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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Induktionserwärmung eines Werkzeughalters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus
EP 1 519 632 A1 bekannt. Diese vorbekannte Vorrichtung zur Induktionserwärmung eines Werkzeughalters ist mit einem Magnetfeldgenerator ausgestattet, der einen Werkzeughalteraufnahmeraum umschließt. An einem stirnseitigen Endbereich des Magnetfeldgenerators ist eine Polschuhanordnung angeordnet, die über eine Anzahl von um eine zugeordnete Polschuhdrehachse schwenkbaren Polschwingen aufweist. Mit den Polschwingen ist die lichte Weite des betreffenden Endbereichs des Magnetfeldgenerators auf die Größe eines in dem Werkzeughalteraufnahmeraum angeordneten Werkzeughalters anpassbar, um ein von dem Magnetfeldgenerator erzeugtes Magnetfeld soweit als möglich im Werkzeughalteraufnahmeraum zu konzentrieren.
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Aus
DE 10 2008 045 781 A1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Ein- und Ausspannen eines Werkzeugschafts eines Werkzeugs, insbesondere eines Rotationswerkzeugs in einem Werkzeughalter bekannt. Der Werkzeughalter weist eine an einem freien Ende offene Einspannhülse aus einem elektrisch leitenden Werkstoff zur reibschlüssigen Aufnahme des Werkzeugschafts auf. Im Betriebszustand der Vorrichtung sind die freie Stirnfläche der Spannhülse zumindest teilweise überdeckende Konzentratorelemente vorgesehen, die in Richtung auf die durch die Spannhülse aufgespannte Drehachse mit einer radialen und axialen Komponente verstellbar sind.
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Aus
DE 10 2006 016 103 A1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Werkzeugaufnahmen und anderen Gegenständen bekannt, die eine Spulenanordnung mit einem Polschuh beinhaltet. Der Polschuh besteht aus mehreren geschichteten Lamellen aus einem magnetisch und elektrisch leitenden Material, wobei die metallischen Lamellen stehend angeordnet und gegenseitig elektrisch isoliert sind. Die blockweise angeordneten Lamellen sind radial verstellbar ausgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich durch eine sehr wirkungsvolle und mit einem verhältnismäßig geringen Wartungsaufwand dauerhaft gewährleistete magnetische Abschirmung des Magnetfeldgenerators an einer Stirnseite auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass die oder jede Polschwinge ein mit der zugeordneten Polschuhdrehachse gekoppeltes Achsstück, ein in einem Abstand von dem Achsstück angeordnetes Polstück und eine Speichenleitplatte aufweist, an der auf einer Seite das Achsstück und das Polstück angebracht sind, lässt sich die oder jede Polschwinge um die betreffende Polschuhdrehachse drehen, um das oder jedes Polstück über den stirnseitigen Endbereich des Magnetfeldgenerators zum Anpassen an die Größe eines in dem Werkzeughalteraufnahmeraum angeordneten Werkzeughalters zu schwenken und somit das Magnetfeld vom Austritt nach außen weitgehend abzuhalten sowie das Magnetfeld in dem Werkzeughalteraufnahmeraum zu konzentrieren. Durch den mehrteiligen Aufbau der oder jeder Polschwinge ergibt sich darüber hinaus ein verhältnismäßig geringer Wartungsaufwand dadurch, dass das gegenüber dem oder jedem Achsstück verhältnismäßig verschleißanfällige Polstück einfach austauschbar und bei entsprechender Formgebung sowie Befestigung des Polstücks zweckmäßigerweise auch drehbar ist, um die magnetische Abschirmung auch noch vor einem Komplettaustausch eines Polstücks weitestgehend störungsfrei zu gewährleisten.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.
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Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem in einem Werkzeughalteraufnahmeraum angeordneten Werkzeughalter,
- 2 in einer perspektivischen Explosionsansicht den beispielhaften Aufbau einer Polschwinge bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß 1,
- 3 in einer Schnittansicht den Aufbau der Polschwinge gemäß 2 in verbauter Anordnung,
- 4 in einer detaillierteren perspektivischen Ansicht das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit der Darstellung insbesondere von Antriebsmitteln zum Drehen von Polschwingen,
- 5 in einer perspektivischen Ansicht das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit den Polschwingen in einer maximal geöffneten Stellung,
- 6 in einer perspektivischen Ansicht gemäß 3 das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit den Polschwingen in einer maximal geschlossenen Stellung,
- 7 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung gemäß 1 in der maximal geöffneten Stellung,
- 8 in einer Draufsicht entsprechend 7 die Anordnung der Polschwingen in einer Zwischenstellung und
- 9 in einer Draufsicht entsprechend 7 die Anordnung der Polschwingen in einer maximal geschlossenen Stellung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Induktionserwärmung eines Werkzeughalters 103 gemäß der Erfindung. Der der Darstellung gemäß 1 beispielhaft mit einem gegenüber einem Sockelabschnitt 106 in einem dem Sockelabschnitt 106 gegenüberliegenden Spannabschnitt 109 mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser dimensionierte Werkzeughalter 103 ist mit dem Sockelabschnitt 106 in einem Haltersockel 112 angeordnet. Der Haltersockel 112 wiederum ist an einer Grundplatte 115 angeordnet, die mit einem in der Darstellung gemäß 1 nur teilweise gezeigten Maschinenrahmen 118 in Verbindung steht.
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An den Maschinenrahmen 118 ist in einer üblicherweise vertikalen Verschieberichtung ein quaderartig ausgebildetes Gehäuse 121 verschiebbar gelagert. Das Gehäuse 121 verfügt über eine in der Darstellung gemäß 1 dem Betrachter zugewandte Deckwand 124, über eine der Deckwand 124 in einem Abstand gegenüberliegende Bodenwand 127 und über eine umlaufende, zwischen der Deckwand 124 sowie der Bodenwand 127 angeordnete Seitenwand 130.
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Weiterhin ist in 1 dargestellt, dass in dem Gehäuse 121 ein zylinderartiger Werkzeughalteraufnahmeraum 133 ausgebildet ist, in dem bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Gehäuses 121 in Bezug auf den Werkzeughalter 103 der Spannabschnitt 109 angeordnet ist. Der Werkzeughalteraufnahmeraum 133 ist von einem Magnetfeldgenerator 136 umschlossen, mit dem ein verhältnismäßig starkes, den Werkzeughalteraufnahmeraum 133 durchsetzendes und damit auch einen in dem Werkzeughalteraufnahmeraum 133 angeordneten Spannabschnitt 109 beaufschlagendes Magnetfeld zur Induktionserwärmung des Spannabschnitts 109 des Werkzeughalters 103 erzeugbar ist.
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Weiterhin ist aus der Darstellung gemäß 1 erkennbar, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Vorrichtung als Polschuhanordnung über eine Anzahl von Polschwingen 139 verfügt, die konzentrisch um den Werkzeughalterraum 133 angeordnet sind. Die Polschwingen 139 sind, wie weiter unten näher erläutert, mit einer in der Darstellung gemäß 1 nicht sichtbaren Polschuhachse drehbar in dem Gehäuse 121 gelagert, wobei die Polschuhachsen in einem Abstand von dem Werkzeughalteraufnahmeraum 133 positioniert sind. Die Polschwingen 139 erstrecken sich von der jeweiligen Polschuhachse in Richtung einer Schwingenachse weg.
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2 zeigt in einer perspektivischen Explosionsansicht den beispielhaften Aufbau einer in 1 dargestellten Polschwinge 139. Die Polschwinge 139 verfügt über eine Polschuhachse 203 und als Achsstück über eine tellerartig, in Gestalt eines flachen Zylinders ausgebildete Drehronde 206, die mit einer mittigen Achsaufnahmeausnehmung 209 auf einen endseitigen Aufsteckabschnitt 212 der Polschuhachse 203 aufsteckbar ist. Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 2 entnehmen, dass die Drehronde 206 über eine in einem radialen Abstand von der Achsaufnahmeausnehmung 209 angeordnete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Stiftaufnahmenut 215 sowie über zwei ebenfalls in einem radialen Abstand von der Achsaufnahmeausnehmung 209 angeordnete Schraubenaufnahmeausnehmung 218 verfügt. Die Drehronde 206 ist aus einem magnetisch nichtleitenden oder allenfalls magnetisch sehr schlecht leitenden Material hergestellt.
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Weiterhin ist die Polschwinge 139 mit einer wie die Drehronde 206 aus weiter unten ersichtlichen Gründen vorzugsweise tellerartig nach Art eines abgeflachten Zylinders ausgebildeten Polscheibe 221 als Polstück aus einem magnetisch gut leitenden, elektrisch aber nichtleitenden oder allenfalls schlecht leitenden Material aus einem vorzugsweise weichmagnetischen Werkstoff ausgestattet. Es versteht sich jedoch, dass das Polstück auch eine andere Gestalt aufweisen kann. Auf der bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Polscheibe 221 dem Werkzeughalteraufnahmeraum 133 zugewandten Seite ist auf die Polscheibe 221 eine vorzugsweise keramische Schutzschicht 224 aufgebracht, um diese Seite der Polscheibe 221 soweit als möglich gegen Beschädigungen wie Materialabplatzungen zu schützen. Die Polscheibe 221 ist mit einer mittigen Befestigungsausnehmung 233 ausgebildet.
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Die Polschwinge 139 ist weiterhin mit einem Feldbrückenteil 227 ausgestattet, das, wie weiter unten näher erläutert, in zusammengefügter Anordnung der Polschwinge 139 in Richtung der Schwingenachse zwischen der Drehronde 206 sowie der Polscheibe 221 angeordnet ist und diese mit kreisbogenartig ausgebildeten Einpassausnehmungen 230 randseitig umschließt. Das Feldbrückenteil 227 ist aus einem magnetisch gut leitenden, elektrisch jedoch nichtleitenden oder allenfalls schlecht leitenden, vorzugsweise weichmagnetischen Werkstoff hergestellt.
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Des Weiteren verfügt die Polschwinge 139 über eine Speichenleitplatte 236 aus einem magnetisch gut leitenden, elektrisch jedoch nichtleitenden oder allenfalls schlecht leitenden, vorzugsweise weichmagnetischen Werkstoff mit einer verhältnismäßig hohen mechanischen Stabilität. Die Speichenleitplatte 236 ist mit einer die Drehronde 206, die Polscheibe 221 und bei bestimmungsgemäßer Anordnung das zwischengefügte Feldbrückenteil 227 bündig überdeckenden Gestalt ausgebildet sowie mit einer Anzahl von Befestigungsausnehmungen 239 ausgestattet, die in zusammengefügter Anordnung mit der Achsaufnahmeausnehmung 209, mit den Schraubenaufnahmeausnehmungen 218 der Drehronde 206 beziehungsweise mit der Befestigungsausnehmung 233 der gegenüber der Speichenleitplatte 236 drehbaren Polscheibe 221 fluchten.
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Weiterhin verfügt die Polscheibe 139 über eine Speichendeckplatte 242, die aus einem magnetisch nichtleitenden oder allenfalls schlecht leitenden, mechanisch bruchfesten Material mit einer verhältnismäßig hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt und entsprechend der Speichenleitplatte 236 mit Befestigungsausnehmungen 245 ausgebildet ist, die in bestimmungsgemäß zusammengefügter Anordnung mit den Befestigungsausnehmungen 239 der Speichenleitplatte 236 fluchten.
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Darüber hinaus weist die Polschwinge 139 als Handbetätigungsteil ein kuppelartiges Kopfstück 248 auf, das bei bestimmungsgemäßer Anordnung mit einer Flachseite der Speichendeckplatte 242 zugewandt ist und auf dieser aufliegt.
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Des Weiteren ist die Polschwinge 139 mit einer Anzahl von Befestigungsschrauben 251 ausgestattet, mit denen die Polschuhachse 203, die Drehronde 206, die Polscheibe 221, das Feldbrückenteil 227, die Speichenleitplatte 236, die Speichendeckplatte 242 und das Kopfstück 248 in einer einem Durchschnittsfachmann geläufigen Art und Weise drehfest mit der Polschuhachse 203 zu einem lösbar festen Verbund zusammenfügbar sind.
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3 zeigt die in 2 detaillierter erläuterte Polschwinge 139 in zusammengefügter Anordnung der vorangehend beschriebenen Komponenten und in mit dem in 3 nur abschnittsweise dargestellten Gehäuse 121 verbauter Anordnung. Der 3 ist zu entnehmen, dass die Polschuhachse 203 beispielsweise über Gleitlager 303 in der Deckwand 124 und in der Bodenwand 127 des Gehäuses 121 drehbar gelagert ist. Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 3 entnehmen, dass in der Deckwand 124 für die oder jede Polschwinge 139 ein Drehbegrenzungsstift 306 verankert ist, der in die Stiftaufnahmenut 215 der betreffenden Drehronde 206 eingreift und dadurch deren Drehwinkel begrenzt.
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Aus der Darstellung der 3 lässt sich erkennen, dass sich die Polscheibe 221 einer Polschwinge 139 ohne Verändern der relevanten geometrischen Verhältnisse durch das zentrische Anordnen der Befestigungsausnehmung 233, gegebenenfalls nach einem Lockern der in der Befestigungsausnehmung 233 angeordneten Befestigungsschrauben 251, drehen lässt, falls ein Randbereich der Polscheibe 221 insbesondere bei einem Herstellen aus einem verhältnismäßig spröden Material derart beschädigt ist, ohne dass sich eine merkliche Verschlechterung der Beeinflussung des Magnetfelds ergibt.
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Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 3 entnehmen, dass die Polschuhachse 203 der in 3 dargestellten Polschwinge 139 über einen Spannsatz 309 drehfest mit einem Primärabtriebsrad 312 und mit einem Sekundärantriebsrad 315 von weiter unten näher erläuterten Antriebsmitteln zum motorisch angetriebenen Drehen der oder jeder Polschwinge 139 verbunden ist.
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Die Speichenleitplatte 236 dient dabei insbesondere zum Übertragen des Drehmoments sowie der Wärmeableitung von der Polscheibe 221 in den radial außen liegenden Bereich.
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Die Speichendeckplatte 242 wiederum dient zum Erreichen eines verhältnismäßig hohen Widerstandsbiegemoments sowie der Wärmeableitung in die Umgebung.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das anhand 1 bis 3 erläuterte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei zur besseren Übersichtlichkeit einige in 1 erläuterte und dargestellte Komponenten in 4 nicht dargestellt sind. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Polschwingen 139 mit ihren Polschuhachsen 203 konzentrisch um eine in die Bodenwand 127 eingebrachte Durchführausnehmung 403 angeordnet sind. In der Darstellung gemäß 4 tritt durch die Durchführausnehmung 403 der Werkzeughalter 103 mit seinem Spannabschnitt 109 hindurch und ist in radialer Richtung zwischen den Polschwingen 139 angeordnet, wobei eine Stirnseite 406 des Spannabschnitts 109 mit dem offenen Ende einer Werkzeugaufnahmeausnehmung 409 in axialer Richtung den Polscheiben 221 der Polschwingen 139 im Betrieb zur Induktionserwärmung des Spannabschnitts 109 mit einem sehr geringen bis verschwindend geringen Abstand gegenüberliegt beziehungsweise kräftefrei an den Polscheiben 221 anliegt.
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Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 4 entnehmen, dass das Primärabtriebsrad 312 der in 3 dargestellten Polschwinge 139 über einen Primärantriebsriemen 412 als Primärdrehtransmissionselement, der über verstellbare Spannscheiben 415 spannbar ist, mit einem ebenfalls mit einem Spannsatz 418 an einer Motorwelle 421 der Antriebsmittel drehfest verbundenen Primärantriebsrad 424 verbunden ist.
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Jede in 4 dargestellte Polschwinge 139 ist mit einem Sekundärantriebsrad 315 ausgestattet, die über einen Sekundärantriebsriemen 427 als Sekundärdrehtransmissionselement gekoppelt sind. Die Antriebsmittel verfügen über einen beispielsweise als Schrittmotor ausgebildeten, elektrisch ansteuerbaren Antriebsmotor 430, mit dem die Motorwelle 421 zur Drehung antreibbar ist, so dass die Polschwingen 139 über die Vermittlung des Primärantriebsriemens 412 und des Sekundärantriebsriemens 427 in zwei Richtungen, nämlich zum einen auf den Spannabschnitt 109 zu beziehungsweise von dem Spannabschnitt 109 weg, drehbar sind. Zum Kalibrieren der Drehstellung der Polschwingen 139 sowie zum Erfassen der Drehstellung der synchron angetriebenen Polschwingen 139 steht die Motorwelle 421 mit einem Drehwinkelsensor 433 in Verbindung.
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Zweckmäßigerweise ist der Antriebsmotor 430 im stromlosen Zustand mit einer gewissen Bremswirkung auch bei einem stromlosen Antriebsmotor 403 drehbar, so dass die Polschwingen 139 auch durch manuelles drehendes Einwirken auf wenigstens ein Kopfstück 248 von dem Antriebsmotor 403 drehbar sind.
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5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das anhand 1 bis 4 erläuterte Ausführungsbeispiel mit seinen zur Erläuterung der Funktionsweise besonders relevanten Komponenten. In der Darstellung gemäß 5 ist nunmehr ein zu spannendes Werkzeug 503 dargestellt, das in der Werkzeugaufnahmeausnehmung 409 nach Induktionserwärmung über Energiebeaufschlagen des Magnetfeldgenerators 136 zum Induktionserwärmen des Spannabschnitts 109 und anschließendes Abkühlen bereits thermisch gespannt ist.
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6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Anordnung gemäß 5 mit einer gegenüber der Anordnung der Polschwingen 139 gemäß 5 nach radial innen geschwenkten Anordnung der Polschwingen 139 zum Durchführen einer Induktionserwärmung zum Spannen oder zum Freigeben des Werkzeugs 503. In der Anordnung gemäß 6 umschließen die nach innen weisenden Enden der Polschwingen 139 das Werkzeug 503 in radialer Richtung und decken den Werkzeughalteraufnahmeraum 133 bis auf flächenmäßig verhältnismäßig kleine Freibereiche relativ großflächig ab. Dabei liegen idealerweise die Polscheiben 221 auf der gegenüberliegenden Stirnseite 406 des Spannabschnitts 109 auf, um den Magnetfluss in den Spannabschnitt 109 zu leiten und eine besonders effektive sowie sehr schnelle Erwärmung des Spannabschnitts 109 mit einem damit verbundenen Aufweiten der Werkzeugaufnahmeausnehmung 409 zu bewirken, um nach Abkühlen mit entsprechender Dimensionsverringerung das Werkzeug 503 zuverlässig zu spannen.
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Zum Entnehmen eines in dem Spannabschnitt 109 befestigten Werkzeugs 503 ist der Spannabschnitt 109 entsprechend impulsartig zu erwärmen, um die Werkzeugaufnahmeausnehmung 409 zu weiten und das Werkzeug 503 zu entnehmen.
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7 zeigt in einer Draufsicht die Anordnung von Polschwingen 139 bei dem voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiel in einer maximal nach radial außen geschwenkten Stellung, in der der Werkzeughalteraufnahmeraum 133 über seinen gesamten Querschnitt zum maximalen Nutzen durch einen verhältnismäßig groß dimensionierten Spannabschnitt 109 freigegeben ist.
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8 zeigt in einer Draufsicht entsprechend 7 die Polschwingen 139 in der einer maximal nach radial innen mit einem maximalen Überdecken des Werkzeughalteraufnahmeraums 133 geschwenkten Anordnung, die zweckmäßiger eingenommen wird, wenn verhältnismäßig klein dimensionierte, in 8 nicht dargestellte Werkzeuge 503 zu spannen sind.
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9 zeigt in einer Draufsicht entsprechend 7 und 8 die Polschwingen 139 in einer Zwischenstellung mit Freigabe einer im Querschnitt verhältnismäßig groß dimensionierten Werkzeugaufnahmeausnehmung 409 zum Spannen von im Querschnitt verhältnismäßig großen, in 9 nicht dargestellten Werkzeugen 503. Aus 9 ist ersichtlich, dass auch hier die Polschwingen 139 den Werkzeughalteraufnahmeraum 133 sowie die Stirnseite 406 des Spannabschnitts 109 verhältnismäßig großflächig überdecken, um eine Konzentration des Magnetfelds auf den Spannabschnitt 109 so weit als möglich herbeizuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1519632 A1 [0002]
- DE 102008045781 A1 [0003]
- DE 102006016103 A1 [0004]
