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Die Erfindung betrifft eine Werkstückspannvorrichtung, die zum Einspannen eines Werkstücks eingerichtet ist. Hierzu hat die Werkstückspannvorrichtung zwei Klemmkörper, die in einer Längsrichtung durch Antreiben einer Gewindespindel aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können. Dabei kann ein Werkstück zwischen den Klemmkörpern gespannt oder aus der Spannung der Klemmkörper gelöst werden.
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Eine Werkstückspannvorrichtung ist beispielsweise aus
DE 10 2017 122 112 A1 bekannt. Ein Lagerblock ist mittig zwischen verschiebbar gelagerten Klemmkörpern angeordnet. Eine Gewindespindel zum Bewegen der Klemmkörper ist mehrteilig ausgebildet, wobei jedes Teil der Gewindespindel über eine Gewindehülse im Lagerblock gelagert ist. Die Gewindehülsen liegen mit einem Flansch an der Außenfläche des Lagerblocks an. Die Gewindehülsen sind über eine Verstärkungshülse miteinander verbunden. Anstelle der Verstärkungshülse und der Gewindehülsen kann alternativ auch eine durchgängige Gewindelagerung verwendet werden.
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Es ist häufig gewünscht, ein Werkstück mittig bzw. symmetrisch zu einer vorgegebenen Mittelebene an einer Werkzeugmaschine zu spannen. Beim Anordnen der Werkstückspannvorrichtung auf einem Tisch der Werkzeugmaschine muss daher sichergestellt werden, dass sich die Klemmkörper symmetrisch zur Mittelebene bewegen bzw. positioniert sind.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit beim Positionieren der Gewindespindel gegenüber einer Mittelebene zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkstückspannvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die Werkstückspannvorrichtung hat wenigstens einen Grundkörper, einen ersten Klemmkörper und einen zweiten Klemmkörper. Die Klemmkörper sind an dem wenigstens einen Grundkörper in einer Längsrichtung verschiebbar gelagert. Entweder sind die beiden Klemmkörper an einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet oder der erste Klemmkörper ist an einem ersten Grundkörper und der zweite Klemmkörper an einem von dem ersten Grundkörper separaten zweiten Grundkörper angeordnet.
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Der wenigstens eine Grundkörper hat eine der Gewindespindel abgewandte Unterseite mit einer Grundfläche. Die Grundfläche ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den wenigstens einen Grundkörper an einem Träger anzuordnen und/oder lösbar zu befestigen. Zur lösbaren Befestigung kann eine Befestigungseinrichtung vorhanden sein. Jeder Grundkörper kann über eine separate Befestigungseinrichtung auf dem Träger befestigt sein. Der Träger kann aus einer oder mehreren Trägerplatten bestehen. Die lösbare Befestigung des wenigstens einen Grundkörpers am Träger kann durch eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung realisiert werden. Die Grundfläche erstreckt sich vorzugsweise parallel zu einer Ebene, die durch die Längsrichtung und eine Querrichtung rechtwinklig zur Längsrichtung aufgespannt wird.
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Die Werkstückspannvorrichtung weist außerdem eine sich in Längsrichtung entlang einer Längsachse erstreckende Gewindespindel auf. Die Gewindespindel hat einen ersten Gewindeabschnitt, der mit einem Gegengewinde des ersten Klemmkörpers in Eingriff steht. Die Gewindespindel hat außerdem einen zweiten Gewindeabschnitt, der mit einem Gegengewinde des zweiten Klemmkörpers in Eingriff steht. Der erste Gewindeabschnitt und der zweite Gewindeabschnitt haben unterschiedliche Drehrichtungen bzw. Drehsinne. Der Betrag der Steigung ist im ersten Gewindeabschnitt und im zweiten Gewindeabschnitt gleich groß. Bei einer Drehung der Gewindespindel um ihre Längsachse bewegen sich die beiden Klemmkörper jeweils um den gleichen Weg relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem bzw. relativ zu einer Mittelebene aufeinander zu oder voneinander weg.
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Die Gewindespindel hat zwischen den beiden Gewindeabschnitten einen Zentrierkörper. Der Zentrierkörper weist vorzugsweise zwei Zentrierflächen auf. Die Zentrierflächen können rechtwinklig zur Längsachse der Gewindespindel angeordnet und beispielsweise voneinander abgewandt sind. Vorzugsweise ist der Zentrierkörper rotationssymmetrisch. Beispielsweise kann der Zentrierkörper eine zylindrische oder kreisringförmige Außenkontur aufweisen. Der Zentrierkörper kann bei einem Ausführungsbeispiel als Zentrierring oder Zentrierflansch ausgebildet sein.
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Die Werkstückspannvorrichtung weist außerdem eine Lagereinheit auf, die den Zentrierkörper in Längsrichtung abstützt. Beispielsweise kann die Lagereinheit für jede Zentrierfläche eine zugeordnete Lagerfläche aufweisen. Jeweils eine Lagerfläche und eine Zentrierfläche können somit in Kontakt miteinander gebracht werden, um die Gewindespindel in Längsrichtung über die Lagereinheit abzustützen und dadurch zu positionieren. Die Position der Lagereinheit gibt somit die Position des Zentrierkörpers und mithin der Gewindespindel in Längsrichtung vor. Die Lagereinheit kann am wenigstens einen Grundkörper oder am Träger angeordnet werden.
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Zu der Werkstückspannvorrichtung gehört eine Justageeinrichtung. Die Justageeinrichtung ist dazu eingerichtet, die Position der Lagereinheit in Längsrichtung relativ zum Grundkörper einzustellen. Vorzugsweise dient die Justageeinrichtung ausschließlich dazu, die Position der Lagereinheit in Längsrichtung einzustellen und ist nicht dazu eingerichtet, die Lagereinheit in der eingestellten Position zu befestigen bzw. zu fixieren, beispielsweise am Grundkörper oder am Träger.
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Durch die Justageeinrichtung kann die Position der Gewindespindel unabhängig von der Position des wenigstens einen Grundkörpers exakt gegenüber einer gewünschten Mittelebene definiert werden, die beispielsweise in einem Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine definiert ist. Etwaige vorhandene Toleranzen beim Befestigen des wenigstens einen Grundkörpers und/oder der Lagereinheit am Träger werden auf diese Weise ausgeglichen und es kann ein hoch genaues Arbeiten eines eingespannten Werkstücks erreicht werden.
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Die Lagereinheit und die Justageeinrichtung können an dem wenigstens einen Grundkörper angeordnet sein. Diese Ausführung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Werkstückspannvorrichtung für beide Klemmkörper einen gemeinsamen Grundkörper aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem für jeden Klemmkörper jeweils ein separater Grundkörper vorhanden ist, können die Lagereinheit und die Justageeinrichtung mittels eines Lagerkörpers am Träger befestigt werden, beispielsweise zwischen den Grundkörpern. Der Lagerkörper kann z.B. mittels einer Befestigungseinrichtung am Träger angeordnet werden, wie sie auch zum Befestigen der Grundkörper am Träger verwendet wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Lagereinheit ein Lagerunterteil und ein Lageroberteil aufweist. Vorzugsweise kann die Lagereinheit zweiteilig sein, also aus genau zwei Teilen bestehen.
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Das Lagerunterteil und das Lageroberteil können bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kraftschlüssig miteinander verbunden sein, insbesondere schraubenlos. Beispielsweise kann am Lagerunterteil und/oder am Lageroberteil wenigstens ein Verbindungszapfen vorhanden sein, dem jeweils einem Verbindungsloch am anderen Teil (Lageroberteil bzw. Lagerunterteil) zugeordnet ist. Die Dimensionierung ist vorzugsweise derart, dass beim Ineinanderstecken ein Kraftschluss bzw. Presssitz gebildet wird. Vorzugsweise erfolgt die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerunterteil und dem Lageroberteil ohne Bildung eines Formschlusses. Dadurch lässt sich sehr einfache eine exakte und im Wesentlichen spielfreie Verbindung zwischen dem Lagerunterteil und dem Lageroberteil erreichen. Der Aspekt bzw. die Merkmale, die die Verbindung des Lageroberteils und des Lagerunterteils der Lagereinheit betreffen, können auch unabhängig von den anderen Merkmalen der Werkstückspannvorrichtung eingesetzt werden und stellen somit einen selbstständigen Erfindungsaspekt dar.
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Dieser selbstständige erfindungsgemäße Aspekt betrifft insbesondere die Lagereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Zentrierkörper der Gewindespindel in Längsrichtung der Gewindespindel abzustützen und die das Lagerunterteil und das Lageroberteil aufweist, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere schraubenlos, beispielsweise durch Herstellen eines Presssitzes. Der Formschluss bzw. der Presssitz wird vorzugsweise in einer Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung hergestellt und/oder gelöst, beispielsweise in einer Hochrichtung. Die Hochrichtung ist rechtwinklig zur Grundfläche des wenigstens einen Grundkörpers ausgerichtet.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Lagereinheit einen Basiskörper aufweist, der das Lagerunterteil trägt. Der Basiskörper und das Lagerunterteil sind insbesondere integral ausgebildet und weisen keine Naht- oder Fügestelle auf.
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Zur Aufnahme des Basiskörpers ist es vorteilhaft, wenn im oder am wenigstens einen Grundkörper oder im oder am Lagerkörper eine zur Gewindespindel offene Lageraussparung vorhanden ist. Die Lageraussparung kann durch eine Vertiefung und/oder wenigstens einen Vorsprung begrenzt werden. Die Lageraussparung kann an fünf Seiten vollständig oder teilweise durch eine Seitenwand und einen Boden geschlossen sein.
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Die Lageraussparung ist insbesondere derart dimensioniert, dass der darin angeordnete Basiskörper in Längsrichtung bewegbar angeordnet ist und in Längsrichtung ein Positionierspiel relativ zur Seitenwand der Lageraussparung aufweist. In einer Querrichtung rechtwinklig zur Längsrichtung und insbesondere parallel zur Grundfläche des wenigstens einen Grundkörpers kann der Basiskörper derart abgestützt werden, dass er sich in Querrichtung innerhalb der Lageraussparung im Wesentlichen nicht bewegen kann, abgesehen von einem technisch notwendigen Spiel, um die Verschiebbarkeit des Basiskörpers in Längsrichtung zu gewährleisten.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Werkstückspannvorrichtung eine Fixiereinrichtung aufweist. Die Fixiereinrichtung kann einen Lösezustand und einen Fixierzustand annehmen. Im Fixierzustand verhindert die Fixiereinrichtung eine Bewegung der Lagereinheit in Längsrichtung. Im Fixierzustand wird die von der Justageeinrichtung vorgegebene Position der Lagereinheit in Längsrichtung relativ zum Grundkörper bzw. zum Lagerkörper fixiert. Die Fixiereinrichtung ist vorzugsweise gemeinsam mit der Justageeinrichtung an dem wenigstens einen Grundkörper oder am Lagerkörper angeordnet.
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Die Fixiereinrichtung arbeitet insbesondere vollständig unabhängig von der Justageeinrichtung. Die Justageeinrichtung hat die Funktion, die Lagereinheit in Längsrichtung zu positionieren, wohingegen die Fixiereinrichtung die Funktion hat, die Lagereinheit in der vorgegebenen Position gegen unerwünschte Bewegungen zu fixieren. Dadurch wird vermieden, dass die von der Justageeinrichtung vorgegebene Position beim Auftreten von äußeren Kräften, beispielsweise beim Bearbeiten eines eingespannten Werkstücks, nicht aufrechterhalten wird. Durch das Trennen der Fixiereinrichtung von der Justageeinrichtung kann eine hohe Justagegenauigkeit erreicht werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Fixiereinrichtung im Fixierzustand eine Klemmkraft zwischen der Lagereinheit und dem Grundkörper ausübt, die rechtwinklig zur Längsrichtung wirkt. Insbesondere hat die Klemmkraft keine Kraftkomponente parallel zur Längsrichtung. Vorzugsweise wirkt die Klemmkraft ausschließlich in Hochrichtung rechtwinklig zur Grundfläche des wenigstens einen Grundkörpers, also rechtwinklig zur Längsrichtung und rechtwinklig zur Querrichtung. Im Lösezustand der Fixiereinrichtung ist die Klemmkraft aufgehoben oder zumindest derart reduziert, dass ein Positionieren der Lagereinheit in Längsrichtung mittels der Positioniereinrichtung durchgeführt werden kann. Im Fixierzustand hat die Klemmkraft einen Betrag, der ein Verschieben der Lagereinheit mittels der Positioniereinrichtung verhindert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Fixiereinrichtung wenigstens eine Fixierschraube aufweisen. Jede Fixierschraube kann in einem zugeordneten Durchgangsloch angeordnet sein. Abhängig von der Ausführungsform der Werkstückspannvorrichtung befindet sich das Durchgangsloch in wenigstens einem Grundkörper oder im Lagerkörper der Lagereinheit. Gegenüber dem Grundkörper bzw. dem Lagerkörper weist die Fixierschraube innerhalb des jeweiligen Durchgangsloches ein Bewegungsspiel in Längsrichtung auf, wenn sich die Fixiereinrichtung im Lösezustand befindet. Dadurch wird vermieden, dass im Lösezustand ein Positionieren der Lagereinheit in Längsrichtung blockiert wird, wenn die wenigstens eine Fixierschraube mit der Lagereinheit bzw. dem Basiskörper verbunden und im Durchgangsloch angeordnet ist.
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Jedes Durchgangsloch kann an einer der Gewindespindel abgewandten Seite eine Mündung aufweisen. Die Mündung kann somit abhängig von der Ausführungsform an der Grundfläche des Grundkörpers oder an der Unterseite des Lagerkörpers vorhanden sein. Jedes Durchgangsloch mündet außerdem am jeweils anderen Ende vorzugsweise in die Lageraussparung. Insbesondere kann jede Fixierschraube innerhalb der Lageraussparung in Gewindeeingriff mit dem Basiskörper der Lagereinheit stehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Justageeinrichtung wenigstens einen Exzenterkörper auf. Der wenigstens eine Exzenterkörper steht in Längsrichtung in Kontakt mit der Lagereinheit und insbesondere dem Basiskörper der Lagereinheit. Der wenigstens eine Exzenterkörper ist um eine rechtwinklig oder schräg zur Längsrichtung ausgerichtete Exzenterachse drehbar gelagert. Der wenigstens eine Exzenterkörper kann sich bei der Drehung verschieben. Vorzugsweise erstreckt sich die Exzenterachse in Hochrichtung und kann sich bei der Drehung des Exzenterkörpers unter Beibehaltung ihrer Ausrichtung verschieben. Durch den Kontakt zwischen dem wenigstens einen Exzenterkörper und der Lagereinheit kann beim Drehen des Exzenterkörpers um seine Drehachse ein Verschieben der Lagereinheit in Längsrichtung erfolgen. Es ist bevorzugt, wenn die Lagereinheit zwischen zwei in Längsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten Exzenterkörpern angeordnet ist.
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Der wenigstens eine Exzenterkörper ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch ausgestaltet und kann beispielsweise eine elliptische Umfangskontur aufweisen.
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Beispielsweise kann jeder Exzenterkörper in einer Exzenteraussparung angeordnet sein. Die wenigstens eine Exzenteraussparung kann durch eine kreisbogenförmige Wand um eine parallel zur Hochrichtung verlaufende Hochachse begrenzt sein, insbesondere an den Stellen, an denen die Exzenteraussparung nicht zur Lageraussparung offen ist. Die wenigstens eine Exzenteraussparung kann abhängig vom Ausführungsbeispiel der Werkstückspannvorrichtung im wenigstens einen Grundkörper oder im Lagerkörper der Lagereinheit vorhanden sein. Es ist besonders bevorzugt, wenn jede Exzenteraussparung in Längsrichtung zur Lageraussparung offen ist, so dass der in der Exzenteraussparung angeordnete Exzenterkörper abhängig von seiner Exzentrizität und der Drehstellung um die Exzenterachse zumindest teilweise in die Lageraussparung eingreifen kann.
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Zur Bedienung bzw. Drehung der Exzenterkörper um die Exzenterachse kann jede Exzenteraussparung an einer der Gewindespindel abgewandten Unterseite eine Zugangsöffnung aufweisen. Fluchtend mit der Zugangsöffnung kann der Exzenterkörper eine Werkzeugangriffsfläche aufweisen, beispielsweise einen Innensechskant und/oder einen Innensechsrund oder andere bekannte Werkzeugangriffsflächen. Die Zugangsöffnung ist abhängig von der Ausführungsform der Werkstückspannvorrichtung am wenigstens einen Grundkörper oder am Lagerkörper der Lagereinheit vorhanden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkstückspannvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Die Figuren in den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische blockschaltbildähnliche Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Werkstückspannvorrichtung mit einem einzigen Grundkörper,
- 2 eine schematische blockschaltbildähnliche Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Werkstückspannvorrichtung mit zwei separaten Grundkörpern,
- 3 eine schematische teilgeschnittene Prinzipdarstellung einer Lagereinheit, einer Justageeinrichtung und einer Fixiereinrichtung der Werkstückspannvorrichtung,
- 4 eine Prinzipdarstellung der Funktionsweise der Justageeinrichtung der Werkstückspannvorrichtung,
- 5 eine schematische Prinzipdarstellung eines Teils einer Befestigungseinrichtung zum Befestigen des wenigstens einen Grundkörpers an einem Träger,
- 6 eine perspektivische teilgeschnittene Darstellung eines Grundkörpers, einer Lagereinheit sowie einer Justageeinrichtung in Explosionsdarstellung,
- 7 den Grundkörper aus 6 mit Blick auf eine Grundfläche,
- 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lagereinheit und einer Gewindespindel.
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In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Werkstückspannvorrichtung 10 veranschaulicht. Die Werkstückspannvorrichtung 10 weist einen Grundkörper 11 auf, an dem ein erster Klemmkörper 12 und ein zweiter Klemmkörper 13 in einer Längsrichtung L verschiebbar angeordnet sind. Jeder Klemmkörper 12, 13 hat eine Klemmfläche 14, die beispielsgemäß rechtwinklig zur Längsrichtung L ausgerichtet sind. Zwischen den Klemmflächen 14 der Klemmkörper 12, 13 kann ein Werkstück 15 eingespannt werden. Anders als beim dargestellten Ausführungsbeispiel können die Klemmflächen 14 einen nicht ebenen Verlauf aufweisen. Zum Spannen eines Werkstücks an seinen abgewandten Außenseiten sind die Klemmflächen 14 einander zugewandt. Es ist auch möglich, ein mit einer Aussparung oder einem Hohlraum versehenes Werkstück 15 von innen zu spannen, wobei die Klemmflächen 14 dann voneinander abgewandt sind.
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Bezüglich einer definierten Mittelebene M haben die Klemmflächen 14 in Längsrichtung L denselben Abstand d. Die Klemmflächen 14 sind symmetrisch zur Mittelebene M angeordnet. Dadurch ist es möglich, das Werkstück 15 symmetrisch zur Mittelebene M zu spannen. Die Mittelebene M ist vorzugsweise ortsfest bezüglich eines Trägers 16 angeordnet. Der Träger 16 kann beispielsweise an einem Maschinenbett oder Maschinenschlitten angeordnet werden oder Bestandteil des Maschinenbetts oder des Maschinenschlittens sein.
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Die Werkstückspannvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, kraftschlüssig am Träger 16 befestigt zu werden. Dazu weist der Grundkörper 11 an einer dem Träger 16 zugewandten Unterseite eine Grundfläche 17 auf. Die Grundfläche 17 erstreckt sich vorzugsweise parallel zu einer Ebene, die durch die Längsrichtung L und eine Querrichtung Q aufgespannt wird. Mittels der Grundfläche 17 kann der Grundkörper 11 auf einer Trägerfläche 18 des Trägers 16 aufliegen.
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Zum lösbaren und beispielsgemäß kraftschlüssigen Befestigen des Grundkörpers 11 am Träger 16 ist eine Befestigungseinrichtung 20 vorhanden. Die Befestigungseinrichtung 20 ist ausschnittsweise schematisch in 5 veranschaulicht. Zu der Befestigungseinrichtung 20 gehören mehrere von der Grundfläche 17 wegragende Befestigungsstifte 21. Im Träger 16 sind zur Trägerfläche 18 offene Befestigungslöcher 22 vorhanden. Die Befestigungsstifte 21 und die Befestigungslöcher 22 sind vorzugsweise in einem vorgegebenen Raster in Längsrichtung L bzw. Querrichtung Q angeordnet. Der Träger 16 weist sozusagen ein Befestigungslochraster auf, auf das der Grundkörper 11 mit den Befestigungsstiften 21 in der gewünschten Position aufgesteckt werden kann.
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Der Träger 16 kann durch eine oder mehrere Trägerplatten gebildet sein. Die Trägerfläche 18 kann somit an einer einzigen Trägerplatte oder an mehreren Trägerplatten vorhanden sein. Die Trägerfläche 18 erstreckt sich beispielsgemäß in einer Ebene, die durch die Längsrichtung L und die Querrichtung Q aufgespannt ist.
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Die Befestigungseinrichtung 20 weist außerdem mehrere Schieber 23 auf, von denen in 5 lediglich ein Schieber 23 beispielhaft gezeigt ist. Die Schieber 23 sind in Kanälen 24 des Trägers 16 verschiebbar angeordnet. Die Kanäle 24 erstrecken sich parallel zu der durch die Längsrichtung L und die Querrichtung Q aufgespannten Ebene. Jeder Kanal 24, in dem ein Schieber 23 angeordnet ist, mündet in ein Befestigungsloch 22, so dass ein freies Ende des Schiebers 23 in das Befestigungsloch 22 eingreifen kann und einen dort angeordneten Befestigungsstift 21 mit einer Krafft beaufschlagen kann.
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Wie es in 5 gezeigt ist, weist jeder Befestigungsstift 21 beim Ausführungsbeispiel eine ringsumlaufende Befestigungsnut 25 auf, die sich nach radial innen über zwei Schräg- oder Keilflächen verjüngt. Jeder Schieber 23 hat an seinem dem Befestigungsloch 22 zugeordneten Endabschnitt ebenfalls Schräg- oder Keilflächen, so dass sich der Schieber 23 zu seinem dem Befestigungsloch 22 zugeordneten Ende hin verjüngt. Mit diesem Endabschnitt kann der Schieber 23 in eine Befestigungsnut 25 eines Befestigungsstifts 21 eingreifen. Zum Spannen des Grundkörpers 11 mit seiner Grundfläche 17 gegen die Trägerfläche 18 des Trägers 16 werden der Schieber 23 und der Befestigungsstift 21 derart zur Anlage gebracht, dass auf den Befestigungsstift 21 eine Zugkraft erzeugt wird und der Befestigungsstift 21 außerdem auf der dem Schieber 23 entgegengesetzten Seite gegen die Umfangswand des Befestigungsloches 22 gedrückt wird. Dadurch wird der Grundkörper 11 mit seiner Grundfläche 17 gegen die Trägerfläche 18 gezogen und gleichzeitig in der Ebene, in der sich die Grundfläche 17 bzw. die Trägerfläche 18 erstreckt, positioniert und fixiert.
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Wie bereits erwähnt, kann jeder Grundkörper 11 zum Beispiel genau vier oder auch mehr als vier Befestigungsstifte 21 aufweisen, so dass der Grundkörper 11 mittels vier Schiebern 23 am Träger 16 kraftschlüssig lösbar befestigt werden kann. Zum Beispiel hat der in den 6 und 7 veranschaulichte Grundkörper 11 vier Befestigungsstifte 21, die in 7 veranschaulicht sind.
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Die Werkstückspannvorrichtung 10 weist eine sich entlang einer Längsachse A erstreckende Gewindespindel 30 auf. Die Gewindespindel 30 hat einen ersten Gewindeabschnitt 31, der mit einem Gegengewinde des ersten Klemmkörpers 12 in Eingriff steht. Die Gewindespindel 30 weist außerdem einen zweiten Gewindeabschnitt 32 auf, der mit einem Gegengewinde des zweiten Klemmkörpers 13 in Eingriff steht. Der erste Gewindeabschnitt 31 und der zweite Gewindeabschnitt 32 haben eine entgegengesetzte Drehrichtung bzw. einen entgegengesetzten Drehsinn. Der Betrag der Gewindesteigung des ersten Gewindeabschnitts 31 und des zweiten Gewindeabschnitts 32 sind gleich groß. Bei einer Drehung der Gewindespindel 30 um ihre Längsachse A bewegen sich die beiden Klemmkörper 12, 13 abhängig von der Drehrichtung der Gewindespindel 30 aufeinander zu oder voneinander weg. Dabei legt der erste Klemmkörper 12 relativ zum Grundkörper 11 bzw. zur Mittelebene M denselben Weg zurück wie der zweite Klemmkörper 13. Durch diese Bewegung kann das Werkstück 15 gespannt oder gelöst werden. Die Klemmflächen 14 der Klemmkörper 12, 13 bleiben mit demselben Abstand d bzw. symmetrisch zur Mittelebene M angeordnet.
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Um die Gewindespindel 30 um ihre Längsachse A drehen zu können, kann die Gewindespindel 30 an einem Ende eine Werkzeugangriffsfläche 33 aufweisen. Die Werkzeugangriffsfläche 33 kann in bekannter Weise ausgestaltet sein, beispielsweise durch einen Außensechskant, einen Außensechsrund, einen Innensechskant, einen Innensechsrund, eine beliebige Kombination davon oder eine andere an sich bekannte Ausgestaltung einer Werkzeugangriffsfläche 33. Das die Werkzeugangriffsfläche 33 aufweisende Ende der Gewindespindel 30 ragt in Längsrichtung L vorzugsweise über den Grundkörper 11 hinaus, um die Zugänglichkeit zur Werkzeugangriffsfläche 33 zu verbessern.
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Wie es in 1 und genauer in 8 zu erkennen ist, hat die Gewindespindel 30 zwischen dem ersten Gewindeabschnitt 31 und dem zweiten Gewindeabschnitt 32 einen Zentrierkörper 34. Der Zentrierkörper 34 hat zwei voneinander abgewandte Zentrierflächen 35. Beim Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Zentrierflächen 35 parallel zueinander in einer Ebene, rechtwinklig zur Längsrichtung L bzw. rechtwinklig zur Längsachse A.
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Der Zentrierkörper 34 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Er kann eine zylindrische Außenkontur aufweisen und beispielsweise einen Zentrierring oder Zentrierflansch bilden.
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Die Werkstückspannvorrichtung 10 weist eine Lagereinheit 40 auf, die dazu eingerichtet ist, die Gewindespindel 30 in Längsrichtung L abzustützen und dadurch zu positionieren. Dazu stützt die Lagereinheit 40 die Gewindespindel 30 am Zentrierkörper 34 und beispielsgemäß den Zentrierflächen 35 ab.
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Zum Abstützen des Zentrierkörpers 34 weist die Lagereinheit 40 zwei Lagerflächen 41 auf (3, 6 und 8). Die Lagerflächen 41 sind in Längsrichtung L mit Abstand zueinander angeordnet und weisen abgesehen von einem technisch erforderlichen Spiel denselben Abstand auf, wie die beiden Zentrierflächen 35 des Zentrierkörpers 34. Die beiden Lagerflächen 41 sind einander zugewandt. Die beiden Lagerflächen sind beim Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Längsrichtung L ausgerichtet. In Längsrichtung L mittig zwischen den beiden Lagerflächen 41 ist die Mittelebene M definiert.
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Die Lagereinheit 40 weist beim Ausführungsbeispiel ein Lagerunterteil 42 und ein Lageroberteil 43 auf (6 und 8). Sowohl am Lagerunterteil 42, als auch am Lageroberteil 43 ist jeweils ein Abschnitt der beiden Lagerflächen 41 vorhanden. Das Lagerunterteil 42 und das Lageroberteil 43 bilden beim Ausführungsbeispiel jeweils eine Halbschale, die zur Aufnahme des Zentrierkörpers 34 zusammenarbeiten. Die Trennebene zwischen den Halbschalen des Lagerunterteils 42 und des Lageroberteils 43 verläuft beim Ausführungsbeispiel parallel zur Längsrichtung L und parallel zur Querrichtung Q.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Lagerfläche 41 durch eine Ringfläche gebildet. Eine Halbringfläche jeder Lagerfläche 41 ist am Lagerunterteil 42 vorhanden und eine Halbringfläche jeder Lagerfläche 41 ist am Lageroberteil 43 vorhanden.
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Die Lagereinheit 40 weist außerdem einen Basiskörper 44 auf. Der Basiskörper 44 trägt das Lagerunterteil 42. Vorzugsweise sind das Lagerunterteil 42 und der Basiskörper 44 integral ausgebildet.
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Der Basiskörper 44 hat beim Ausführungsbeispiel die Form einer Basisplatte. Der Basiskörper 44 ragt in Längsrichtung L über das Lagerunterteil 42 auf beiden Seiten hinaus.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Lagereinheit 40, wie sie insbesondere in den 6 und 8 veranschaulicht ist, können das Lagerunterteil 42 und das Lageroberteil 43 schraubenlos kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Diese Ausgestaltung stellt einen Aspekt der Werkstückspannvorrichtung 10 dar, der unabhängig von allen anderen Merkmalen eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagereinheit 40 darstellt. Zu diesem Zweck werden mehrere Paare aus jeweils einem Verbindungszapfen 48 und einem zugeordneten Verbindungsloch 49 gebildet, die sich beim Ausführungsbeispiel der Lagereinheit 40 in einer Hochrichtung H erstrecken, die rechtwinklig zur Längsrichtung L und rechtwinklig zur Querrichtung Q orientiert ist. Beispielsgemäß sind am Lageroberteil 43 mehrere und vorzugsweise vier Verbindungszapfen 48 vorhanden. Am Lagerunterteil 42 sind beispielsgemäß mehrere Verbindungslöcher 49 und vorzugsweise vier Verbindungslöcher 49 vorhanden. Die Verbindungszapfen 48 und die Verbindungslöcher 49 sind derart dimensioniert, dass eine kraftschlüssige Verbindung bzw. ein Presssitz entsteht, wenn die Verbindungszapfen 48 in das jeweils zugeordnete Verbindungsloch 49 eingeführt bzw. eingedrückt werden. Auf diese Weise kann sehr schnell und einfach eine kraftschlüssige und insbesondere schraubenlose Verbindung zwischen dem Lageroberteil 43 und dem Lagerunterteil 42 der Lagereinheit 40 hergestellt werden.
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Die Lagereinheit 40 kann gemäß einem Aspekt der Erfindung mittels einer Justageeinrichtung 53 in Längsrichtung L relativ zum Grundkörper 11 bzw. relativ zum Träger 16 positioniert werden, wodurch die Lage der Mittelebene M vorgegeben werden kann. Dadurch ist es möglich, die Position der Mittelebene M an einer Werkzeugmaschine genau einzustellen. Das Werkstück 15 kann somit sehr genau symmetrisch zur Mittelebene M gespannt werden, was eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks 15 gewährleistet.
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Die Justageeinrichtung 53 kann wenigstens einen Exzenterkörper 54 aufweisen, der um eine Exzenterachse E drehbar angeordnet ist. Beispielsgemäß ist der Exzenterkörper 54 bezüglich einer beliebigen Achse parallel zur Hochrichtung nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, beispielsweise elliptisch oder auf andere Weise exzentrisch. Bei dieser Drehung um die Exzenterachse E bewegt sich der Exzenterkörper 54 exzentrisch. Die Exzenterachse E erstreckt sich rechtwinklig zur Längsrichtung L und beispielsgemäß in Hochrichtung H. Bei der Drehung des Exzenterkörpers 54 kann sich auch die Exzenterachse E in Längsrichtung L und/oder Querrichtung Q verschieben, wobei sie vorzugsweise parallel zur Hochrichtung H ausgerichtet bleibt.
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Wie es insbesondere in den 3, 4 und 6 zu erkennen ist, weist die Justageeinrichtung 53 beim Ausführungsbeispiel zwei in Längsrichtung L mit Abstand angeordnete Exzenterkörper 54 auf. Jeder Exzenterkörper 54 ist in einer Exzenteraussparung 55 des Grundkörpers 11 angeordnet. Jede Exzenteraussparung 55 kann durch eine kreisbogenförmige Wand um eine parallel zur Hochrichtung verlaufende Hochachse begrenzt sein, insbesondere an den Stellen, an denen die Exzenteraussparung 55 nicht zur Lageraussparung 50 offen ist.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 1, 3, 6 und 7 ist im oder am Grundkörper 11 eine zur Gewindespindel 30 offene Lageraussparung 50 vorhanden, in der der Basiskörper 44 der Lagereinheit 40 derart angeordnet ist, dass es in Längsrichtung L ein Positionierspiel S aufweist. Abhängig von der Position des Basiskörpers 44 in der Lageraussparung 50 verbleibt ein erster Spielanteil S1 auf der einen Seite und ein zweiter Spielanteil S2 des Bewegungsspiels S auf der jeweils anderen Seite des Basiskörpers 44. Die Summe aus dem ersten Spielanteil S1 und dem zweiten Spielanteil S2 entspricht dem Positionierspiel S. In Querrichtung Q ist der Basiskörper 44 mit möglichst geringem Spiel aufgenommen, so dass es in Längsrichtung L möglichst spielfrei geführt bewegbar gelagert ist.
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Die Exzenteraussparungen 55 sind in Längsrichtung L auf entgegengesetzten Seiten der Lageraussparung 50 angeordnet. Die Exzenteraussparungen 55 sind gegenüber der Lageraussparung 50 offen, so dass sie sozusagen in die Lageraussparung übergehen. Ein in der Exzenteraussparung 55 angeordneter Exzenterkörper 54 kann daher teilweise in die Lageraussparung 50 hineinragen.
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Die Exzenterkörper 54 sind in Längsrichtung L auf entgegengesetzten Seiten des Basiskörpers 44 angeordnet. Der Basiskörper 44 steht mit jedem der beiden Exzenterkörper 54 in Kontakt. Eine Anlagefläche 56 des Basiskörpers 44, an der der jeweils zugeordnete Exzenterkörper 54 anliegt, kann in einem Schnitt rechtwinklig zur Hochrichtung H kreisbogenförmig verlaufen und somit einen Umfangsabschnitt einer Zylindermantelfläche bilden. Die beiden Anlageflächen 56 des Basiskörpers 44 sind voneinander abgewandt.
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Abhängig von der aktuellen Drehlage um seine Exzenterachse E ragt jeder Exzenterkörper 54 unterschiedlich weit in die Lageraussparung 50 hinein. Durch Einstellen der Drehlage der beiden Exzenterkörper 54 um ihre jeweilige Exzenterachse E kann somit die Position des dazwischen angeordneten Basiskörper 44 und mithin der Lagereinheit 40 in Längsrichtung L verändert bzw. eingestellt werden.
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Das Bewegen der Lagereinheit 40 und beispielsgemäß des Basisteils 44 in Längsrichtung L ist dann möglich, wenn sich die Fixiereinrichtung 47 in einem Lösezustand befindet. Nachdem die Lagereinheit 40 in Längsrichtung L positioniert wurde, kann die Fixiereinrichtung 47 in einen Fixierzustand gebracht werden, indem ein weiteres Verschieben der Lagereinheit 40 in Längsrichtung L unterbunden wird. Ein Justieren der Position mittels der Justageeinrichtung 53 ist dann nicht mehr möglich.
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Eine Fixiereinrichtung 47 ist dazu eingerichtet, die Lagereinheit 40 in einer gewünschten Position in Längsrichtung zu fixieren. Die Fixiereinrichtung 47 erzeugt im Fixierzustand eine Klemmkraft F (3), die ausschließlich Kraftkomponenten rechtwinklig zur Längsrichtung L aufweist. Beim Ausführungsbeispiel wirkt die Klemmkraft F in Hochrichtung H. Sie drängt den Basiskörper 44 in Hochrichtung H gegen den Grundkörper 11 und beispielsgemäß gegen den Boden der Lageraussparung 50. Durch das Ausrichten der Klemmkraft F rechtwinklig zur Längsrichtung L wird beim Erzeugen der Klemmkraft F vermieden, dass sich die durch die Justageeinrichtung 53 definierte Position der Lagereinheit 40 in Längsrichtung L versehentlich verändert.
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Beim Ausführungsbeispiel weist Fixiereinrichtung 47 wenigstens eine Fixierschraube 46 und wenigstens ein mit einem Innengewinde versehenes Fixierloch 45 in de Lagereinheit 40 uns beispielsgemäß im Basiskörper 44 auf. Beispielsgemäß sind zwei Fixierschrauben 46 und zwei Fixierlöcher 45 vorhanden. Der Grundkörper 11 weist für jede Fixierschraube 46 ein Durchgangsloch 58 auf, durch das die Fixierschraube 46 hindurch ragt. Das Durchgangsloch 58 mündet an einem Ende in die Lageraussparung 50 und weist am anderen Ende an der Unterseite des Grundkörpers 11 bzw. an dessen Grundfläche 17 eine Mündung 59 auf. Im Anschluss an die Mündung 59 kann das Durchgangsloch 58 einen konischen Abschnitt zur Aufnahme eines konischen Schraubenkopfes der Fixierschraube 46 aufweisen.
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In Längsrichtung L sind die Fixierschrauben 46 mit Bewegungsspiel im betreffenden Durchgangsloch 58 angeordnet, wenn sich die Fixiereinrichtung 47 im Lösezustand befindet. Beispielsgemäß wird der Lösezustand eingenommen, wenn die Fixierschrauben 46 keine Klemmkraft F bewirken oder der Betrag der Klemmkraft F unterhalb eines Grenzwertes liegt, der ein Verschieben der Lagereinheit 40 in Längsrichtung L durch die Justageeinrichtung 53 noch erlaubt. Durch dieses Bewegungsspiel in Längsrichtung L wird ein Positionieren der Lagereinheit 40 durch die Justageeinrichtung 53 nicht verhindert, auch wenn die Fixierschrauben 46 in den Durchgangslöchern 58 angeordnet sind.
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In Abwandlung zum veranschaulichten Ausführungsbeispiel könnte die Fixiereinrichtung 47 auch anderweitig ausgeführt sein, um eine Klemmkraft F rechtwinklig zur Längsrichtung L zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Spannkörper auf die Lagereinheit 40 oder den Basiskörper 44 drücken, um die Klemmkraft F zwischen dem Basiskörper 44 und dem Grundkörper 11 zu bewirken. Der Spannkörper kann wiederum durch Schrauben oder andere Verbindungsmittel am Grundkörper 11 befestigt werden.
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An der Unterseite bzw. an der Grundfläche 17 des Grundkörpers 11 kann jede Exzenteraussparung 55 über eine Zugangsöffnung 59 zugänglich sein (7). Die Abmessung der Zugangsöffnung 59 in Querrichtung Q und/oder in Längsrichtung L ist vorzugsweise kleiner als die Abmessung der Exzenteraussparung 55. Dadurch kann der Exzenterkörper 54 in der Exzenteraussparung 55 gehalten werden und dennoch ein Zugang zum Exzenterkörper 54 von der Unterseite bzw. der Grundfläche 17 her geschaffen werden. Beispielsweise kann in Verlängerung der Zugangsöffnung 59 eine Werkzeugangriffsfläche des Exzenterkörpers 54 vorhanden sein, wie etwa ein Innensechskant und/oder ein Innensechsrund, ein Schlitz oder Kreuzschlitz oder eine ähnliche bekannte Werkzeugangriffsfläche, um den Exzenterkörper 54 um die jeweilige Exzenterachse E drehen zu können. Wie erläutert kann sich die Exzenterachse E bei dieser Drehung unter Beibehaltung der Ausrichtung verschieben.
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Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Werkstückspannvorrichtung 10 sind die Lagereinheit 40, die Justageeinrichtung 53 sowie die Fixiereinrichtung 47 am Grundkörper 11 angeordnet. Dies eignet sich für eine Werkstückspannvorrichtung 10, bei der die beiden Klemmkörper 12, 13 an einem gemeinsamen Grundkörper 11 verschiebbar gelagert sind.
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In 2 ist schematisch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Werkstückspannvorrichtung 10 veranschaulicht. Im Unterschied zur bisher beschriebenen Ausführungsform weist die Werkstückspannvorrichtung 10 zwei separate Grundkörper 11 auf, die jeweils mittels einer Befestigungseinrichtung 20 am Träger 16 befestigt werden können. Zwischen den beiden Grundkörpern 11 ist in Längsrichtung L ein Zwischenraum 60 vorhanden. In dem Zwischenraum 60 kann die Lagereinheit 40 mittels eines Lagerkörpers 61 am Träger 16 angeordnet, beispielsweise ebenfalls mit einer Befestigungseinrichtung 20, wie sie auch zum Befestigen der Grundkörper 11 verwendet wird. Die Lageraussparung 50 für die Lagereinheit 40 bzw. für den Basiskörper 44 ist in diesem Fall im oder am Lagerkörper 61 angeordnet. Dort können auch die Exzenteraussparungen 55 für die Exzenterkörper 54 vorhanden sein. Der Lagerkörper 61 kann auch die Durchgangslöcher 58 für die Fixierschrauben 56 und die Zugangsöffnungen 59 aufweisen. Die Anordnung und die Funktionsweise der Lagereinheit 40, der Justageeinrichtung 53 sowie der Fixiereinrichtung 47 entsprechen dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Fixiereinrichtung 47 und die Justageeinrichtung 53 nicht mehr unmittelbar im Grundkörper 11, sondern im separaten Lagerkörper 61 angeordnet sind. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 2 dem vorstehend bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen werden kann.
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Die Erfindung betrifft eine Werkstückspannvorrichtung 10 aufweisend wenigstens einen Grundkörper 11, zwei Klemmkörper 12, 13, die an dem wenigstens einen Grundkörper 11 in Längsrichtung L verschiebbar gelagert sind und mittels einer Gewindespindel 30 aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar sind. Die Gewindespindel 30 weist einen Zentrierkörper 34 auf, der mittels einer Lagereinheit 40 in Längsrichtung L abgestützt bzw. positioniert ist. Eine Justageeinrichtung 53 ist dazu eingerichtet, die Lagereinheit 40 in Längsrichtung L relativ zum Grundkörper 11 zu bewegen bzw. zu positionieren und damit die Gewindespindel 30 in Längsrichtung L zu positionieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkstückspannvorrichtung
- 11
- Grundkörper
- 12
- erster Klemmkörper
- 13
- zweiter Klemmkörper
- 14
- Klemmfläche
- 15
- Werkstück
- 16
- Träger
- 17
- Grundfläche des Grundkörpers
- 18
- Trägerfläche des Trägers
- 20
- Befestigungseinrichtung
- 21
- Befestigungsstift
- 22
- Befestigungsloch
- 23
- Schieber
- 24
- Kanal
- 25
- Befestigungsnut
- 30
- Gewindespindel
- 31
- erster Gewindeabschnitt
- 32
- zweiter Gewindeabschnitt
- 33
- Werkzeugangriffsfläche
- 34
- Zentrierkörper
- 35
- Zentrierfläche
- 40
- Lagereinheit
- 41
- Lagerfläche
- 42
- Lagerunterteil
- 43
- Lageroberteil
- 44
- Basiskörper
- 45
- Fixierloch
- 46
- Fixierschraube
- 47
- Fixiereinrichtung
- 48
- Verbindungszapfen
- 49
- Verbindungsloch
- 50
- Lageraussparung
- 53
- Justageeinrichtung
- 54
- Exzenterkörper
- 55
- Exzenteraussparung
- 58
- Durchgangsloch
- 59
- Zugangsöffnung
- 60
- Zwischenraum
- A
- Längsachse
- d
- Abstand
- E
- Exzenterachse
- H
- Hochrichtung
- L
- Längsrichtung
- M
- Mittelebene
- Q
- Querrichtung
- S
- Positionierspiel
- S1
- erster Spielanteil
- S2
- zweiter Spielanteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017122112 A1 [0002]
