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Die Erfindung betrifft eine Spannbacke für ein Spannfutter, mit einem Backenkörper, an dem mindestens eine Backenstufe ausgebildet ist mit einem an seiner Stirnfläche einen Sensor aufweisenden Stufenkopf zum Halten eines Spanneinsatzes, der aus einem Basisschenkel und zwei von dem Basisschenkel abstehenden Befestigungsschenkeln gebildet ist, wobei auf den gegenüberliegenden Längsseiten des Stufenkopfes jeweils eine Gewindebohrung ausgebildet ist zur Aufnahme einer Befestigungsschraube, deren Schraubenkopf in einer Durchgangsöffnung aufgenommen ist, die in dem der Längsseite zugeordneten Befestigungsschenkel des Spanneinsatzes ausgebildet ist, und wobei auf jeder Seite die Längsachsen der Gewindebohrung und der dieser zugeordneten Durchgangsöffnung bei der Anlage des Basisschenkels an der Stirnfläche einen Versatz aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spannfutter.
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Die Spannkraft eines Spannmittels wie eines Spannfutters unterliegt im Betrieb diversen Störgrößen, nämlich insbesondere Fliehkräften, wirkender Reibung oder Verschleiß. Daher ist trotz der bekannten Betätigungskraft, die auf das einzuspannende Werkzeug oder Werkstück wirkende Spannkraft nie genau bekannt, was nachteilig ist im Hinblick auf den Betrieb des Spannmittels, da eine unzureichende Spannkraft dazu führen kann, dass der eingespannte Gegenstand weggeschleudert wird. Des Weiteren kann die Bearbeitungsgenauigkeit leiden, da eine zu hohe Spannkraft zu einer Deformation führen kann und eine zu geringe Spannkraft im Zweifelsfall die Lagesicherung nicht gewährleistet.
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Aus der
DE 10 2019 109 856 A1 derselben Anmelderin ist es bekannt, bei einer Spannbacke einen Sensor zur Erfassung der Spannbacken an einem Biegebalken anzuordnen, wobei im Backenkörper Aufnahmen für ein Elektronikgehäuse und einen Energiespeicher ausgebildet sind und weiterhin Energie- und Datenleitungen in der Spannbacke zur Verbindung der Komponenten eingebracht sind. An dem Stufenkopf sind seitliche Nuten ausgebildet, in die der Spanneinsatz mit Führungsleisten eingeführt wird. Diese Spannbacke hat sich in dem Sinne bewährt, dass die Spannkraft mittels des Sensors genau erfasst werden kann. Allerdings ist die Fertigung der Spanneinsätze aufgrund der Führungsleisten aufwändig mit vielen Arbeitsschritten und dementsprechend hohen Kosten.
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Aus der
DE 20 2013 104 141 U1 ist eine Spannbackenanordnung bekannt, bei der auf einer Trägerbacke eine Wechselbacke auswechselbar angeordnet ist, wobei die U-förmig gestaltete Wechselbacke in gegenüberliegenden Nuten der Trägerbacke angeordnet ist, und in der Trägerbacke eine Gewindebohrung bereitgestellt ist, die der Aufnahme einer Sicherungsschraube dient, die mit ihrem Kopf die Wechselbacke gegenüber der Trägerbacke sichert. Die Gewindebohrung ist in einer Stufe der Trägerbacke ausgebildet, in dem der Wechselbacke zuweisenden Bereich, dessen Nutzung durch die Gewindebohrung entsprechend festgelegt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannbacke der eingangs genannten Art so auszubilden, dass deren Aufbau vereinfacht ist bei unverändert gegebener Möglichkeit, die tatsächlich wirkende Spannkraft genau zu bestimmen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein verbessertes Spannfutter bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spannbacke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Spannfutter mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die eingangs genannte erfindungsgemäße Spannbacke zeichnet sich dadurch aus, dass die Basisschenkel auf der dem Stufenkopf zuweisenden Seite plan geformt sind und sehr einfach gefertigt werden können, wobei nur die Durchgangsöffnung gegenüber der vorbekannten Spannbacke zusätzlich eingebracht werden muss. Dabei ist sichergestellt, dass die Spannkraft unverändert präzise erfasst werden kann durch den zwischen der Gewindebohrung und der Durchgangsöffnung gegebenen Versatz, der bei Kraftbeaufschlagung eine Verformung des Spanneinsatzes bewirkt in dem Maße, dass über den Schraubenkopf keine Kraft aufgenommen wird, so dass der Kraftfluss über die Stirnfläche mit dem Sensor erfolgt. Durch den Wegfall der der Verbindung mit dem Spanneinsatz genutzten Nuten erhöht sich die Steifigkeit der Spannbacke, wodurch sich auch die Kerbspannungen reduzieren, so dass die Lebensdauer der Spannbacke erhöht ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass die Befestigungsschrauben als Zylinderschrauben mit einem zylindrischen Schraubenkopf gebildet sind. Des Weiteren können die zugehörigen Aussparungen im Spanneinsatz etwas größer ausgeführt und in ihrer Lage leicht versetzt sein, damit sich bei einer Werkstückspannung die Schraubenköpfe nicht an den Aussparungen des Spanneinsatzes abstützen und der Kraftfluss dadurch gestört wird.
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Ein definierter Krafteintrag in den Stufenkopf wird gefördert, wenn unterhalb des Stufenkopfes am Grund der Backenstufe ein Freistich mit einem Konsolradius ausgebildet ist, und wenn an den beiden Seiten des Stufenkopfes, gegenüber den Gewindebohrungen in Richtung der Stirnfläche versetzt jeweils eine Nut ausgebildet ist, die parallel zu der Stirnfläche verläuft. Es ist anzumerken, dass diese Nuten nicht für die Kopplung des Spanneinsatzes genutzt werden und damit funktionell unterschiedlich sind zu den dazu verwendeten Nuten und insbesondere eine verringerte Tiefe aufweisen können.
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Wenn die Stirnfläche an dem Stufenkopf von außen nach innen gegen die Längsachse um eine Konsolwinkel geneigt verläuft, ist bei einer Einspannung eines Werkstücks oder eines Werkzeuges ein Niederzugeffekt gegeben, wobei ein prozesssicherer Niederzug gefördert wird und gegeben ist, wenn der Konsolwinkel zwischen 7° und 12°, insbesondere 10° beträgt.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die der Stirnfläche zuweisenden Seite des Basisschenkels des Spanneinsatzes geneigt verläuft mit einem Spanneinsatz-Konsolwinkel, der um 0,20° bis 0,50° kleiner als der Konsolwinkel ist. Dadurch entsteht ein Vorhaltewinkel Δα, der für eine gleichmäßigere Flächenpressung an der Stirnfläche sorgt und zu einem geringeren Verschleiß führt.
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Wenn Werkstücke mit individuellen Spanndurchmesser gespannt werden müssen, werden relativ weiche Spanneinsatz genutzt, die im montierten Zustand mit Hilfe eines Drehstahls ausgedreht werden. Würden diese weichen Spanneinsätze durch zylindrische Schraubenköpfe gesichert, wäre deren Position undefiniert und die Spanneinsätze würden während des Ausdrehens vibrieren. Dies führte zu einer schlechten Oberflächengüte und schlechter Maßhaltigkeit. Daher ist ein ausdrehbedürftiger Spanneinsatz zusammen mit einer Senkschraube bereitgestellt, bei dem die Durchgangsöffnung außenliegend eine Konusfläche als Senkbohrung aufweist. Dadurch ist die Positionierung fest vorgegeben und Vibrationen werden wirksam unterbunden.
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Dabei weisen die durch die Konusfläche bestimmte Längsachse und die Längsachse der zugeordneten Gewindebohrung einen Mittenversatz auf, wodurch beim Anziehen der Senkschraube der Spanneinsatz gegen den Stufenkopf gezogen wird, ein etwaiges Spiel beseitigt wird, und letztendlich eine definierte Position herbeigeführt wird. Nach dem Ausdrehen kann die Senkschraube wieder durch die Befestigungsschraube mit dem zylindrischen Schraubenkopf getauscht werden.
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Um die Kerbspannungen in der Backenführung des Spannfutters zu minimieren, ist am Backenkörper eine im Querschnitt T-förmige Führungsleiste ausgebildet, bei der in jeder Kehlung ein Freistich mit einem doppelten Hinterstich ausgebildet ist. Dies bewirkt eine deutliche Vergrößerung des Radius, wobei die Fläche der Backenführung kaum reduziert ist.
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Die vorstehend genannten Wirkungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für ein Spannfutter mit Spannbacken der vorstehend genannten Art.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines drei Spannbacken aufweisenden Spannfutters mit einem in Außenspannung eingespannten Werkstück, mit symbolisch dargestellter Datenübertragung aus einer der Spannbacken,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer isolierten Spannbacke, ohne Spanneinsätze,
- 3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer isolierten Spannbacke mit zwei Spanneinsätzen,
- 4 eine Draufsicht auf die Spannbacke aus 3,
- 5 eine Seitenansicht der Spannbacke aus 3,
- 6 eine perspektivische Ansicht eines isolierten Spanneinsatzes,
- 7 eine perspektivische Ansicht eines isolierten Spanneinsatzes in gegenüber 6 abweichender Perspektive,
- 8 eine Vorderansicht der Spannbacke aus 3,
- 9 den Schnitt entlang der Linie IX-IX aus 8,
- 10 den Schnitt X-X aus 8,
- 11 eine der 9 entsprechende Darstellung zur Ausrichtung des Spanneinsatzes,
- 12 das Detail XII aus 11,
- 13 eine der 3 entsprechende Darstellung mit einem alternativen Spanneinsatz an dem oberen Backenkopf,
- 14 eine Seitenansicht der Spannbacke aus 13,
- 15 den Schnitt XV-XV aus 14,
- 16 das Detail XVI aus 15,
- 17 eine Seitenansicht des Spannfutters aus 1,
- 18 das Detail XVIII aus 8, und
- 19 das Detail XIX aus 17.
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In der 1 ist ein Spannfutter 1 dargestellt, das einen Futterkörper 2 aufweist, in dem in gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Backenführungen 3 Spannbacken 4 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei radiale Backenführungen 3 mit entsprechend eingesetzten drei Spannbacken 4 gezeigt, wobei aber eine andere Anzahl von radialen Backenführungen 3 mit zugeordneten Spannbacken 4 gleichfalls möglich ist, insbesondere auch ein Spannfutter 1 mit zwei Spannbacken 4 oder 4, 5, 6 oder mehr als 6 Spannbacken 4. Das Spannfutter 1 wird im Regeleinsatz in üblicher Weise der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zugeordnet, wobei durch die Werkzeugmaschine der drehende Antrieb des Spannfutters 1 erfolgt und die Bereitstellung der Betätigungskraft zur Erzeugung der gewünschten Spannkraft. Die in der 1 symbolisiert dargestellten Funkwellen deuten das Senden kabellos zu übertragender Daten aus den im Spannfutter 1 eingesetzten Spannbacken 4 an eine Empfangseinheit der Werkzeugmaschine an.
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Die Spannbacken 4 selber sind detailliert in den 2 bis 5 dargestellt und weisen einen Backenkörper 6 auf, an dem mindestens eine Backenstufe 7 ausgebildet ist, mit einem Stufenkopf 9 zum Halten eines Spanneinsatzes 10. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei der Backenstufen 7 gezeigt, wobei auch hier gilt, dass eine abweichende Anzahl möglich ist, also auch eine Spannbacke 4 mit nur einer Backenstufe 7, mit drei Backenstufen 7 oder mit vier oder fünf Backenstufen 7 realisiert werden kann, je nach den Anforderungen der erforderlichen Spannverhältnisse. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Backenkörper 6 der Spannbacke 4 als Stufen-Umkehrbacke gestaltet ist, also in einfacher Weise ein Wechsel zwischen der in der 1 dargestellten Außenspannung des Werkstückes 31 zu einer Innenspannung durch einfaches Umdrehen der Spannbacken 4 in den Backenführungen 3 des Spannfutters 1 möglich ist.
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Die Spannbacke 4 weist an jeder Backenstufe 7 an der Stirnfläche 22 des Stufenkopfes 9 einen Sensor 16 auf. Weiterhin ist der Stufenkopf 9 ausgebildet zum Halten des Spanneinsatzes 10, der aus einem Basisschenkel 11 und zwei von dem Basisschenkel 11 abstehenden Befestigungsschenkeln 12 gebildet ist. Auf den gegenüberliegenden Längsseiten des Stufenkopfes 9 ist jeweils eine Gewindebohrung 32 ausgebildet zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 33, deren Schraubenkopf 34 in einer Durchgangsöffnung 35 aufgenommen ist, die in dem der Längsseite zugeordneten Befestigungsschenkel 12 des Spanneinsatzes 10 ausgebildet ist. Auf jeder Seite weisen die Längsachsen der Gewindebohrung 32 und der dieser zugeordneten Durchgangsöffnung 35 bei der Anlage des Basisschenkels 11 an der Stirnfläche 22 einen Versatz auf. Wie insbesondere 10 zeigt, sind die Befestigungsschrauben 33 als Zylinderschrauben mit einem zylindrischen Schraubenkopf gebildet. Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, dass bei einer wirkenden Spannkraft der Spanneinsatz 10 sich verformen kann dergestalt, dass keine Spannkraft über den Schraubenkopf 34 aufgenommen wird und der Sensor 16 die insgesamt wirkende Spannkraft korrekt erfassen kann.
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Unterhalb des Stufenkopfes 9 ist am Grund der Backenstufe 7 ein Freistich 20 mit einem Konsolradius ausgebildet, wobei an den beiden Seiten des Stufenkopfes 9, gegenüber den Gewindebohrungen 32 in Richtung der Stirnfläche 22 versetzt jeweils eine Nut 21 ausgebildet ist, die parallel zu der Stirnfläche 22 verläuft, so dass ein definierter Bereich für die Krafteinleitung abgegrenzt ist.
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Die Stirnfläche 22 an dem Stufenkopf 9 verläuft von außen nach innen gegen die Längsachse um eine Konsolwinkel geneigt, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus den 11 und 12 der Konsolwinkel 10° beträgt. Zu beachten dabei ist, dass die der Stirnfläche 22 zuweisenden Seite des Basisschenkels 11 des Spanneinsatzes geneigt verläuft mit einem Spanneinsatz-Konsolwinkel, der um 0,20° bis 0,50° kleiner als der Konsolwinkel ist. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Spanneinsatz-Konsolwinkel von 9,75° dargestellt, der damit um einen Vorhaltewinkel Δ α 0,25° kleiner als der Konsolwinkel ist.
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Die 13 bis 16 zeigen den Fall, dass ein ausdrehbedürftiger Spanneinsatz 36 genutzt werden muss für die Spannung eines Werkstücks 31 mit individuellem Spanndurchmesser. Die durch Ausdrehen zu erreichende Kontur ist in 13 gestrichelt dargestellt. Dieser ausdrehbedürftige Spanneinsatz 36 ist relativ weich, jedenfalls weicher als der konventionelle Spanneinsatz 10, der in 13 mit Riffelzahnung 37 dargestellt ist. Zum Zwecke des Ausdrehens ist der ausdrehbedürftige Spanneinsatz 36 zusammen mit einer Senkschraube 38 bereitgestellt, bei dem die Durchgangsöffnung 35 außenliegend eine Konusfläche 39 als Senkbohrung aufweist, wobei die durch die Konusfläche 39 bestimmte Längsachse und die Längsachse der zugeordneten Gewindebohrung 32 einen Mittenversatz Δ x aufweist (16). Zum Zwecke des Ausdrehens wird die Senkschraube 38 verwendet, um eine eindeutige Festlegung der Position des ausdrehbedürftigen Spanneinsatzes 36 zu gewährleisten, wobei nach dem Ausdrehen die Senkschraube 38 gegen die Befestigungsschraube 33 mit dem zylindrischen Schraubenkopf 34 getauscht wird, was in der 15 auf der unten liegenden Seite gezeigt ist.
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Die 18 und 19 verweisen darauf, dass am Backenkörper 6 eine im Querschnitt T-förmige Führungsleiste 30 ausgebildet ist, bei der in jeder Kehlung ein Freistich 40 mit einem doppelten Hinterstich 41 ausgebildet ist, was gegenüber der konventionellen, in 19 gestrichelt dargestellten Gestaltung eine deutliche Vergrößerung des Radius zur Reduzierung der Kerbspannung ermöglicht.
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Allgemein gilt, dass an der Stirnfläche 22 eine Sensorstelle 15 ausgebildet ist für die Anordnung des Sensors 16. Dabei ist die Sensorstelle 15 aus einer Tasche 17 gebildet, in der der Sensor 16 angeordnet ist. Der Sensor 16 selber ist als Dehnmessstreifen 18, insbesondere als Metall-Dehnmessstreifen gebildet, der in der Tasche 17 aufgeschweißt ist, wobei die Kontaktierungsflächen über einen Durchgang 19 angeordnet sind, der zur Durchleitung einer Daten- und/oder einer Energieversorgungsleitung 24 bereitgestellt ist (9).
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Die Spanneinsätze 10 selber weisen eine im Querschnitt U-förmige Gestalt auf, wobei auf der Innenseite des Basisschenkels 11 mittig zwischen den Befestigungsschenkel 12 eine Gegentasche 23 ausgebildet ist, deren Abmessungen auf die der Tasche 17 abgestimmt ist.
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Erfolgt jetzt die Einspannung eines Werkstückes, wie aus der 1 ersichtlich, so wird durch die durch die Gegentasche 23 gebildete Aussparung in dem Spanneinsatz 10 und durch die Tasche 17 in der Stirnfläche diese nach Art eines Biegebalkens definiert gebogen, nämlich gedehnt, was auch auf den Dehnmessstreifen 18 wirkt, was einer zur wirkenden Spannkraft proportionaler Widerstands- bzw. Spannungsänderung hervorruft. Der Freistich 20 unterhalb des Stufenkopfes 9 bewirkt dabei einen ungestörten, homogenen Kraftfluss.
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Zu beachten ist weiterhin, dass zum Schutz des Sensors 16, die den Sensor 10 aufnehmende Tasche 17 durch eine Abdeckung verschlossen ist, die vorzugsweise nur destruktiv entfernt werden kann. Schließlich ist auch ersichtlich, dass im Backenkörper 6 eine erste Aufnahme 26 für ein Elektronikgehäuse 27 vorgesehen ist, die über den Durchgang 19 mit der Tasche 17 verbunden ist, und dass im Backenkörper 6 eine zweite Aufnahme 28 für einen Energiespeicher 29, insbesondere eine elektrische Speicherzelle wie einen Akkumulator oder einen Kondensator, vorgesehen ist, die gleichfalls mit dem Durchgang 19 der Tasche 17 verbunden ist. Die durch den Metall-Dehnmessstreifen 18 erfassten Daten können dadurch dem Elektronikgehäuse 27 zugeführt werden, in dem die erforderlichen Elektronik-Bauteil zur Datenerfassung und Auswertung aufgenommen sind, wobei die Rohdaten oder bearbeiteten Daten des Sensors 16 berührungslos über eine Empfangseinheit der Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- Futterkörper
- 3
- Backenführung
- 4
- Spannbacke
- 5
- Funkwellen
- 6
- Backenkörper
- 7
- Backenstufe
- 9
- Stufenkopf
- 10
- Spanneinsatz
- 11
- Basisschenkel
- 12
- Befestigungsschenkel
- 15
- Sensorstelle
- 16
- Sensor
- 17
- Tasche
- 18
- Dehnmessstreifen
- 19
- Durchgang
- 20
- Freistich
- 21
- Nut
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Gegentasche
- 24
- Datenleitung/Energieversorgungsleitung
- 26
- erste Aufnahme
- 27
- Elektronikgehäuse
- 28
- zweite Aufnahme
- 29
- Energiespeicher
- 30
- Führungsleiste
- 31
- Werkstück
- 32
- Gewindebohrung
- 33
- Befestigungsschraube
- 34
- Schraubenkopf
- 35
- Durchgangsöffnung
- 36
- ausdrehbedürftiger Spanneinsatz
- 37
- Riffelzahnung
- 38
- Senkschraube
- 39
- Konusfläche
- Δ α
- Vorhaltewinkel
- Δ x
- Mittenversatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019109856 A1 [0003]
- DE 202013104141 U1 [0004]
