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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Einspannen eines Werkstücks oder Werkzeugs, aufweisend eine Drehachse, mindestens zwei Spannbacken, eine Planspiralscheibe, eine Kupplungsanordnung und ein Verstellelement, wobei die Spannbacken radial zur Planspiralscheibe bewegbar sind und eine mit einer Planspirale der Planspiralscheibe in Wirkverbindung stehende Verzahnung aufweisen und die Kupplungsanordnung in einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bringbar ist und wobei die Planspiralscheibe zentrisch zur Drehachse angeordnet und um diese Drehachse drehbar gelagert ist und wobei im geöffneten Zustand der Kupplungsanordnung die Planspiralscheibe frei um die Drehachse drehbar ist und im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung eine Wirkverbindung zwischen dem Verstellelement und der Planspiralscheibe besteht.
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Zum Einspannen von Werkstücken oder Werkzeugen werden üblicherweise Spannfutter verwendet. Dabei besteht an die Spannfutter zunehmend die Anforderung diese in Automatisierungsprozesse einzubinden. So ist es wünschenswert, dass das Öffnen und Schließen dieser Spannfutter für aufeinanderfolgende Prozessschritte ohne händischen Eingriff möglich ist. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen derartiger Spannfuttern bekannt.
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In
DE 198 36 912 A1 wird eine Spannvorrichtung beschrieben, bei der ein Schaft eines Werkzeuges oder eines Werkstücks in eine Aufnahme der Spannvorrichtung einführbar ist. Die Aufnahme ist mit Klemmelementen ausgestaltet, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind. Bei anliegendem Druckfluid werden die Klemmelemente in Richtung Schaft gedrückt, sodass die Aufnahme der Spannvorrichtung verengt und das Werkzeug bzw. das Werkstück fixiert wird. Nachteilig ist aber, dass diese Spannvorrichtung nur einen geringen Spannbereich aufweist.
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DE 10 2015 113 194 A1 offenbart ein Spannfutter, dessen Spannbacken über die Drehung einer Planspirale radial bewegbar sind. Hiermit ist eine Verstellung der Spannbacken über einen weiten Spannbereich möglich. Weiterhin ist eine ebenfalls radiale Verstellung der Spannbacken über Keilelemente vorgesehen. Diese Keilelemente werden von einem axial zu einer Drehachse des Spannfutters bewegbaren Spanhubmittel verstellt, wobei das Spannhubmittel beispielsweise pneumatisch bewegt werden kann. Nach erfolgter Voreinstellung der Spannbacken auf das jeweilige Werkzeug bzw. Werkstück wird mittels des Spannhubmittels eine Endspannung der Spannbacken erreicht.
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In der
DE 925 140 A wird ein Spannfutter vorgeschlagen, welches eine Planspiralscheibe, Spannbacken, ein Verstellelement, eine Kupplungsanordnung und einen Verstellring aufweist. Das Verstellelement ist als Zylinderwelle ausgebildet, die Ausnehmungen zur Aufnahme von Kolben aufweist. Die Ausnehmungen sind mit einem Druckmittel beaufschlagbar, womit die Kolben in den Ausnehmungen bewegt werden können. Die Zylinderwelle steht weiterhin über Mitnehmer mit der Planspiralscheibe in Wirkverbindung. Eine Drehbewegung der Zylinderwelle um eine Drehachse des Spannfutters wird damit auf die Planspiralscheibe übertragen. Die Kupplungsanordnung wird von Klinken zwischen den Kolben und dem Verstellring gebildet. Bei geschlossener Kupplungsanordnung greifen diese Klinken in eine Zahnung des Verstellrings ein, sodass sich die Kolben am Verstellring abstützen und eine Verstellbewegung der Kolben in einer Drehbewegung der Zylinderwelle resultiert, womit eine Verdrehung der Planspiralscheibe gegen den Verstellring erzeugt wird. Bei geöffneter Kupplungsanordnung sind die Klinken aus der Zahnung des Verstellrings abgehoben, womit die Zylinderwelle mit der Planspiralscheibe frei gegen den Verstellring verdrehbar ist.
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Mit beiden zuletzt beschriebenen Lösungen ist es möglich, durch eine frei drehbare Planspiralscheibe zunächst eine Grobeinstellung der Spannbacken über einen großen Spannbereich auf das jeweilige Werkzeug oder Werkstück vorzunehmen und anschließend über ein Druckmittel die Spannbacken in ihre endgültige Position zu bewegen, um das Werkstück bzw. das Werkzeug zu fixieren. Beide Lösungen sind damit grundsätzlich geeignet, das Öffnen und Schließen dieser Spannfutter für aufeinanderfolgende Prozessschritte (nach erfolgter Voreinstellung) ohne händischen Eingriff zu realisieren. Nachteilig ist aber, dass der Aufbau der beschriebenen Lösungen sehr aufwendig ist. Bei der in
DE 925 140 A beschriebenen Lösung ist es darüber hinaus nachteilig, dass entsprechend der Zahnung des Verstellrings die Grobeinstellung nur rasterartig vorgenommen werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter zu schaffen, welches zumindest über einen Teil des Spannbereichs ohne händischen Eingriff geöffnet und geschlossen werden kann, eine stufenlose Grobeinstellung des Spannfutters ermöglicht und sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Spannfutter mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei deren vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Schutzansprüchen 2 bis 16 ersichtlich sind.
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Es wird damit ein Spannfutter bereitgestellt, welches zwei Möglichkeiten zur Verstellung der Spannbacken des Spannfutters bereitstellt. Im geöffneten Zustand der Kupplungsanordnung des Spannfutters ist die Planspiralscheibe frei gegenüber der Kupplungsscheibe und dem Verstellelement verdrehbar. Eine händische Verdrehung der Planspiralscheibe führt zu einer Verdrehung der Planspirale gegenüber der Verzahnung der Spannbacken, sodass durch die zwischen der Verzahnung der Spannbacken und der Planspirale bestehende Wirkverbindung die Spannbacken radial zur Planspiralscheibe bewegt werden. Je nach Drehrichtung der Planspiralscheibe werden dabei die Spannbacken aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt, sodass das Spannfutter geschlossen bzw. geöffnet wird. Im geöffneten Zustand der Kupplungsanordnung sind die Spannbacken über den gesamten Spannbereich bewegbar. Befindet sich die Kupplungsanordnung im geschlossenen Zustand, sind die Kupplungsscheibe und die Planspiralscheibe gegeneinander fixiert. Eine Verdrehung der Planspiralscheibe gegenüber der Kupplungsscheibe ist in diesem Zustand nicht möglich. Die zwischen dem Verstellelement und der Kupplungsscheibe bestehende Wirkverbindung wird damit auf die Planspiralscheibe übertragen. Eine Verstellbewegung des Verstellelements resultiert damit in einer Drehbewegung der Planspiralscheibe um die Drehachse. Mit der Drehbewegung der Planspiralscheibe wird die Planspirale gegenüber der Verzahnung der Spannbacken bewegt und die Spannbacken werden je nach Drehrichtung der Planspiralscheibe aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt. Das Spannfutter wird damit von dem Verstellelement geschlossen bzw. geöffnet.
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Bei geöffneter Kupplungsanordnung ist damit eine Voreinstellung der Spannbacken auf ein Werkzeug bzw. ein Werkstück möglich. Die Voreinstellung wird dabei so erfolgen, dass das Werkzeug/Werkstück noch nicht von den Spannbacken fixiert wird und dieses damit noch aus dem Spannfutter entnehmbar bzw. in das Spannfutter einführbar ist. Die Stellung der Spannbacken ist dabei aber so gewählt, dass diese nahezu am Werkzeug/Werkstück anliegen und der zum Schließen der Spannbacken notwendige Weg nur noch gering ist. Nach der Voreinstellung wird die Kupplungsanordnung geschlossen. Das Schließen der Spannbacken ist dann über das Verstellelement möglich.
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Das Öffnen und Schließen des Spannfutters ist damit in automatisierte Prozesse integrierbar. Nach erfolgter (händischer) Voreinstellung wird das Spannfutter zum Wechseln des Werkzeuges/Werkstückes im eigentlichen Prozess dann nur noch mit dem Verstellelement geschlossen bzw. geöffnet.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass mit Hilfe der Kupplungsanordnung auch ein einfaches Umschalten zwischen einem reinen Handbetrieb und einem automatisierten Betrieb zum Schließen des Spannfutters möglich ist.
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Ein druckluftbetriebener Linearantrieb als Verstellelement hat den Vorteil, dass die mit Druckfluid beaufschlagbaren Stellzylinder eine ausreichende Schließkraft zum Fixieren des Werkstücks bzw. des Werkzeugs aufbringen können. Weiterhin ist die Beaufschlagung eines Stellzylinders ohne händischen Eingriff beispielsweise über die Ansteuerung von entsprechenden mit den Stellzylindern verbunden Druckventilen möglich.
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Sind die Stellzylinder einseitig mit Druckluft beaufschlagbar, können diese so angeordnet werden, dass sie bei einer Druckbeaufschlagung gegenläufig sind. Somit ist das Schließen und Öffnen der Spannbacken mit zwei Stellzylindern möglich, wobei ein Stellzylinder zum Öffnen und ein Stellzylinder zum Schließen genutzt wird.
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Je nach Anwendungsfall des Spannfutters hat der Einsatz von Schwenkantrieben als Verstellelement den Vorteil, dass für die Bewegung der Spannbacken mit dem Verstellelement ein größerer Teil des Spannbereichs des Spannfutters abgedeckt werden kann.
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Die Anzahl der als Verstellelement eingesetzten Linear- bzw. Schwenkantriebe kann je nach gewünschter Fixierkraft an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Darüber hinaus kann auch die Dimensionierung der Stellzylinder entsprechend gewählt werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Spannfutters.
- 2a eine Aufsicht der Ausführung des Spannfutters gemäß 1
- 2b eine Schnittdarstellung des Spannfutters entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2a
- 3 eine auf die der Planspirale abgewandte Seite der Planspiralscheibe
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1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Spannfutters 1 zum Einspannen eines Werkstücks oder Werkzeugs. Das Spannfutter 1 weist eine Drehachse 2, mindestens zwei Spannbacken 3, eine Planspiralscheibe 4, eine Kupplungsanordnung 5 und ein Verstellelement 6 auf, wobei die Planspiralscheibe 4 zentrisch um die Drehachse 2 angeordnet ist. Die Spannbacken 3 sind in Führungsschienen 7 eingefasst und radial zur Planspiralscheibe 4 bewegbar. Weiterhin sind die Spannbacken 3 jeweils mit einer Verzahnung 8 ausgebildet, die mit einer Planspirale 9 der Planspiralscheibe 4 in Wirkverbindung stehen. Durch diese Wirkverbindung werden bei einer Verdrehung der Planspiralscheibe 4 um die Drehachse 2 die Spannbacken 3 radial gegenüber der Planspiralscheibe 4 bewegt.
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Die Kupplungsanordnung 5 ist in einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand bringbar und weist eine um die Drehachse 2 drehbar gelagerte Kupplungsscheibe 10 und ein Koppelelement auf, wobei das Koppelement von einem Klemmelement 11 und einem Spannelement 12 gebildet wird. Im geöffneten Zustand der Kupplungsanordnung 5 ist die Planspiralscheibe 4 frei um die Drehachse 2 und gegen die Kupplungsscheibe 10 verdrehbar. Beim geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 besteht eine Wirkverbindung zwischen dem Verstellelement 6 und der Planspiralscheibe 4. Die Wirkverbindung zwischen Verstellelement 6 und Planspiralscheibe 4 wird dadurch erreicht, dass die Kupplungsscheibe 10 und die Planspiralscheibe 4 im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 über das Koppelelement gegeneinander fixiert sind und die Kupplungsscheibe 10 über einen Mitnehmer 13 des Verstellelements 6 mit dem Verstellelement 6 gekoppelt ist. Der Mitnehmer 13 fungiert hier als eine Wirkverbindung zwischen der Kupplungsscheibe 10 und dem Verstellelement 6. Mit dieser Wirkverbindung wird eine Übertragung einer Verstellbewegung des Verstellelements 6 in eine Drehbewegung der Kupplungsscheibe 10 um die Drehachse 2 erreicht.
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Das Verstellelement 6 ist in der dargestellten Ausführung aus zwei Linearantrieben gebildet, wobei die Linearantriebe beidseitig mit Druckluft beaufschlagbare Stellzylinder sind. Die Mitnehmer 13 der Stellzylinder sind als Bolzen ausgestaltet, die jeweils in eine Ausnehmung 14 der Kupplungsscheibe 10 eingreifen, sodass eine Verstellbewegung des Verstellelements 6 in eine Drehbewegung der Kupplungsscheibe 10 um die Drehachse übertragen wird.
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Das Verstellelement 6 ist nicht auf die beschriebene Ausführung beschränkt. Beispielsweise kann das Verstellelement 6 auch nur einen Linearantrieb aufweisen. Die Stellzylinder können auch nur einseitig beaufschlagbar sein und als Druckmittel kann neben Druckluft z.B. auch Hydrauliköl eingesetzt werden.
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2a zeigt eine Aufsicht der Ausführung des Spannfutters 1 gemäß 1.
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In 2b ist eine Schnittdarstellung des Spannfutters 1 entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2a gezeigt.
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Die Kupplungsscheibe 10 ist auf einer der Planspirale 9 abgewandten Seite der Planspiralscheibe 4 in einer Ausnehmung der Planspiralscheibe 4 eingelassen.
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In 3 ist eine Ansicht der der Planspirale 9 abgewandte Seite der Planspiralscheibe 4 dargestellt. Weiterhin sind die in die Planspiralscheibe 4 eingelassene Kupplungsscheibe 10, das Klemmelement 11 und das Spannelement 12 zu sehen.
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Das Klemmelement 11 ist zwischen einer Seitenfläche 15 der Kupplungsscheibe 10 und einer Seitenfläche 16 der Ausnehmung der Planspiralscheibe 4 angeordnet. Das Spannelement 12 ist eine Schraube, die im Bereich der Ausnehmung der Planspiralscheibe 4 in einem Gewindegang 17 (siehe 2b) einer Wandung 18 der Planspiralscheibe 4 angeordnet ist. Zum Schließen der Kupplungsanordnung 5 wird die Schraube in dem Gewindegang 17 in Richtung Kupplungsscheibe 10 gedreht. Dabei wird das Klemmelement 11 gegen die Kupplungsscheibe 10 geschoben. Im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 liegen die Schraube an dem Klemmelement 11 und das Klemmelement 11 an der Seitenfläche 15 der Kupplungsscheibe 10 an und das Klemmelement 11 wird mit dem Spannelement 12 gegen die Seitenfläche 15 der Kupplungsscheibe 10 gepresst. Damit sind die Kupplungsscheibe 10 und die Planspiralscheibe 4 gegeneinander fixiert, sodass bei einer Verdrehung der Kupplungsscheibe 10 um die Drehachse 2 die Planspiralscheibe 4 mitgeführt wird und damit ebenfalls um die Drehachse 2 verdreht wird.
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Im Folgenden werden einige nicht dargestellte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spannfutters 1 beschrieben.
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Neben der zuvor beschriebenen Ausführung des Koppelements kann dieses auch nur aus einer Schraube gebildet sein, die, wie zuvor beschrieben in einem durch eine Wandung 18 der Planspiralscheibe 4 geführten Gewindegang 17 angeordnet ist. Abweichend wird die Schraube zum Schließen der Kupplungsanordnung 5 dann aber ohne zwischenliegendes Klemmelement 11 direkt an die Kupplungsscheibe 10 herangeführt. Im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 liegt damit ein der Kupplungsscheibe 10 zugewandtes Ende der Schraube an der Seitenfläche 15 der Kupplungsscheibe 10 an und ist im Gewindegang 17 abgestützt.
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Alternativ ist die Planspiralscheibe 4 auf einer der Planspirale 9 zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 10 in einer Ausnehmung der Kupplungsscheibe 10 eingelassen. Bei einem aus Klemmelement 11 und Spannelement 12 bestehenden Koppelelement ist das Klemmelement 11 zwischen einer Seitenfläche der Planspiralscheibe 9 und einer Seitenfläche der Ausnehmung der Kupplungsscheibe 10 angeordnet, sodass im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 das Klemmelement 11 mit dem Spannelement 12 gegen die Seitenfläche der Planspiralscheibe 4 gepresst wird. Das als Schraube ausgebildete Spannelement 12 ist im Bereich der Ausnehmung der Kupplungsscheibe 10 in einem Gewindegang einer Wandung der Kupplungsscheibe 10 geführt. Im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 liegt die Schraube an dem Klemmelement 11 an und drückt dieses gegen die Planspiralscheibe 4, wobei sich die Schraube in dem Gewindegang in der Wandung der Kupplungsscheibe 10 abstützt.
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Weiterhin kann auch bei der in der Ausnehmung der Kupplungsscheibe 10 eingelassenen Planspiralscheibe 4 das Koppelelement lediglich aus einer Schraube bestehen, die in einem Gewindegang in einer Wandung der Kupplungsscheibe 10 angeordnet ist. Im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 liegt ein der Planspiralscheibe 4 zugewandtes Ende der Schraube an einer Seitenfläche der Planspiralscheibe 4 an, sodass die Kupplungsscheibe 10 und die Planspiralscheibe 4 gegeneinander fixiert sind.
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In einer weiteren Alternative ist eine zur Planspirale 9 abgewandte Seite der Planspiralscheibe 4 beabstandet zu einer der Planspirale 9 zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 10 angeordnet. Das Koppelelement wird aus einem Klemmelement und einem Spannelement gebildet, wobei das Klemmelement zwischen der der Planspirale 9 abgewandten Seite der Planspiralscheibe 4 und der der Planspirale 9 zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 10 angeordnet ist. Zum Schließen der Kupplungsanordnung 5 wird das Klemmelement sowohl gegen die der Planspirale 9 abgewandten Seite der Planspiralscheibe 4 und gegen die der Planspirale 9 zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 10 bewegt. Das Klemmelement kann hierzu beispielsweise keilförmig ausgebildet sein und mit dem Spannelement zwischen Planspiralscheibe 4 und Kupplungsscheibe 10 eingeschoben werden, sodass im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 5 des Klemmelement an der der Planspirale 9 abgewandten Seite der Planspiralscheibe 4 und an der der Planspirale 9 zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 10 anliegt und somit Planspiralscheibe 4 und Kupplungsscheibe 10 gegeneinander fixiert sind.
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Alternativ ist in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen das Verstellelement 6 auch als Schwenkantrieb ausführbar. Dies kann beispielsweise ein Stellzylinder sein, dessen Kolben auf einer bogenförmigen Bahn bewegt wird (Schwenkflügelantrieb). Die bogenförmige Kolbenbewegung wird dann über einen Mitnehmer oder ein Antriebselement als Drehbewegung auf die Kupplungsscheibe übertragen. Der Mitnehmer bzw. das Antriebselement stellen dabei die Wirkverbindung zwischen dem Verstellelement und der Kupplungsscheibe dar. Weiterhin kann der Schwenkantrieb beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass eine Linearbewegung eines Kolbens über eine am Ende des Kolbens angebrachte Zahnstange auf ein mit der Kupplungsscheibe 10 verbundenes Zahnrad übertragen und damit die Kupplungsscheibe 10 in eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung überführt wird. Die Zahnstange und das Zahnrad stellen damit ein Antriebselement für die Wirkverbindung zwischen dem Verstellelement 6 und der Kupplungsscheibe 10 dar. Eine weitere Ausführungsform des Schwenkantriebs kann beispielsweise sein, dass ein in einem Zylinder bewegbarer Kolben über ein Steilgewinde mit der Zylinderinnenwand in Wirkverbindung steht und damit eine Linearbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung des Kolbens umgewandelt und diese Drehbewegung des Kolben auf die Kupplungsscheibe übertragen wird. Die Drehbewegung kann hier beispielsweise über Mitnehmer oder Antriebselemente auf die Kupplungsscheibe übertragen werden, oder der Kolben ist fest mit der Kupplungsscheibe verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- Drehachse
- 3
- Spannbacke
- 4
- Planspiralscheibe
- 5
- Kupplungsanordnung
- 6
- Verstellelement
- 7
- Führungsschiene
- 8
- Verzahnung
- 9
- Planspirale
- 10
- Kupplungsscheibe
- 11
- Klemmelement
- 12
- Spannelement
- 13
- Mitnehmer
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Seitenfläche
- 16
- Seitenfläche
- 17
- Gewindegang
- 18
- Wandung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19836912 A1 [0003]
- DE 102015113194 A1 [0004]
- DE 925140 A [0005, 0006]
