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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem.
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Derartige Spannsysteme dienen generell zum Spannen von Werkstücken. Im einfachsten Fall umfasst das Spannsystem nur eine einzelne Spanneinheit.
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Eine derartige Spanneinheit ist aus der
EP 3 266 546 bekannt. Die dort beschriebene Spanneinheit weist einen elektrischen Antrieb und eine eine Anordnung von Wälzkörpern aufweisende Getriebeeinheit auf. Letztere dient dazu, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung eines Betätigungselements umzusetzen. Durch Translationsbewegungen des Betäigungselements sind Spannelemente in eine Spannstellung, in welcher ein Werkstück mit den Spannelementen gespannt ist, und in eine Lösestellung, in welcher die Spannelemente das Werkstück freigeben, versetzbar.
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Für komplexe Anwendungen, insbesondere in automatisierten Anlagen werden Mehrfach-Spannsysteme eingesetzt, die mehrere derartige Spanneinheiten aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannsystem bereitzustellen, welches bei konstruktiv geringem Aufwand eine hohe Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Spannen von Werkstücken mit mehreren Spannkomponenten und einer diesen Spannkomponenten zugeordneten Antriebskomponente. Diese ist zur Betätigung der Spannkomponenten ausgebildet.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, zur Ausbildung des Spannsystems nur eine Antriebskomponente zu verwenden, die zur Betätigung mehrerer Spannkomponenten eingesetzt wird. Da bei einer Spanneinheit die Antriebskomponente generell die kostenintensivste Komponente darstellt, wird mit dem erfindungsgemäßen Spannsystem ein erheblicher Rationalisierungseffekt und eine signifikante Kosteneinsparung erzielt, indem eine Antriebskomponente mehrfach, d. h. für mehrere Spannkomponenten genutzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Spannsystem bildet dabei ein flexibel einsetzbares modulares System, bei dem nur eine Antriebskomponente einer Anordnung von mehreren Spannkomponenten zugeordnet wird. Die üblicherweise fest zu einer Spanneinheit verbundenen Einheiten in Form einer Antriebskomponente und einer Spannkomponente werden somit aufgetrennt und können zur Bildung des Spannsystems frei kombiniert werden, wodurch auch komplexe Anwendungen mit geringem Aufwand realisiert werden können.
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Generell weist die Antriebskomponente einen Elektromotor auf.
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Vorteilhaft sind dem Elektromotor als weitere Bestandteile der Antriebskomponente eine Regeleinheit, eine Steuereinheit und/oder eine Energieübertragungseinheit zugeordnet.
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Diese Komponenten können mit dem Elektromotor zu einer Einheit zusammengefasst werden.
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Derartige Regel- oder Steuereinheiten bedingen aufgrund ihrer komplexen Funktionalität einem hohen Aufwand. Insbesondere können mit diesen Überwachungsfunktionen, wie Überwachen von Funktionen der Spannkomponenten, insbesondere auch der Überwachung von Spannkräften der Spannkomponenten, durchgeführt werden. Auch können Sollpositionen oder Sollgrößen von zu spannenden Werkstücken überwacht werden.
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Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem für einzelne Spannkomponenten nur eine Antriebskomponente und damit auch die dem Elektromotor zugeordneten peripheren Einheiten, wie Steuer- oder Regeleinheiten, nur einmal vorgesehen werden müssen, ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung gegenüber Spannsystemen, bei welchen jeder Spannkomponente eine Antriebskomponente mit derartigen peripheren Einheiten zugeordnet ist. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Spannsystem rationell und kostengünstig komplexe Anwendungen mit hohem Überwachungsgrad und/oder dynamischen Kraftregelungen der Spannkomponenten realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist jede Spannkomponente ein Planeten-Wälz-Getriebe auf, welches eine Schnittstelle zur Antriebskomponente ausbildet.
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Die einzelnen Spannkomponenten können identisch ausgebildet sein, müssen es aber nicht. Voraussetzung für eine Ankopplung an die Antriebskomponente ist lediglich, dass diese als Schnittstelle das passende Planeten-Wälz-Getriebe aufweisen, das zweckmäßig für alle Spannkomponenten identisch ausgebildet ist.
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Dabei ist die Funktion generell derart, dass ein in der Antriebskomponente generiertes Drehmoment in eine Kraft in der oder jeder an die Antriebskomponente angeschlossenen Spannkomponente umgesetzt wird.
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Dabei ist insbesondere die Kraft eine Lösekraft zum Lösen von Spannelementen einer Spannkomponente aus einer Spannstellung.
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Prinzipiell kann die Spannkraft zum Spannen eines Werkstücks mittels Spannelementen einer Spannkomponente durch eine in der Spannkomponente integrierte Federeinheit, die eine Federkraft generiert, erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist die Kraft eine Spannkraft, die auf Spannelemente einer Spannkomponente wirkt.
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In diesem Fall wird sowohl die Spannkraft als auch die Lösekraft mit der Antriebskomponente, insbesondere dem dort integrierten Elektromotor erzeugt.
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Hierzu generiert der Elektromotor der Antriebskomponente das Drehmoment, welches mittels des Planeten-Wälz-Getriebes der oder einer Spannkomponente in eine Kraft umgesetzt wird.
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Eine vorteilhafte Konfiguration des erfindungsgemäßen Spannsystems ist dadurch gegeben, dass die Spannkomponenten in einer Baueinheit zusammengefasst sind.
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Dabei sind insbesondere die Spannkomponenten in der Baueinheit in unveränderlichen Relativpositionen zueinander angeordnet.
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Eine derartige Baueinheit lässt sich vorteilhaft dadurch realisieren, dass die Spannkomponenten auf einem Träger befestigt sind.
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Beispielsweise ist der Träger palettenförmig, turmförmig oder in Form eines Polyeders ausgebildet.
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Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind eine Anordnung von Spannkomponenten und eine Antriebskomponente vorgesehen, welche relativ zueinander bewegbar sind, wobei durch diese Relativbewegung die Antriebskomponente an einer Spannkomponente positionierbar und an dieser anschließbar ist, so dass diese Spannkomponente mit der Antriebskomponente betätigbar ist.
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Generell kann dabei die Antriebskomponente relativ zu stationär angeordneten Antriebskomponenten bewegt werden. Auch ist es denkbar, eine Anordnung von Spannkomponenten relativ zu einer stationären Antriebskomponente zu bewegen. Schließlich ist es möglich, sowohl die Antriebskomponente als auch die Anordnung der Spannkomponenten beweglich auszugestalten.
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Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von Spannkomponenten in einer oder in mehreren Baueinheiten zusammengefasst und zwar immer derart, dass die Antriebskomponente an eine beliebige Spannkomponente angeschlossen werden kann.
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Besonders vorteilhaft sind die Spannkomponenten auf einem Träger so gelagert, dass Anschlussmittel der Spannkomponenten für den Anschluss der Antriebskomponente freiliegen.
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Vorteilhaft ist dabei der Elektromotor der Antriebskomponente direkt an das Planeten-Wälz-Getriebe einer Spannkomponente gekoppelt.
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Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung ist die Antriebskomponente über eine Drehmomentübertragung mit den Spannkomponenten verbunden. Dadurch sind die Spannkomponenten mittels der Antriebskomponente simultan betätigbar.
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Damit werden mit der Antriebskomponente die Spannkomponenten nicht einzeln wie bei der ersten Variante, sondern alle Spannkomponenten gleichzeitig betrieben.
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Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spannkomponenten auf einem Träger angeordnet, in welchem die Drehmomentübertragungen vorgesehen sind.
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Mit der Integration der Drehmomentübertragung in den Träger wird eine kompakte Bauform des Spannsystems ermöglicht.
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Die Drehmomentübertragung kann, insbesondere abhängig von der jeweiligen Applikation, in unterschiedlichen konstruktiven Ausführungen realisiert sein. Die Drehmomentübertragung kann dabei von einem hydraulischen System gebildet sein. Weiterhin kann die Drehmomentübertragung als mechanisches System ausgebildet sein. Dieses kann ein Getriebe und geeignete Gestänge und Ritzel für eine mechanische Umsetzung einer Drehbewegung des Elektromotors der Antriebskomponente in eine Linearbewegung in der Spannkomponente zur Erzeugung einer Kraft aufweisen. Hierzu ist bevorzugt der Elektromotor der Antriebskomponente über die Drehmomentübertragung an die Planeten-Wälz-Getriebe der Spannkomponenten angekoppelt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Spanneinheit gemäß dem Stand der Technik
- 2: Schematische Darstellung einer Antriebskomponente des erfindungsgemäßen Spannsystems.
- 3 a-c: Darstellung von verschiedenen Anordnungen von Spannkomponenten des erfindungsgemäßen Spannsystems.
- 4: Erste Variante des erfindungsgemäßen Spannsystems.
- 5 a-c: Unterschiedliche Ausführungsformen einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Spannsystems.
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1 zeigt eine aus der
EP 3 266 546 bekannte erfindungsgemäße Spanneinheit
1 zum Spannen von Werkstücken
4, die in den
3 bis
5 schematisch dargestellt sind.
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Die Spanneinheit 1 weist einen modularen Aufbau derart auf, dass an einem Grundmodul 2 ein Wechseleinsatz 3 reversibel lösbar befestigt werden kann. Dabei können unterschiedliche Wechseleinsätze 3 am Grundmodul 2 befestigt werden. Die Fixierung des Wechseleinsatzes 3 am Grundmodul 2 erfolgt mittels eines Bajonettverschlusses.
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Jeder Wechseleinsatz 3 weist mehrere Spannelemente 5 zum Spannen eines Werkstücks 4 auf.
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In dem Grundmodul 2 der Spanneinheit 1 ist ein elektrischer Antrieb 16 integriert, der beispielsweise von einem Servomotor gebildet ist. Er verfügt in bekannter Weise über einen stationär im Grundmodul 2 gelagerten Stator 6 und einen drehbaren Rotor 7. Der Rotor 7 ist im Innenraum des hohlzylindrischen Stators 6 um eine Achse, die mit der Symmetrieachse des Grundmoduls 2 zusammenfällt, drehbar gelagert.
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Zur Durchführung von Spannvorgängen ist ein Betätigungselement in Form einer Zugstange 8 vorgesehen, die Bestandteil einer dem elektrischen Antrieb 16 zugeordneten Getriebeeinheit ist. Die Zugstange 8 bildet einen hohlzylindrischen Körper, dessen vorderes verbreitertes Ende über den dem Wechseleinsatz 3 zugeordneten Rand des Grundmoduls 2 hervorsteht.
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Die Getriebeeinheit wird komplettiert durch die Anordnung von Wälzkörpern 9, die in Umfangsrichtung des Rotors 7 beziehungsweise der Zugstange 8 verteilt angeordnet sind. Die Wälzkörper 9 sind einerseits in Eingriff mit dem Rotor 7 und andererseits mit einem Gewinde an der Außenseite der Zugstange 8. Die Längsachsen der Wälzkörper 9 verlaufen parallel zur Symmetrieachse des Grundmoduls 2. Durch die Drehbewegung des Rotors 7 drehen die Wälzkörper 9 und erzeugen durch den Eingriff am Gewinde der Zugstange 8 eine Translationsbewegung der Zugstange 8, die zum Spannen beziehungsweise Lösen des Werkstücks 4 im Spannkopf 20 dient.
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Am hinteren Rand des Grundmoduls 2 befindet sich eine Anschlaggrundplatte 10, deren ebene Oberseite eine Anlagefläche 10a ausbildet, auf welcher das zu spannende Werkstück 4 mit seinem hinteren, in den Hohlraum der Zugstange 8 ragenden Ende aufgesetzt werden kann.
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Der Wechseleinsatz 3 weist einen Futterkörper 11 auf, in dem die den Spannkopf 20 bildenden Spannelemente 5 gehalten werden.
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Im Grundmodul 2 ist eine Anordnung von identisch ausgebildeten Kugeln 12 gelagert, welche Klemmelemente bilden, mittels derer eine Klemmverbindung zwischen Grundmodul 2 und Wechseleinsatz 3 hergestellt wird.
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Zur korrekten Ausrichtung der Kugeln 12 sind kegelförmige Ausrichtelemente 13 vorgesehen.
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Die 2 und 3 a-c zeigen Komponenten des erfindungsgemäßen Spannsystems 14, das in den 4 und 5 a-c in unterschiedlichen Varianten dargestellt ist.
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Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Spanneinheit 1 gemäß dem Stand der Technik ist bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem 14 eine Antriebskomponente 15 vorgesehen, in welcher der als Elektromotor ausgebildete elektrische Antrieb 16 herausverlagert ist. Diesem elektrischen Antrieb 16 ist eine Rechnereinheit 17 zugeordnet, auf welcher eine Regeleinheit und/oder Steuereinheit implementiert ist. Zudem ist eine Energieübertragungseinheit 18 in den Antriebskomponenten 15 vorgesehen.
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Erfindungsgemäß stellt die Antriebskomponente 15 somit eine separate Einheit dar, die von Spannkomponenten 19 als weiteren Komponenten des erfindungsgemäßen Spannsystems 14 getrennt ist. Die 3 a-c zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen von Anordnungen von Spannkomponenten 19 des erfindungsgemäßen Spannsystems 14.
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Generell umfasst das erfindungsgemäße Spannsystem 14 eine Mehrfachanordnung von Spannkomponenten, die jeweils einen Spannkopf 20 mit Spannelementen 5 zum Spannen eines Werkstücks 4 aufweisen. Damit bildet das Spannsystem 14 ein Mehrfach-Spannsystem. Bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem 14 sind somit die elektrischen Komponenten in der Antriebskomponente 15 auf die mechanischen Komponenten zum Spannen von Werkstücken 4 in den Spannkomponenten 19 und damit völlig getrennt voneinander angeordnet. Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem 14 ist, dass nur eine Antriebskomponente 15 einer Mehrfachanordnung von Spannkomponenten 19 zugeordnet ist, wobei vorteilhaft die Spannkomponenten 19 in einer Bauform zusammengefasst sind.
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Bei den Ausführungsformen der 3 a-c wird diese Bauform dadurch realisiert, dass die Spannkomponenten 19 auf einem Träger 21 in unveränderlichen Positionen befestigt sind. Bei der Ausführungsform gemäß 3a ist der Träger 21 in Form einer Palette ausgebildet. Dort sind die Spannkomponenten 19 in einer Ebene liegend montiert. Bei den Ausführungsformen gemäß 3b ist der Träger 21 in Form eines Turms ausgebildet. Dort sind die Spannkomponenten 19 in Vertikalanordnungen befestigt. Bei der Ausführungsform gemäß 3c sind die Spannkomponenten 19 auf einem polyederförmigen Träger 21 befestigt und bilden damit eine sternförmige Anordnung. Generell können natürlich auch weitere Träger 21 mit anderen Geometrien vorgesehen sein.
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Als Schnittstelle zum Anschluss an die Antriebskomponente 15 weist jede Spannkomponente 19 ein Planeten-Wälz-Getriebe 22 auf. Die Funktionsweise ist dabei generell derart, dass bei einer mit der Antriebskomponente 15 gekoppelten Spannkomponente 19 ein in der Antriebskomponente 15 generiertes Drehmoment in eine Kraft in der oder jeder an die Antriebskomponente 15 angeschlossenen Spannkomponente 19 umgesetzt wird.
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Dabei generiert der Elektromotor das Drehmoment, das mittels des Planeten-Wälz-Getriebes 22 in eine Kraft, insbesondere eine Lösekraft zum Lösen der Spannelemente 5 zum Werkstück 4 und eine Spannkraft zum Spannen des Werkstücks 4 mit den Spannelementen 5 umgesetzt wird.
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4 zeigt eine erste Ausbildung des erfindungsgemäßen Spannsystems 14. In diesem Fall sind mehrere Spannkomponenten 19 auf einem palettenförmigen Träger 21 montiert und ortsfest angeordnet. Die Planeten-Wälz-Getriebe 22 der Spannkomponenten 19 liegen dabei für einen Anschluss der Antriebskomponente 15 frei. Die Antriebskomponente 15 bildet in diesem Fall eine mobile Komponente (wie in 4 mit Pfeilen veranschaulicht), die je nach Bedarf an einer der Spannkomponenten 19 positioniert und durch dichtes Anschließen am Planeten-Wälz-Getriebe 22 mit dieser verbunden werden kann, so dass diese mit der Spannkomponente 19 eine komplett funktionsfähige Spannvorrichtung bildet. Die Verbindung kann bei Bedarf wieder gelöst werden, so dass nachfolgend die Antriebskomponente 15 an einer anderen Spannkomponente 19 positioniert und mit dieser verbunden werden kann.
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5a zeigt eine weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Spannsystems 14. Auch in diesem Fall sind mehrere Spannkomponenten 19 auf einem palettenförmigen Träger 21 gelagert, wobei diesen Spannkomponenten 19 nur eine Antriebskomponente 15 zugeordnet ist. Anders als bei der Ausführungsform gemäß 4 ist die Antriebskomponente 15 in fester räumlicher Zuordnung zu den Spannkomponenten 19 positioniert und dabei über eine Drehmomentübertragung 23 mit diesen verbunden. Durch diese Ankopplung werden alle Spannkomponenten 19 auf dem Träger 21 mittels der Antriebskomponente 15 simultan betätigt.
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In diesem Fall ist die Antriebskomponente 15 über die Drehmomentübertragung 23 an die Planeten-Wälz-Getriebe 22 der einzelnen Spannkomponenten 19 angekoppelt. Die Drehmomentübertragung 23 kann prinzipiell ein hydraulisches System sein. Im vorliegenden Fall ist die Drehmomentübertragung 23 ein mechanisches System, das typischerweise ein Getriebe mit einem Gestänge und einer Anordnung von Ritzeln aufweist.
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Generell wird das im Elektromotor erzeugte Drehmoment mittels der Drehmomentübertragung 23 übertragen und in dem Planeten-Wälz-Getriebe 22 der Spannkomponenten 19 in eine Kraft umgesetzt.
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Die 5a, 5c zeigen Varianten der Ausführungsform der 5a. Bei den Ausführungsformen der 5b und 5c ist der Träger 21 turmförmig bzw. polygonförmig. Entsprechend der Ausführungsform gemäß 5a ist auch bei diesen Ausführungsformen jeweils im Träger 21 eine Drehmomentübertragung 23 integriert, wodurch die Spannkomponenten 19 mittels der Antriebskomponente 15 simultan betätigbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Spanneinheit
- (2)
- Grundmodul
- (3)
- Wechseleinsatz
- (4)
- Werkstück
- (5)
- Spannelement
- (6)
- Stator
- (7)
- Rotor
- (8)
- Zugstange
- (9)
- Wälzkörper
- (10)
- Anschlaggrundplatte
- (10a)
- Anlagefläche
- (11)
- Futterkörper
- (12)
- Kugel
- (13)
- Ausrichtelement
- (14)
- Spannsystem
- (15)
- Antriebskomponente
- (16)
- Antrieb
- (17)
- Rechnereinheit
- (18)
- Energieübertragungseinheit
- (19)
- Spannkomponente
- (20)
- Spannkopf
- (21)
- Träger
- (22)
- Planeten-Wälz-Getriebe
- (23)
- Drehmomentübertragung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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