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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannsystem, insbesondere einen Zentrumspanner.
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Um Werkstücke sicher und präzise zu haltern und beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren, 5-Achs-Fräs- oder Bohrmaschinen bearbeiten zu können, werden üblicherweise Maschinenschraubstöcke eingesetzt, die auch eine Kraftübersetzung aufweisen können. Zu diesen Maschinenschraubstöcken gehören auch Zentrier- oder Zentrumsspanner, bei denen zwei Spannbacken mittels einer Spindel in einem gemeinsamen Grundkörper geführt sind und zentrisch aufeinander zu oder weg bewegbar sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, wie sie prinzipiell aus der
DE 10 2008 013 643 A1 bekannt ist.
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Eine solche Spannvorrichtung weist wenigstens zwei Spannblöcke und eine im oberen Bereich der Spannblöcke angeordnete Spindel zur Einbringung einer Spannkraft auf, die auf einem Maschinentisch oder einer Grundplatte angeordnet sind. Aufgrund der Lage der Spindel in beliebiger Höhe über einer Grundplatte der Spannvorrichtung oder einem Maschinentisch und unmittelbar unterhalb des eingespannten Werkstücks, können hohe Spannkräfte in das Werkstück eingebracht werden, ohne dass sich die Grundplatten oder der Maschinentisch verbögen, auf dem die Vorrichtung montiert ist. Werkstücke neigen bei Aufbringung von Spannkräften ab 30kN dazu, vom Spannboden weg bis zu mehreren Hundertstel Millimetern abgehoben zu werden. Diese Hubbewegung während der Spannkrafteinleitung wird verursacht durch kleinste Fluchtungsfehler der backenparallelen Seitenflanken des Werkstücks, so dass die Spannkraft zu unterschiedlichen Anpresskräften an die Backen und damit zu einem erheblichen Drehmoment und zu Verkantungen führt.
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Sie wird weiter verursacht durch den Abstand zwischen den parallelen Ebenen von Spindel und Werkstückeinspannung. Dies führt zu einer resultierenden Kraft, die zum Anheben des Werkstücks führt. Diese Kräfte, die die Spannbacken dabei erfahren, können von vereinzelten hohen Kraftspitzen bis hin zu anhaltenden Belastungen variieren. Daher ist es essentiell, dass die Spannbacken den hohen Belastungen standhalten.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, auf einem Spannbackenunterteil (Trägerbacke) einen Spannbackenoberteil (Wechseleinsatz) vorzusehen, der an dem Spannbackenunterteil verriegelbar verschwenkbar geführt ist, und der nach oben aus der Trägerbacke entnehmbar ist. Hierzu weist der Wechseleinsatz an seiner der Trägerbacke zugewandten Seite zwei Nasen auf, die in entsprechende Ausnehmungen der Trägerbacke eingreifen und an denen die Schwenkachse durch einen diese durchsetzenden Druckbolzen gebildet ist.
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Die
DE 10 2014 111 802 A1 offenbart einen Zentrumsspanner mit einem Grundkörper und zwei daran angeordneten Schnellwechselbacken sowie einer am Grundkörper angeordneten und auf die Schnellwechselbacken wirkenden Verstellvorrichtung. Der Grundkörper weist an seiner, den Schnellwechselbacken zugewandten Oberseite einen querschnittsgrößeren Bereich auf, der von jedem Schnellwechselbacken umgriffen wird, wobei eine lösbare Arretiervorrichtung zur unmittelbaren oder mittelbaren Arretierung der Schnellwechselbacken an der Verstellvorrichtung vorgesehen ist
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Im Stand der Technik ist es mittlerweile, wie in der
DE 10 2013 103 913 A1 beschrieben, üblich, dass die Spannbacken zweigeteilt ausgebildet sind. Dabei sind diese Spannbacken in etwa diagonal unterteilt, sodass die Spannbacken weniger biege- und verkippungsanfällig sind als horizontal oder vertikal geteilte Spannbacken.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es daher, einen Zentrumspanner zu präsentieren, der resistenter gegen Kraftspitzen und sonstigen hohen Belastungen ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Spannsystem, aufweisend einen Grundkörper, mindestens zwei an dem Grundkörper angeordnete Backen, wobei mindestens eine der Backen an dem Grundkörper beweglich angeordnet ist, das Spannsystem weiter aufweisend eine in einem oberen Bereich der Backen zwischen diesen angeordnete erste Spindel zur Einbringung einer ersten Spannkraft, dadurch gelöst, dass an mindestens einer Backe eine Baugruppe angeordnet ist, die eine zweite Spindel und ein Losteil aufweist, wobei die zweite Spindel im Betätigungsfall derart auf das Losteil wirkend ist, dass dieses eine zweite Spannkraft aufbringend ist.
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Wie im Stand der Technik üblich, weist das erfindungsgemäße Spannsystem einen Grundkörper und mindestens zwei Backen auf, wovon mindestens eine beweglich auf dem Grundkörper angeordnet ist. Die Backen sind dabei durch eine erste Spindel verbunden, durch deren Bedienung der Abstand zwischen den Backen einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass beide Backen beweglich auf dem Grundkörper angeordnet sind, sodass das Spannsystem als Zentrumspanner ausgebildet ist. Der Grundkörper weist dabei erfindungsgemäß eine Vorrichtung auf, insbesondere eine Schiene, die es erlaubt, die Backen zumindest einachsig beweglich auf dem Grundkörper anzubringen. Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass die erste Spindel vorzugsweise zweiteilig oder mehrteilig ist, sodass größere Einspannweiten erreicht werden können, und dass die erste Spindel austauschbar ist, sodass je nach Bedarf unterschiedlich lange erste Spindeln eingesetzt werden können. Dies erhöht den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Spannsystems deutlich. Die erste Spindel ist vorzugsweise an einem oberen Bereich der Spannbacken angeordnet, welcher insbesondere einen Bereich mit einem möglichst geringen Abstand zu einer unteren Kante eines eingespannten und zu bearbeitenden Werkstücks darstellt. Dadurch ist eine erhöhte Stabilität des Spannsystems und insbesondere der Backen gegen Verformungen gewährleistet. Die Nachteile des Standes der Technik werden durch mindestens eine Baugruppe gelöst, welche an mindestens einer Backe so angeordnet ist, dass sie oberhalb der ersten Spindel liegt, und welche ein Losteil und eine zweite Spindel aufweist, durch die das Losteil relativ zur Backe verstellbar ist und eine Spannkraft in ein eingesetztes Werkstück einbringend ist. Dabei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft vorgesehen, dass die zweite Spindel auf Höhe von Auflageflächen ist, welche im Betriebszustand direkt an dem Werkstück anliegen.
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Durch eine Vorspannung der ersten Spindel kann das Werkstück vorgespannt sein, sodass das Werkstück in dem Spannsystem gehalten ist, ohne dass größere Kräfte auf die Backen wirkend sind. Durch festes Einspannen durch Betätigung der zweiten Spindel sind die erste Spindel und die Backen im Bereich der ersten Spindel dabei deutlich entlastet. Bei diesem Einspannen ist das Losteil in horizontaler Richtung zur Backe lageverändert. Die Auflageflächen, die das Werkstück im Betriebszustand direkt kontaktierend sind, sind auf dem Losteil angeordnet, insbesondere auf der Seite des Losteils, die der Seite des Losteils, in die die zweite Spindel greifend ist, gegenüberliegend ist.
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Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, weitere, eine zweite Spindel aufweisende Baugruppen zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die zweite Spindel in der Backe derart angeordnet ist, dass der Abstand der zweiten Spindel zum Grundkörper größer ist, als dessen Abstand zur ersten Spindel, womit die zweite Spindel oberhalb der ersten angeordnet ist. Dadurch ist der darunter liegende Bereich der Backe, in dem die erste Spindel angeordnet ist, entlastet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Festteil lösbar mit der Backe verbunden und auf, vom Grundkörper abgewandten Seite der Backe angebracht ist. Die zweite Spindel ist in dieser Ausführungsform im Festteil angeordnet und die relative Lage von Losteil zu Festteil verändernd. Durch eine derartige Verbindung ist es vereinfacht, das Festteil mit Baugruppe oder die Backe im Wartungsfall dem Spannsystem zu entnehmen und auszutauschen. Weiterhin eine lösbare Verbindung von Vorteil im Gegensatz zu einer Ausgestaltung, bei der die Baugruppe an der Backe befestigt ist, da so die im Betriebszustand vorherrschenden Kräfte zwischen Festteil und Backe aufgeteilt und Festteil und Backe entlastet werden.
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Erfindungsgemäß wird ein trapezförmiger Aufbau des die zweite Spindel aufweisenden Bauteils, also der Backe oder des Festteils, vorgeschlagen, wobei der Losteil auf diesen aufgeschoben ist und Umgriffe aufweist, welche im Betriebszustand des Spannsystems, insbesondere bei Kraftausübung auf den, oberen Teil der Backe bzw. auf das Festteil sowie speziell auf den Losteil, als Niederzugelemente dienen können und eine Starrheit und Stabilität des Losteils in Verbindung mit der Backe bzw. dem Festteil fördernd sind. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Baugruppe unmittelbar mit der Backe verbunden ist und diese damit die Funktion des Festteils übernehmend ist. Bevorzugt ist auch, dass die kürzere Grundseite der Trapezform an der vom Grundkörper wegweisenden Seite der Backe befindlich ist und der die zweite Spindel aufweisende Teil der Backe nach oben hin bzw. weg vom Grundkörper zugespitzt ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Grundkörper eine grundkörperseitige Rasterung aufweist und mindestens ein Backen auf seiner dem Grundkörper zugewandten Seite eine korrespondierende backenseitige Rasterung aufweist. Dadurch kann der Backen erfindungsgemäß in einem gelösten Zustand mindestens einachsig auf dem Grundkörper bewegbar sein und in einem eingerasteten Zustand so mit dem Grundkörper verbunden sein, dass der Backen nicht bewegbar ist. Der Backen kann so auf eine werkstückgemäße Position voreingestellt werden, sodass das Werkstück in das Spannsystem eingesetzt werden kann und gegebenenfalls ein Verrutschen der Backen vor einer Einstellung der Vorspannung durch Betätigen der ersten Spindel erschwert ist. Dies fördert die Anwenderfreundlichkeit und ermöglicht ein unbeschwertes Vorspannen oder Austauschen der ersten Spindel.
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Von besonders großem Vorteil ist es bei der vorliegenden Erfindung, wenn mindestens einer der Backen eine Arretiervorrichtung aufweist, insbesondere gebildet durch eine Durchgangsbohrung im Backen, einen Sicherungsstift mit einem Eingreifende und einem Lagerbolzen mit einem Eingriffsende, wobei der Lagerbolzen durch den Sicherungsstift relativ zum Grundkörper verstellbar ist und wobei der Lagerbolzen die mindestens eine Backe formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Grundkörper verbindend ist. Eine derartige Ausgestaltung ist in der
EP 2 998 068 A1 der Anmelderin bereits offenbart. Dabei ist durch das Verwenden derartiger Schnellwechselbalken ein unkompliziertes und insbesondere schnelles Anpassen des Spannsystems an unterschiedlich große Werkstücke ermöglicht. Desweiteren sind derartige Schnellwechselbalken konstruktiv einfach und verschmutzungsunanfällig.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren des Spannens durch ein Spannsystem vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist: Verschieben der Backen auf dem Grundkörper bis ein werkstückbezogener Abstand erreicht ist, Einlegen des zu spannenden Werkstücks zwischen Auflageflächen, Vorspannen der Backen durch Betätigen der ersten Spindel, und Spannen des Werkstücks durch Betätigen der zweiten Spindel. Die Backen werden dabei so voreingestellt, dass das Werkstück in etwa so eingelegt werden kann, dass das Werkstück zwischen den Auflageflächen positioniert werden kann und auf den dafür vorgesehenen Bereichen der Backen aufliegen kann, ohne zwischen diese zu rutschen oder zu fallen. Ist das Werkstück eingelegt, wird es erfindungsgemäß durch ein Betätigen der ersten Spindel so vorgespannt, dass ein einfaches Verrutschen des Werkstücks im Spannsystem nicht möglich ist. Durch das Betätigen der zweiten Spindel wird das Werkstück eingespannt, sodass dieses auch bei größeren Krafteinflüssen gegen ein Verrutschen gesichert ist.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf folgende Figuren beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1: Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems
- 2: Frontansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems
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1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems 1. Das Spannsystem 1 umfasst dabei einen Grundkörper 2, welcher wie in der vorliegenden Ausführungsform auch zweiteilig sein kann, insbesondere unterteilt sein kann in einen unteren Grundkörper 2 und eine Rasterplatte mit einer grundkörperseitigen Rasterung 11. Dazu umfasst das Spannsystem 1 zwei Backen 3, wovon mindestens eine Backe 3 auf dem Grundkörper 2 bewegbar angeordnet ist und eine an der dem Grundkörper 2 abgewandten Seite 8 der Backe 3 angeordnete Baugruppe 6, aufweisend ein Losteil 10 und eine zweite Spindel 7, aufweist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Backe 3 in der rechten Bildhälfte fest mit dem Grundkörper 2 verbunden und nicht auf diesem verschiebbar ausgebildet. Weiterhin ist an der Backe 3 in der rechten Bildhälfte keine Baugruppe 6 angeordnet. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß, diesen wie die linke Backe 3 mit dem Grundkörper 2 bewegbar verbunden auszugestalten und eine Baugruppe 6 an diesem anzuordnen. Weiterhin ist die Verwendung weiterer Backen 3 und Baugruppen 6 erfindungsgemäß. Im oberen Bereich 4 der Backen 3, welcher einen Bereich darstellt, der vertikal möglichst dicht an der unteren Kante eines eingelegten Werkstücks ist, ist die erste Spindel 5 angeordnet, welche erfindungsgemäß vorzugsweise zweiteilig oder mehrteilig ist und an beiden Backen 3 einstellbar ist. Durch eine derart hohe Positionierung ist eine Verformung der Backen 3 unwahrscheinlicher und die Stabilität des Spannsystems 1 erhöht. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die zweite Spindel 7 in einem auf die Backe 3 aufgeschobenen, bzw. durch andere Mittel mit dieser verbundenen, Festteil 9 anzuordnen. Allein dargestellt ist jedoch die bevorzugte Ausführungsweise, in dem die zweite Spindel 7 in der Backe 3 angeordnet ist. Hier befindet sich die zweite Spindel 7, wie auch bei der Ausführungsform mit aufgeschobenem Festteil 9, oberhalb der ersten Spindel 5.
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Die in der mindestens einen an einer Backe 3 angeordneten Baugruppe 6 enthaltene zweite Spindel 7 dient dem Einspannen des Werkstücks. Dabei wird das Werkstück im Spannsystem 1 durch die erste Spindel 5 vorgespannt. Durch eine solche Aufteilung der Belastung auf die die beiden Spindeln 5,7 enthaltenen Bereiche der Backen 3 bzw. bei zweiteiliger Ausführung, auf Backe 3 und Festteil 9, ist das Spannsystem 1 resistenter gegenüber Verformungen durch Kraftspitzen oder sonstigen hohen Belastungen.
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Der Losteil 10 weist eine Auflagefläche 20 auf und ist durch die zweite Spindel 7 verschiebbar gelagert. Eine Betätigung der zweiten Spindel 7 verschiebt das Losteil 10 in horizontaler Richtung und dient so dem Einspannen des Werkstücks. Die Backen 3, welche auf dem Grundkörper 2 bewegbar gelagert sind, weisen auf deren dem Grundkörper 2 zugewandten Seite 12 eine zu der grundkörperseitigen Rasterung 11 korrespondierende backenseitige Rasterung 13 auf, welche je nach Betriebszustand von der grundkörperseitigen Rasterung 11 gelöst oder in dieser eingerastet sein kann. Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Arretiervorrichtung 14 vorteilhaft vorgesehen, welche einen Sicherungsstift 16, welcher in einer Durchgangsbohrung 15 in der Backe 3 angeordnet ist, und die weiter einen Lagerbolzen 18 aufweist, welcher vorzugsweise im Inneren der Backe 3 liegt und lediglich unterhalb der Backe 3 zugänglich ist und in Richtung des Grundkörpers 2 die backenseitige Rasterung 13 aufweist. Der Sicherungsstift 16 weist dabei ein in den Lagerbolzen 18 eingreifendes Eingreifende 17 auf. Der Lagerbolzen 18 weist dabei ein zum Sicherungsstift 16 und dessen Eingreifende 17 so korrespondierendes Eingriffsende 19 auf, dass der Sicherungsstift 16 je nach Eingreiftiefe den Lagerbolzen 18 mit der backenseitigen Rasterung 13 in die grundkörperseitigen Rasterung 11 pressend ist, oder den Lagerbolzen 18 so entlastet, dass die Rasterungen 11, 13 nicht ineinander greifend sind und die Backe 3 auf dem Grundkörper 2 frei verschiebbar ist. Da sich bei der Bearbeitung des Werkstücks in der Regel viel Schmutz und Späne im Spannsystem 1 befindet, sind auf den vorhandenen Öffnungen Abdeckplatten 21 vorgesehen, die die Öffnungen vor Verunreinigungen schützen. Die Abdeckplatten 21 sind insbesondere für die Öffnungen zur Einstellung der ersten Spindel 5, der zweiten Spindel 7 und des Sicherungsstiftes 16, aber auch für sonstige Öffnungen vorgesehen.
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2 zeigt eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems 1. Eine Backe 3 ist auf einem Grundkörper 2 angeordnet, wobei die Backe 3 durch Umgriffe 22 auf dem Grundkörper 2 verschiebbar angeordnet ist. Durch die Arretiervorrichtung 14, welche den hier dargestellten Sicherungsstift 16 aufweist, durch dessen Verstellen die Backe 3 von einem auf dem Grundkörper 2 eingerasteten Zustand in einen gelösten und damit auf dem Grundkörper 2 bewegbaren Zustand überbringbar ist. Im oberen Bereich 4 der Backe 3, welcher einen Bereich darstellt, der möglichst dicht an einer unteren Kante eines eingespannten Werkstücks ist, ist die Ausnehmung für den Zugang zur ersten Spindel 5 angeordnet. Über der Ausnehmung für den Zugang zur ersten Spindel 5 ist die Baugruppe 6 angeordnet. Im hier dargestellten Beispiel ist ein eine Ausnehmung für den Zugang einer zweiten Spindel 7 aufweisender Festteil 9 integraler Bestandteil der Backe 3. Der Losteil 10 ist auf einen die Ausnehmung für den Zugang einer zweiten Spindel 7 enthaltenden Teil der Backe 3 aufgeschoben. Dieser ist dabei vorzugsweise trapezförmig ausgestaltet, wobei die längere Grundseite an die Ausnehmung für den Zugang zur ersten Spindel 5 grenzt und die kürzere Grundseite oberhalb der Ausnehmung für den Zugang der zweiten Spindel 7 liegt. Durch eine derartige Form ist ein optimaler Kompromiss zwischen einer möglichst verformungsfreien Spannung durch den die zweite Spindel 7 enthaltenden Teil der Backe 3 selbst und einer ausreichenden Stabilität der Verbindung zwischen Baugruppe 6 und Backe 3 erreicht. Dabei weist der Losteil 10 Umgriffe 22 auf, wodurch der Losteil 10 auf dem Festteil 9, bzw., bei integraler Ausführung von Backe 3 und Festteil, auf dem die Ausnehmung für den Zugang der zweiten Spindel 7 enthaltenden Teil der Backe 3 formschlüssig verschiebbar gelagert ist. Weiterhin können sowohl die Umgriffe 22 der Backe 3 als auch die Umgriffe 22 des Losteils 10 bei hohen Krafteinflüssen als Niederzugelemente dienen, sodass durch diese eine erhöhte Resistenz gegenüber Verformungen und eine Starrheit und Stabilität der Baugruppe 6 in Verbindung mit der Backe 3 ermöglicht ist. Die im Festteil 9 bzw., bei integraler Ausführung von Festteil 9 und Backe 3, in der Backe 3 oberhalb der Ausnehmung für die erste Spindel 5 angeordnete Ausnehmung für die zweite Spindel 7 ist derart ausgebildet, dass sie bei Betätigung den Losteil 10 verschiebend ist. Auf den Ausnehmungen für die erste Spindel 5, die zweite Spindel 7 und die Arretiervorrichtung 14 sind erfindungsgemäß lösbar verbindbare Abdeckplatten 21 vorgesehen, welche die Ausnehmungen vor Schmutz und Späne, welche durch das Bearbeiten des eingespannten Werkstücks entstehen, schützen sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannsystem
- 2
- Grundkörper
- 3
- Backe
- 4
- Oberer Bereich
- 5
- Erste Spindel
- 6
- Baugruppe
- 7
- Zweite Spindel
- 8
- Abgewandte Seite
- 9
- Festteil
- 10
- Losteil
- 11
- Grundkörperseitige Rasterung
- 12
- Zugewandte Seite
- 13
- Backenseitige Rasterung
- 14
- Arretiervorrichtung
- 15
- Durchgangsbohrung
- 16
- Sicherungsstift
- 17
- Eingreifende
- 18
- Lagerbolzen
- 19
- Eingriffsende
- 20
- Auflageflächen
- 21
- Abdeckplatte
- 22
- Umgriff
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008013643 A1 [0003]
- DE 102014111802 A1 [0007]
- DE 102013103913 A1 [0008]
- EP 2998068 A1 [0018]
