um einen Faktor von 2 - 5.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die in Radialrichtung gemessene Dicke der Spannzungen entlang der Längsrichtung der Spannzungen variiert. Beispielsweise ist es möglich, Biege- und/oder Torsionsbereiche der Spannzungen, d.h. Bereiche in welchen beim Einspannen, z.B. eines Werkstücks, eine maßgebliche Verbiegung und/oder Verdrehung der Spannzungen durch Torsionskräfte auftritt, in der radialen Dicke entsprechend den jeweiligen Biege- und Torsions-Anforderungen anzupassen. Beispielsweise können Biege- und/oder Torsionsbereiche der Spannzungen dicker oder dünner und/oder mit variierender Dicke im Vergleich zu umgebenden und benachbarten Bereichen ausgebildet sein.
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Die zweiten Freischnitte, z.B. in Form von Schlitzen, können beispielsweise in einer gemeinsamen, bezüglich der Axialrichtung transversal gelegenen Ebene oder Schicht liegen. Vorteilhafter Weise sind die zweiten Freischnitte bezüglich einer parallel zur Erstreckungsrichtung liegenden Zungenachse symmetrisch, bevorzugt spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.
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In Ausgestaltungen können auf gleicher Seite eine Spannzunge gelegene erste und zweite Freischnitte miteinander verschmolzen sein, so dass diese einen durchgehenden, beispielsweise L-förmigen Schlitz bilden, der bevorzugt an dem vom Grundkörper entfernten Ende randoffen ausgebildet ist. Die quer zur Längsrichtung der Freischnitte gemessene Breite kann für die ersten und zweiten Freischnitte gleich gewählt sein.
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Beispielsweise kann jeweils ein erster und zweiter Freischnitt einen zusammenhängenden, L-förmigen, bevorzugt an einem vom Grundkörper abgewandten Ende, einseitig randoffenen Schlitz ausbilden.
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Die Verwendung von Freischnitten, durch welche die Spannzungen definiert sind, bzw. werden, ermöglicht eine vergleichsweise einfache Herstellung der Spannzungen. Ferner können u.a. Eigenschaften der Spannzungen, wie Beispielsweise Federstärke, Torsionsmodul durch entsprechende Wahl, beispielsweise der Form und des Verlaufs, der Freischnitte gezielt verändert bzw. eingestellt werden.
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So ist es beispielsweise möglich, durch die Wahl der in Erstreckungsrichtung vom Grundkörper aus gemessenen Breite der zweiten Freischnitte die entsprechend gemessene Höhe des Fußbereichs bzw. Fußabschnitts der Spannzunge zu wählen oder einzustellen, wodurch, zumindest unter anderem, der Torsionsmodul der Spannzunge bezüglich der Erstreckungsrichtung verändert oder eingestellt werden kann.
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In Ausgestaltungen kann das Spannelement zumindest zwei unmittelbar benachbarte und nebeneinander gelegene, an einander zugewandten Querseiten bevorzugt miteinander fluchtende, Spannzungen aufweisen. Bei solchen Ausgestaltungen können zwei benachbarte Spannzungen durch einen gemeinsamen, zwischen den Spannzungen verlaufenden ersten Freischnitt begrenzt sein, wobei bevorzugt die an einander zugewandten Querseiten der Spannzungen gelegenen zweiten Querschnitte in miteinander fluchtender Anordnung ausgebildet sein können.
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In Varianten ist es möglich, dass die an einander zugewandten Querseiten zweier benachbarter Spannzungen gelegenen zweiten Freischnitte miteinander zu einem durchgehenden, in einer transversalen Ebene oder Schicht gelegenen Schlitz verbunden sind.
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Gemäß weiterer Varianten können für nebeneinander gelegene Spannzungen die miteinander verbundenen bzw. kommunizierenden zweiten Freischnitte mit dem jeweils zugeordneten ersten Freischnitt verbunden, insbesondere kommunizierend verbunden sein.
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In Ausgestaltungen mit zueinander benachbarten Spannzungen können an einander zugewandten Querseiten der Spannzungen ausgebildete erste und zweite Freischnitte einen zusammenhängenden, an dem vom Grundkörper abgewandten Ende bevorzugt randoffenen, T-förmigen Schlitz ausbilden.
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Insbesondere durch die Wahl bzw. Verwendung einer geeigneten Schlitzform, Schlitzgeometrie und/oder Schlitzstruktur kann die Form aneinander angrenzender Spannzungen an einander zugewandten Seiten vergleichsweise einfach festgelegt bzw. definiert und erzeugt werden.
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In Ausgestaltungen kann die Spannzunge bezüglich einer, vorzugsweise mittig, durch die stößelartige Erhebung und einer vom Grundkörper aus in Erstreckungsrichtung der Spannzunge verlaufenden Zungenachse definierten Mittelebene der Spannzunge spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Derartige Spannzungen können, beispielsweise durch eine vergleichsweise konstruktiv einfach umsetzbare T-förmige Schlitzstruktur definiert und erzeugt werden, und ermöglichen insbesondere eine konstruktiv vergleichsweise einfache Implementierung eines Toleranzausgleichs im Bereich der Angriffsflächen der Spannzungen an einem Werkstück bzw. Werkzeug.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Spannfläche der Spannzungen in Normalenrichtung der Vorderseite der Spannzungen abgesetzt ausgebildet ist, und bevorzugt auf zumindest zwei von der Vorderseite vorspringende Verdickungen verteilt ist. Mit anderen Worten, kann die Vorderseite zumindest zwei, voneinander verschiedene und voneinander beabstandete, Verdickungen aufweisen, welche jeweils einen von der Vorderseite in Normalenrichtung abgesetzten Abschnitt aufweisen, in oder an welchem jeweils ein Teil der gesamt wirksamen Spannfläche ausgebildet ist.
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Die Verdickungen können beispielsweise in Form von Materialverdickungen, Vorsprüngen, Auskragungen und dgl. implementiert sein. Bevorzugt sind die Verdickungen an in Querrichtung der Spannzunge randseitig außen gelegenen, und an dem vom Grundkörper abgewandten Ende der Spannzunge ausgebildet. Beispielsweise können die Verdickungen im Bereich der vom Grundkörper abgewandten Spannzungenecken ausgebildet sein. Die Verdickungen und/oder jeweils daran ausgebildete (Teil-)Spannflächen können bezüglich der Mittelebene der Spannzunge symmetrisch zueinander, insbesondere spiegelsymmetrisch zueinander liegen.
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In Ausgestaltungen umfasst jede Spannzunge genau zwei, in Querrichtung vorzugsweise voneinander beabstandete Verdickungen bzw. (Teil-)Spannflächen. Jedoch können auch mehr als zwei Verdickungen bzw. (Teil-)Spannflächen vorhanden sein.
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Insbesondere bei Verwendung abgesetzter (Teil-)Spannflächen kann ein verbesserter Toleranzausgleich erreicht werden, wobei die Verdickungen in Kombination mit der stößelartigen Erhebung der Spannzunge eine Art Wippe ausbilden können. Ferner ermöglicht die Verwendung abgesetzter (Teil-)Spannflächen, beispielsweise durch Variation oder Veränderung der Höhe der Vorsprünge an welchen die Spannflächen ausgebildet sein können, eine Anpassung des jeweils möglichen Toleranzausgleichsvermögens.
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Durch Verwendung von Verdickungen mit abgesetzten (Teil-)Spannflächen können die Spannzungen und damit das Spannelement vergleichsweise einfach an unterschiedliche Anwendungserfordernisse und Anwendungsbereiche angepasst werden.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das Spannelement als Spannbuchse, beispielsweise als Zylinderbuchse, ausgebildet ist, und in Umfangsrichtung mehrere, zumindest jedoch zwei, in einem vorgegebenen, in Umfangsrichtung gemessenen Abstand zueinander angeordnete Spannzungen aufweist, wobei der Grundkörper bevorzugt einen umlaufenden Ringkörper bildet, und weiter bevorzugt in einstückiger Ausbildung mit den Spannzungen gebildet ist.
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Ein entsprechendes Spannelement kann beispielsweise aus einer vollwandigen, zylinderförmigen Hülse oder Buchse hergestellt werden, indem diese beispielsweise mit den weiter oben beschriebenen ersten und zweiten Freischnitten, beispielsweise mit T-förmiger Gestalt, versehen werden, wobei die stößelartige Erhebung und ggf. die abgesetzten Verdickungen in einem oder mehreren weiteren Herstellungsschritten erzeugt werden können.
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In Ausgestaltungen kann das Spannelement derart ausgebildet sein, dass die zumindest eine stößelartige Erhebung an einer in radialer Richtung der Spannbuchse außenliegenden Seite der Spannzungen, und damit des Spannelements, ausgebildet sind. Ferner können die Spannflächen, insbesondere etwaige, auf Verdickungen ausgebildete Teil-Spannflächen, der Spannzungen an einer in radialer Richtung innenliegenden Seite des Spannelements und der Spannzungen ausgebildet sein. Derart ausgebildete Spannelemente eignen sich beispielsweise zum Einspannen von topfförmigen Werkstücken, wie beispielsweise Bremstrommeln und dergleichen.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten Spannzungen und/oder zwischen Grundkörper und Spannzungen verlaufende Freischnitte, insbesondere Schlitze, mit einem gegenüber dem Spannzungenmaterial weichelastischen Material gefüllt sind.
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In Ausgestaltungen betreffend die Spannvorrichtung für Werkzeuge oder Werkstücke kann vorgesehen sein, dass diese einen Haltekörper und/oder einen, insbesondere mit dem Haltekörper verbundenen oder verbindbaren, Spannkörper, beispielsweise in Form einer Spannklaue, mit zumindest einem Spannsegment, beispielsweise in Form einer Backe oder Zunge, umfasst.
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Der Spannkörper kann derart ausgebildet sein, dass darin ein Spannelement, beispielsweise nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung, aufgenommen werden kann. Insbesondere kann das Spannelement, z.B. als innenliegendes Spannelement, in Ausgestaltungen als Spanneinsatz oder Spannhülse in den Spannkörper eingesetzt sein. In weiteren Ausgestaltungen kann das Spannelement, z.B. als außenliegendes Spannelement, als Spannaufsatz auf den Spannkörper aufgesetzt sein.
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Der Spannkörper kann beispielsweise nach Art einer Buchse aufgebaut sein, und in Umfangsrichtung mehrere nebeneinander angeordnete, sich in Axialrichtung der Buchse erstreckende Spannsegmente, z.B. Backen oder Zungen, aufweisen.
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Das in den Spannkörper eingesetzte oder auf den Spannkörper aufgesetzte Spannelement umfasst in der hier maßgeblichen Ausgestaltung mehrere Spannzungen, welche beispielsweise entsprechend einer beliebigen hierin beschriebenen Spannzunge ausgebildet sein können.
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Bevorzugt ist die Anzahl der Spannsegmente mindestens so groß wie die Anzahl der Spannzungen, so dass zumindest jede der Spannzungen durch ein ihr zugeordnetes Spannsegment mit einer zum Einspannen eines Werkstücks oder Werkzeugs erforderlichen Kraft beaufschlagt werden kann.
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In der hier beschriebenen Ausgestaltung der Spannvorrichtung umfasst zumindest eine der Spannzungen, bevorzugt jede der Spannzungen, eine Torsionslagerungsstruktur, welche im eingesetzten Zustand, zumindest beim Betrieb der Spannvorrichtung, in Wirkverbindung mit einer am Spannkörper, beispielsweise an den Spannsegmenten, ausgebildeten, komplementären Torsionslagerungsstruktur ist oder bringbar ist, so dass die, bzw. die zumindest eine Spannzunge bezüglich einer, beispielsweise parallel zur Erstreckungsrichtung der Spannzunge verlaufenden, Torsionsachse in der Spannvorrichtung torsionsgelagert betreibbar ist. Hierbei soll eine torsionsgelagerte Positionierung bzw. Anordnung der Spannzungen insbesondere bedeuten, dass sich diese beim Spannvorgang, d.h. bei Beaufschlagung mit einer durch die Spannsegmente ausgeübten Kraft, um die Torsionsachse verwinden können. Durch eine solche torsionsgelagerte Montage des Spannelements in der Spannvorrichtung kann vorteilhaft ein Toleranzausgleich zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, wie Unrundheiten, am Werkstück oder Werkzeug ausgeglichen werden. Wegen weiterer Vorteile wird insbesondere auf die Ausführungen zu den Ausgestaltungen des Spannelements verwiesen, die hier entsprechend anwendbar sind.
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In Ausgestaltungen, kann vorgesehen sein, dass sich das zumindest ein Spannsegment in paralleler Ausrichtung mit einer zugeordneten Spannzunge in Axialrichtung des Spannkörpers erstreckt. Insbesondere können die Spannsegmente und die ihr zugeordnete Spannzunge fluchtend zueinander angeordnet sein, beispielsweise in zumindest teilweiser Überdeckung. Weiter ist vorgesehen, dass eine Wirkfläche des Spannsegments über einen zwischen Spannzunge und Spannsegment angeordneten stößelartigen Körper, beispielsweise einen Stößelkörper, mit einer der Spannfläche abgewandten Rückseite der Spannzunge in Wirkverbindung ist oder bringbar ist.
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Mit dem vorgeschlagenen Stößelkörper kann eine Torsionslagerung der Spannzunge vergleichsweise umgesetzt werden. Eine der Torsionslagerung zugeordnete Torsionsachse einer Spannzunge kann beispielsweise durch den Fußpunkt des Stößelkörpers an der Spannzunge bzw. des Spannsegments definiert sein. Beispielsweise kann der Stößelkörper so positioniert und angeordnet sein, dass die Torsionsachse in einer Mittenebene oder einer Symmetrieebene der Spannzunge liegt.
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Der Stößelkörper kann an der Spannzunge und/oder am Spannsegment ausgebildet sein. Ist der Stößelkörper an der Spannzunge ausgebildet, kann insbesondere ein Spannelement oder Spanneinsatz mit einer Spannzunge gemäß einer der weiter oben bzw. hierin beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das, beispielsweise in die Spannvorrichtung eingesetzte, Spannelement mehrere baugleiche, in Umfangsrichtung am Spannelement angeordnete und voneinander beabstandete Spannzungen aufweist.
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In Ausgestaltungen kann/können die zumindest eine Spannzunge, insbesondere die Spannfläche/n, und z.B. ein korrespondierender Spannkörper, derart ausgebildet und ausgerichtet sein, dass die Spannflächen einer Mittelachse oder Symmetrieachse des Spannelements oder Grundkörpers oder des Spannkörpers zugewandt sind. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann das Einspannen eines Werkzeugs oder Werkstücks durch Klemmwirkung erreicht werden.
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In weiteren Ausgestaltungen kann/können die zumindest eine Spannzunge, insbesondere deren Spannfläche/n, und z.B. ein korrespondierender Spannkörper, derart ausgebildet und ausgerichtet sein, dass die Spannflächen von einer Mittelachse oder Symmetrieachse des Spannelements oder Grundkörpers oder des Spannkörpers abgewandt sind. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann das Einspannen eines Werkzeugs oder Werkstücks durch Spreizung der Spannzungen erreicht werden.
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Zwischen benachbarten Spannzungen ausgebildete Freischnitte, beispielsweise in Form von Spalten oder Schlitzen, können jeweils von einem der Spannsegmente zumindest teilweise überdeckt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in Axialrichtung, bzw. in Erstreckungsrichtung der Spannzungen, verlaufende Freischnitte jeweils durch ein Spannsegment abgedeckt sind. Mit einer solchen Anordnung ist es insbesondere möglich, auf laterale bzw. seitliche Spannzungenflanken der Spannzungen einzuwirken, um so die Verwindung, bzw. Torsionslagerung zu stabilisieren, bzw. stabilisierend auf die Torsionslagerung einzuwirken.
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In Ausgestaltungen kann ferner vorgesehen sein, dass der Spannkörper eine der Anzahl der Spannzungen und der Anzahl der zwischen unmittelbar benachbarten Spannzungen ausgebildeten axialen Freischnitte korrespondierende Anzahl an Spannsegmenten umfasst, wobei jedem stößelartigen Körper und/oder jedem Freischnitt genau ein Spannsegment zugeordnet sein kann.
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Die Spannsegmente können in Ausgestaltungen derart angeordnet und ausgebildet sein, dass die stößelartigen Körper oder Erhebungen in Wirkverbindung sind oder bringbar sind mit jeweils einem separatem Spannsegment. Anders ausgedrückt kann jedem stößelartigen Körper genau ein Spannsegment zugeordnet sein.
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Die Spalte können in Ausgestaltungen überdeckt sein durch jeweils ein gesondertes oder separates Spannsegment, was z.B. bedeutet, dass jedem Spalt genau ein Spannsegment zugeordnet sein kann.
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Solche Ausgestaltungen eignen sich beispielsweise für Spannvorrichtungen mit buchsen- oder hülsenartiger Geometrie.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest einer Spannzunge zumindest eine Gegenspannfläche zugeordnet ist, beispielsweise derart dass durch eine Betätigung der Spannzunge ein einzuspannender Gegenstand, z.B. ein Werkzeug oder Werkstück, zwischen Spannfläche(n) der Spannzunge und der Gegenspannfläche eingespannt ist. Dabei soll der Begriff „einspannen“ insbesondere umfassen ein Halten eines Werkzeugs oder Werkstücks, allgemeiner eines einzuspannenden Körpers, durch ein Zuklemmen oder Spreizen von Spannzungen bezüglich einer Mittelachse des Spannelements oder Spannkörpers.
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Die Gegenspannfläche kann beispielsweise an einer oder mehreren Spannzungen ausgebildet sein. Insbesondere kann die Gegenspannfläche durch eine oder mehrere Spannflächen von Spannzungen ausgebildet sein.
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Die Spannfläche oder Spannflächen und Gegenspannfläche oder Gegenspannflächen können im spannungsfreien Zustand der Spannvorrichtung beispielsweise auf oder, insbesondere tangential, an einer Zylinderfläche liegen oder anliegen. Bei der Zylinderfläche kann es sich beispielsweise um eine Außen-Zylindermantelfläche oder eine Innen-Zylindermantelfläche handeln.
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In Ausgestaltungen kann die Gegenspannfläche an zumindest einem im Vergleich zur, elastisch, insbesondere federelastisch, verformbaren, Spannzunge, beispielsweise bezüglich Verbiegung und Torsion, starr ausgebildeten Gegenspannkörper ausgebildet sein. Der Begriff starr soll hier insbesondere derart verstanden werden, dass bei ordnungsgemäßem Betrieb bei einem Einspannvorgang am Gegenspannkörper auftretende elastische Verformungen klein, insbesondere vernachlässigbar klein, sind im Vergleich zur Verformung der Spannzunge. Beispielsweise kann die elastische Verformung am Gegenspannkörper kleiner sein als und/oder beschränkt sein auf 1/20 der Verformung der Spannzunge. Insbesondere kann der Begriff „starr“ im Unterschied oder Vergleich zu den Spannzungen derart verstanden werden, dass der Gegenspannkörper nicht dazu vorgesehen und ausgelegt ist, durch aktive elastische Verformung eine Spannkraft zu erzeugen. Dabei soll beispielsweise nicht ausgeschlossen sein, dass die starren Gegenspannkörper relativ zur jeweils zugeordneten Spannzunge translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ausgebildet oder angebracht sind.
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Bei den Gegenspannkörpern kann es sich beispielsweise um passive Spannelemente handeln, welche eine von aktiven Spannelementen, insbesondere den Spannzungen, erzeugte Spannkraft aufnehmen und dieser entgegenwirken.
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In Ausgestaltungen kann die Gegenspannfläche zumindest zwei in einem festen oder variablen Winkel zueinander angeordnete Teilspannflächen umfassen. Die Teilspannflächen können Teil einer zusammenhängenden Spannfläche sein. Möglich ist es auch, dass die Teilspannflächen nicht zusammenhängend, insbesondere als separate Teilspannflächen, ausgebildet sind.
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In Ausgestaltungen kann/können die Gegenspannfläche oder Teile derselben eine bezüglich des Einspannvolumens gesehen konvexe oder konkave Form aufweisen. Möglich ist es ferner, dass die Gegenspannfläche oder Teile davon eben, i.e. planar, ausgebildet ist/sind.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein zwischen zwei Teilspannflächen aufgespannter Winkel im Bereich zwischen 90° / 120° und 180° liegt.
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In Ausgestaltungen mit zumindest einer an einem starren Gegenspannkörper ausgebildeten Gegenspannfläche kann eine Spannvorrichtung beispielsweise genau einen Gegenspannkörper und eine Spannzunge umfassen.
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Jeder Spannzunge kann in Ausgestaltungen ein oder genau ein Gegenspannkörper und/oder eine Gegenspannfläche zugeordnet sein. Möglich ist es auch, dass einem Gegenspannkörper mehrere Spannzungen zugeordnet sind. Anzumerken ist, dass die Anzahl der Spannzungen und Gegenspannkörper und Gegenspannflächen entsprechend der jeweiligen Geometrie des einzuspannenden Körpers angepasst sein kann.
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In Varianten ist es beispielsweise möglich, dass die Spannvorrichtung zwei Gegenspannflächen umfasst, die z.B. an einem oder zwei Gegenspannkörpern ausgebildet sein können, und dass die Spannvorrichtung eine den Gegenspannflächen zugeordnete Spannzunge umfasst. Dabei kann die Spannzunge derart ausgebildet sein, dass ein einzuspannender Körper durch die Spannfläche und Gegenspannfläche durch alleinige Betätigung der Spannzunge eingespannt werden kann.
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In Ausgestaltungen kann ferner vorgesehen sein, dass die zumindest eine Spannzunge derart angeordnet und ausgerichtet ist, beispielsweise relativ zur Axialrichtung des Spannkörpers oder der Spannvorrichtung, und/oder mit dem Spannkörper derart gekoppelt ist, dass bei Einwirken des Spannkörpers, insbesondere eines Spannsegments des Spannkörpers, auf die zumindest eine Spannzunge innerhalb eines vorgegebenen ersten Spannhubbereichs eine senkrecht zur Axialrichtung des Spannelements wirkende, d.h. im Wesentlichen ausschließlich senkrecht zur Axialrichtung des Spannelements wirkende, Spannkraft erzeugt wird.
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Insbesondere kann durch entsprechende Ausrichtung, beispielsweise gemäß einer vorgegebenen Neigung relativ zur Axialrichtung, die Spannvorrichtung, z.B. Spannzunge, so eingestellt werden, dass die durch die Spannzunge(n) erzeugte Spannkraft keine, d.h. im Wesentlichen keine, Axialkomponente/n aufweist.
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Bei beispielsweise rotationssymmetrischer Geometrie der Spannvorrichtung können die Spannzungen derart ausgebildet, insbesondere ausgerichtet sein, dass zumindest in einem vorgegebenen ersten Spannhubbereich Klemmkräfte mit ausschließlich radialer Kraftkomponente erzeugt werden.
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In Ausgestaltungen ist es ferner möglich, dass die zumindest eine Spannzunge derart angeordnet und ausgerichtet ist, beispielsweise relativ zur Axialrichtung des Spannkörpers oder der Spannvorrichtung, und/oder mit dem Spannkörper derart gekoppelt ist, dass bei Einwirken des Spannkörpers, insbesondere eines Spannsegments des Spannkörpers, auf die zumindest eine Spannzunge innerhalb eines vorgegebenen zweiten Spannhubbereichs eine Spannkraft mit einer parallel zur Axialrichtung wirkenden Axialkomponente erzeugt wird.
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Mithin ermöglicht die Spannvorrichtung in Ausgestaltungen ein Einspannen mit oder ohne Axialkomponente der Spannkraft, was einen flexiblen Einsatz und/oder einen breiten Einsatzbereich ermöglicht. Beispielsweise kann in Ausgestaltungen ein Einspannen ohne Axialkomponente der Spannkraft dadurch erreicht werden, dass eine axiale Bewegung der Spannelemente in Richtung ihrer Mittelachse, beispielsweise durch Fixierung, verhindert oder unterdrückt ist.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hierin vorgeschlagenen Spannelement und der hierin vorgeschlagenen Spannvorrichtung, bei konstruktiv vergleichsweise geringer Komplexität, eine gute Spannwirkung mit Toleranzausgleich, beispielsweise von Unebenheiten und Unrundheiten, erreicht werden kann.
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Beispielhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Spannvorrichtung mit eingesetztem Spannelement;
- 2 einen Ausschnitt der Spannvorrichtung in Draufsicht in einem ersten Betriebszustand;
- 3 einen Ausschnitt der Spannvorrichtung in Draufsicht in einem zweiten Betriebszustand; und
- 4 einen Querschnitt der Spannvorrichtung entsprechend der Linie IV-IV in 2;
- 5 eine schematische Darstellung einer Variante einer Spannvorrichtung;
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Spannvorrichtung 1 entsprechend eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Spannvorrichtung ist insbesondere zum Einspannen und spannenden Haltern von Werkzeugen und Werkstücken, wie beispielsweise Bremstrommeln, oder anderen topf- oder buchsenartigen Werkstücken ausgebildet. Im Beispiel der 1 ist ein in der Spannvorrichtung 1 aufgenommenes Werkstück 2, z.B. eine Bremstrommel, segmentweise angedeutet.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Spannvorrichtung 1 in Draufsicht in einem ersten Betriebszustand, in welchem das Werkstück 2 in die Spannvorrichtung 1 eingelegt ist, die Spannvorrichtung 1 jedoch noch nicht aktiviert ist, d.h. dass die Spannvorrichtung noch nicht gespannt, und das Werkstück 2 durch die Spannvorrichtung 1 noch nicht aktiv eingespannt ist.
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3 zeigt einen zu 2 korrespondierenden Ausschnitt der Spannvorrichtung 1 in Draufsicht in einem zweiten Betriebszustand, in welchen die Spannvorrichtung 1 aktiviert, und das Werkstück 2 eingespannt, d.h. im eingespannten Zustand in der Spannvorrichtung 1 gehalten wird bzw. ist.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die Spannvorrichtung 1 entsprechend der Linie IV-IV in 2.
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Die in den Figuren gezeigte Spannvorrichtung 1 umfasst einen äußeren Haltekörper 3, der als eine die weiteren Komponenten aufnehmende, beispielsweise topfförmige, Schale ausgebildet ist. Zur Befestigung an einer Welle, beispielsweise einer Antriebseinheit, weist der Haltekörper 3 im Nabenbereich einer Befestigungsbohrung 4 auf.
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Wie aus den Ausführungsbeispielen der Figuren ersichtlich ist, kann die Spannvorrichtung 1 einen innerhalb des und vom Haltekörpers 3 aufgenommenen Spannkörper 5, beispielsweise eine Spannhülse, Spannbacke oder Spannzange, aufweisen, welcher ringförmig ausgebildet ist, und entlang einer radialen Innenwandung des Haltekörpers 3 in Umfangsrichtung mehrere Spannsegmente 6 aufweist. Die Spannsegmente 6 können, entsprechend der Ausgestaltung in den Figuren, in Erstreckungsrichtung parallel zur Axialrichtung S der Spannvorrichtung 1 eine Schalenstruktur ausbilden bzw. aufweisen, wobei die einzelnen Spannsegmente 6 z. B. als in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Schalensegmente ausgebildet sein können.
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Innerhalb des Spannkörpers 5 ist ein Spannelement 7 aufgenommen bzw. positioniert, derart, dass es mit dem Spannkörper 5 in Wirkverbindung ist, bzw. durch Betätigung des Spannkörpers 5 mit diesem in Wirkverbindung gebracht werden kann, so dass ein Einspannen eines Werkstücks an innenliegenden Spannflächen des Spannelements 7 erfolgen kann.
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Die Spannsegmente 6 und das Spannelement 7 sind derart positioniert, dass durch eine von den Spannsegmenten 6 hervorgerufene Spannkraft in radial nach innen zeigender Richtung Spannzungen 8 des Spannelements 7 in Wechselwirkung mit dem Werkstück 2 gebracht werden, um dieses in der Spannvorrichtung 1 entlang eines, beispielweise umlaufenden Einspannbereichs, mit entsprechender Spannkraft zu haltern.
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Wie bereits erwähnt umfasst das Spannelement 7 mehrere Spannzungen 8, die sich, wie beispielsweise aus 1 und 4 ersichtlich ist, von einem Grundkörper 9 parallel zur Axialrichtung S erstecken. Der Grundkörper 9 ist im vorliegenden Beispiel als ein umlaufender Ring ausgebildet, von dem aus sich die Spannzungen 8 parallel zur Axialrichtung erstrecken. Die Spannzungen 8 können beispielsweise eine räumlich, insbesondere einfach, gekrümmte, schalenartige Form aufweisen, wobei das Spannelement 7 eine hülsen-, becher- oder topfartige Geometrie aufweist bzw. aufweisen kann.
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An einer dem Spannkörper 5 in Radialrichtung R zugewandten Rückseite, welche vorliegend bezüglich der Axialrichtung der Außenseite des Spannelements 7 entspricht, umfasst jede der Spannzungen 8 eine stößelartige Erhebung 10, die mit einer Anlagefläche 11 oder Anschlagfläche an eine bezüglich der Radialrichtung innenliegenden Wirkfläche eines jeweils zugeordneten Spannsegments 6 anliegt oder in Anlage gebracht werden kann.
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Die stößelartige Erhebung 10 ist derart ausgebildet, dass die Anlagefläche 11 von der Rückseite der Spannzunge 8 in Normalenrichtung, entsprechend im vorliegenden Beispiel der Radialrichtung, abgesetzt ist.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, ist die Erhebung 10 an dem vom Grundkörper entfernten axialen Ende der jeweiligen Spannzunge 8 ausgebildet. Ferner ist aus 2 bis 4 ersichtlich, dass die in axialer Richtung gemessene Länge der Erhebung 10 (vgl. 4) kleiner ist als die axiale Ausdehnung, insbesondere axiale Länge, der Spannzunge. Ferner ist, die in Umfangsrichtung oder quer zur Längsrichtung der Spannzunge 8 gemessene Breite der Erhebung 10 kleiner, insbesondere deutlich kleiner, als die in Umfangsrichtung oder quer zur Längsrichtung gemessene Breite einer jeweiligen Spannzunge 8. Insbesondere kann die Breite der Erhebung ≤ 1/10, vorzugsweise ≤ 1/15, der Breite der Spannzunge betragen.
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Wie insbesondere aus 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Erhebung 10 an dem vom Grundkörper 9 entfernten, axialen Ende der Spannzunge 8 in Umfangsrichtung mittig der Spannzunge 8 angeordnet, so dass die Spannzunge 8 bezüglich einer durch die Erhebung 10 verlaufenden Mittelachse M, bzw. einer Korrespondierenden Mittelebene, symmetrisch, insbesondere etwa spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
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Das Spannelement 1 ist nach Art einer umlaufenden Buchse oder eines Zylinders ausgebildet, wobei die einzelnen Spannzungen 8 definiert sind durch Freischnitte, im vorliegenden Fall Schlitze. Konkret sind bei der in den Figuren gezeigten Ausgestaltung jeweils zwei unmittelbar miteinander benachbarte Spannzungen 8 durch einen T-förmigen Schlitz 12 oder Freischnitt (vgl. 1) voneinander getrennt.
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Die Schlitze 12 sind an dem vom Grundkörper 9 entfernten Ende der Spannzunge 8 randoffen ausgeführt, wobei in Axialrichtung S verlaufende, d.h. parallel zur Axialrichtung S verlaufende, Schlitzsegmente die Spannzungen 8 in Umfangsrichtung begrenzen.
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In Umfangsrichtung verlaufende Schlitzsegmente definieren für jede der Spannzungen 8 einen Fußbereich 13, über welchen die Spannzungen 8 in einstückiger Ausbildung am Grundkörper 9 festgelegt sind. Über die Länge der in Umfangsrichtung verlaufenen Schlitzsegmente kann die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Fußbereiche 13 eingestellt werden.
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Insgesamt ergibt sich damit, dass jede der Spannzungen 8 abgestützt ist einerseits im Fußbereich 13 am Grundkörper 9, und andererseits an dem vom Grundkörper 9 abgewandten Ende über die stößelartige Erhebung 10 an den Innenseiten der Spannsegmente 6.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Rückseite jeder Spannzunge 8, d.h. die radial außen liegende Seite der Spannzunge 8, durch die von der Rückseite vorspringende, und im Vergleich zur Quer- und Längserstreckung vergleichsweise schmale Erhebung 10 vom jeweils zugeordneten Spannsegment 6 in radialer Richtung beabstandet bzw. abgesetzt ist, und insbesondere laterale Flügel der Spannzungen 8 von den Spannsegmenten 6 bezüglich der radialen Richtung beabstandet sind, ist es der Spannzunge 8 möglich bezüglich ihrer in Axialrichtung S verlaufenden Erstreckung eine Torsionsbewegung auszuführen bzw. verwunden zu werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Spannzunge 8 bei ordnungsgemäßem Betrieb durch Torsion bzw. Verwindung für ein jeweiliges Werkzeug bzw. Werkstück einen Toleranzausgleich durchführen kann, mit dem beispielsweise zu einem gewissen Grad Unebenheiten, insbesondere Unrundheiten, ausgeglichen werden können. Mithin ist das Spannelement 7 in der Spannvorrichtung 1, genauer im Spannkörper 5 durch eine Torsionslagerstruktur torsionsgelagert aufgenommen.
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Bei der in den Figuren gezeigten Spannvorrichtung 1 umfasst das Spannelement 7 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, voneinander beabstandet angeordnete und baugleich ausgeführte Spannzungen 8.
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Die Spannzungen 8 erstrecken sich, wie bereits erwähnt, vom Grundkörper 9 aus in Axialrichtung S, d.h. sie weisen eine Erstreckungsrichtung parallel zur Axialrichtung S auf, und sind des Weiteren als flächige z.B. einfach gekrümmte, beispielsweise schalenartige, Zungen, Vorsprünge oder Ausläufer ausgebildet.
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Insbesondere können die Spannzungen 8 wie in den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen als flächige, Ringsegmente oder Teilringsegmente des Spannelements 7 ausgebildet sein, die durch die Schlitze 12 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Bei der Anordnung gemäß der Figuren ist jeder Spannzunge 8 und jedem zwischen unmittelbar benachbarten Spannzungen 8 gelegenen Zwischenraum jeweils ein Spannsegment 6 in zumindest teilweiser Überdeckung zugeordnet, wobei vorliegend alle Spannsegmente 6 baugleich ausgeführt sind.
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Die Spannzungen 8 weisen, wie insbesondere aus 2 und 3 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Spannflächen 14 auf, die von der Vorderseite, d.h. der vorliegend radial innen gelegenen Seite, der Spannzungen 8 abgesetzt angeordnet sind.
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Im Beispiel der in den Figuren gezeigten Spannzungen 8 sind die Spannflächen 14 an lateral äußeren und in Erstreckungsrichtung der Spannzunge 8 endseitig ausgebildeten Verdickungen 15 oder Vorsprüngen ausgebildet.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, ergibt sich im Radialschnitt für die Spannzungen 8 eine gestreckt C-förmige Struktur mit in Umfangsrichtung außenliegenden Spannbackensegmenten, beispielsweise gebildet durch die Spannflächen 14 und Verdickungen 15, durch und mittels welchen ein Werkstück 2 mit einer Spannkraft beaufschlagt werden kann.
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Wie aus den Radialschnitten, der 2 und 3 entnommen werden kann, können die Spannzungen 8 lokal eine wippenartige Struktur aufweisen, die mit der Anlagefläche 11 am jeweiligen Spannsegment 6 gelagert ist, und so durch Torsion der Spannzunge 8 lokal eine Art Wippbewegung ausführen kann.
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Beim Betrieb der Spannvorrichtung, d.h. beim Einspannen z.B. eines Werkstücks 2 wird das Werkstück 2, genauer ein jeweils einzuspannender Bereich des Werkstücks 2, entsprechend der 2 zunächst ohne Aktivierung des Spannsegments 6 in das Spannelement 7 eingesetzt und insoweit darin platziert.
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Aufgrund von Unrundheiten des Werkstücks 2 im Bereich des einzuspannenden Bereichs kann es vorkommen, dass in diesem Zustand nicht alle Spannflächen 14 der Spannzungen 8 am Werkstück 2 anliegen. Dies ist in 2 beispielhaft für eine Spannzunge 8 veranschaulicht, bei welcher eine der Spannflächen 14 am Werkstück anliegt, und die bezüglich der Axialrichtung S im Uhrzeigersinn davon beabstandete weitere Spannfläche 14 vom Werkstück beabstandet ist, sprich noch nicht anliegt.
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Werden nach dem Einsetzen des Werkstücks 2 die Spannsegmente 6 aktiviert, so dass diese die Spannzungen 8 über die stößelartigen Erhebungen 10 mit einer Kraft beaufschlagen, so werden die Spannzungen 8 in Richtung des Werkstücks gepresst bzw. gedrückt, wobei die Spannzungen 8 hierzu durch die Spannsegmente 6 bezüglich einer etwa in Querrichtung verlaufenden Biegeachse elastisch biegeverformt werden können.
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Aufgrund der durch die Erhebungen 10 und Fußbereiche 13 der Spannzungen 8 gegebenen Torsionslagerung der Spannzungen 8 können sich die Spannzungen 8, abgesehen von der elastischen Biegeverformung des Weiteren durch Torsion bezüglich einer jeweiligen Torsionsachse (elastisch) verwinden.
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In den gezeigten Beispielen fallen die Torsionsachsen etwa mit jeweiligen Mittelachsen M der Spannzungen 8 zusammen, oder liegen zumindest im Bereich der jeweiligen Mittelachse M. Für den Fall, dass, wie 2 beispielhaft zeigt, lediglich eine der beiden Spannflächen 14 am Werkstück anliegt, führt die von den Spannsegmenten 6 ausgeübte Kraft zu einer Torsion bzw. Verwindung der jeweiligen Spannzunge 8 derart, dass sich die zweite Spannfläche 14 in Richtung des Werkstücks 2 bewegt, schließlich am Werkstück 2 anliegt und gegen dieses gepresst werden kann, und dadurch das Werkstück 2 durch die jeweilige Spannzunge 8 eingespannt werden kann.
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Wie insbesondere aus 2 und 3 ersichtlich ist, ist ein Toleranzausgleich in Umfangsrichtung durch die Spannzungen 8 in dem Maße möglich, in welchem sich die Spannzungen 8 in der Spannvorrichtung 1 verwinden können. Wie bereits an andere Stelle erwähnt ist der Grad der Torsionsbewegung einer Spannzunge 8 u.a. durch die Bewegungsfreiheit der Spannzunge, insbesondere der Flanken der Spannzungen 8, in der Spannvorrichtung 1 festgelegt. Die Bewegungsfreiheit der Spannzungen 8 wiederum ist u.a. abhängig vom verfügbaren Zwischenraum zwischen der Rückseite der Spannzungen 8 und den Spannsegmenten 6, wobei dieser Zwischenraum u.a. wiederum abhängig ist von Form und Struktur der stößelartigen Erhebung 10. Es zeigt sich, dass durch geeignete Wahl von Form, Lage und Struktur der Spannzungen 8, der Erhebung 10 und der Spannflächen 14 Variationsmöglichkeiten im Hinblick auf den jeweils erreichbaren Toleranzausgleich gegeben sind.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante einer Spannvorrichtung mit einem eingespannten Werkstück 2.
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Die Spannvorrichtung umfasst, eine Spannzunge 8, welche über eine Anlagefläche 11 einer stößelartigen Erhebung 10 an einem Spannsegment 6 anliegt.
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Das Spannsegment 6 und die Spannzunge 8 sind entsprechend der Ausgestaltung nach 1 bis 4 ausgebildet, und die Spannzunge 8 umfasst korrespondierend zwei Verdickungen 15 mit daran vorhandenen Spannflächen 14, die in Form und Funktion wie oben beschrieben ausgebildet sind. Die Spannvorrichtung nach 5 umfasst des Weiteren zwei Gegenspannkörper 16, die gegenüberliegend zu den Spannflächen 14 der Spannzunge 8 angeordnet sind.
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Die Gegenspannkörper 16 weisen an den der Spannzunge 8 zugewandten Seiten Gegenspannflächen 17 auf, welche, wie in 5 gezeigt, bei Einwirken der Spannzunge 8 auf das Werkstück 2 in Anlage mit dem Werkstück 2 gelangen, so dass insbesondere das Werkstück zwischen den Gegenspannkörpern 16 und der Spannzunge 8 eingespannt ist.
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Die beiden Gegenspannkörper 16 können anders als in 5 gezeigt auch als ein einziger Gegenspannkörper ausgebildet sein, oder es können mehr als zwei Gegenspannkörper 16 vorhanden sein.
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Ein Ausgleich von Formabweichungen am Werkstück 2 kann, wie in 5 gezeigt, durch elastische Verformung, insbesondere Torsion, der Spannzunge 8, beispielsweise bezüglich einer parallel zur Axialrichtung S verlaufenden Achse, erfolgen. Insbesondere kann die Spannzunge 8 anhand der mit dem Spannsegment in Kontakt befindlichen Anlagefläche 11 der stößelartigen Erhebung 10 relativ zum Spannsegment 6 durch eine Torsionsbewegung verkippen, um so Formabweichungen des Werkstücks 2 ausgleichen zu können.
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Die Gegenspannkörper 16 sind bezüglich Verbiegung und Torsion relativ zur Axialrichtung S starr ausgebildet, was insbesondere bedeuten soll, dass beim Einspannen eines Werkstücks 2 im Vergleich zur Spannzunge 8 keine wesentliche Verformung, d.h. Verbiegung und/oder Torsion, an den Gegenspannkörpern 16 auftritt.
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Die Gegenspannflächen 17 der Gegenspannkörper 16 sind im vorliegenden Beispiel eben ausgebildet und weisen einen fest vorgegebenen Winkel a zueinander auf, der so eingerichtet ist, dass Werkstücke 2 mit bestimmten Abmessungen sicher eingespannt werden können.
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Insbesondere in Ausgestaltungen bei welchen der oder die Gegenspannkörper 16 bezüglich Verbiegung und/oder Torsion, relativ zu einer zur Axialrichtung S parallelen Achse, starr ausgeführt sind, kann vorgesehen sein, dass die Gegenspannkörper 16, beispielsweise um eine zur Axialrichtung S parallele Achse, verdrehbar gelagert sind, so dass der Winkel a zwischen den Gegenspannflächen 17 zumindest in einem vorgegebenen Winkelbereich variabel ist.
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Anstelle der beiden Gegenspannkörper 16 der Ausgestaltung nach 5 kann in weiteren Ausgestaltungen auch lediglich ein einziger Gegenspannkörper vorgesehen sein, an welchem die Gegenspannflächen 17 ausgebildet sind. Insbesondere in solchen Ausgestaltungen können die Gegenspannflächen 17 als Gegenspannteilflächen ausgebildet sein.
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Die Gegenspannflächen 17 oder eine aus mehreren Gegenspannteilflächen zusammengesetzte Gegenspannfläche können/kann abgesehen von einer planaren Form auch anderweitige Formen, wie z.B. konvexe, konkave, insbesondere ein- oder mehrfach gekrümmte Formen usw. aufweisen.
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In Ausgestaltungen der Spannvorrichtung nach 5 können die Gegenspannkörper 16, zumindest teilweise, durch Spannzungenanordnungen mit jeweiliger Spannzunge 8 und Spannsegment 6, entsprechend der Ausgestaltungen nach 1 bis 4, ausgebildet oder ersetzt sein. Insbesondere ist eine beliebige Kombination aus Spannzungen 8 und Gegenspannkörpern 16 möglich.
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Im Zusammenhang mit den Figuren wurden Spannvorrichtungen für runde einzuspannende Körper gezeigt. Jedoch ist die hierin vorgeschlagene Spannvorrichtung und das hierin vorgeschlagene Spannelement nicht auf solche Formen einzuspannender Körper beschränkt. Insbesondere können entsprechend ausgebildete Spannvorrichtungen und Spannelemente auch ausgelegt sein für planare, im Querschnitt rechteckförmige Werkstücke usw.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit der hierin vorgeschlagenen Spannvorrichtung und dem hierin vorgeschlagenen Spannelement die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Haltekörper
- 4
- Befestigungsbohrung
- 5
- Spannkörper
- 6
- Spannsegment
- 7
- Spannelement
- 8
- Spannzunge
- 9
- Grundkörper
- 10
- stößelartige Erhebung
- 11
- Anlagefläche
- 12
- Schlitz
- 13
- Fußbereich
- 14
- Spannfläche
- 15
- Verdickung
- 16
- Gegenspannkörper
- 17
- Gegenspannfläche
- S
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
- M
- Mittelachse
- a
- Winkel
