DE2447034A1 - Zentrierbare spannzange fuer werkzeugmaschinen sowie vorrichtung und verfahren zur entsprechenden zentrierung - Google Patents

Zentrierbare spannzange fuer werkzeugmaschinen sowie vorrichtung und verfahren zur entsprechenden zentrierung

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DE2447034A1 DE19742447034 DE2447034A DE2447034A1 DE 2447034 A1 DE2447034 A1 DE 2447034A1 DE 19742447034 DE19742447034 DE 19742447034 DE 2447034 A DE2447034 A DE 2447034A DE 2447034 A1 DE2447034 A1 DE 2447034A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Gripping On Spindles (AREA)

Description

15.171/2 30/ei
rer nai. DIETER LOl/fS
ÄCLAUS O
FRANZ LOHRFNTZ
NORNBERQ
KESSLERPtATZ 1
Firma ALBE S. A., .6932 Agno / Schweiz
Zentrierbare Spannzange für Werkzeugmaschinen sowie Vorrichtung und Verfahren zur entsprechenden Zentrierung
Die Erfindung betrifft eine Spannzange, welche gegenüber einer oder mehreren Bezugsachsen eines Werkstückes zentrierbar ist, für Werkzeugmaschinen, insbesondere solche mit mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen. Weiterhin befasst sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Zentrierung eines Werkstückes in einer solchen Spannzange und mit einem Verfahren zur Zentrierung unter Verwendung dieser Vorrichtung. . · ·
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-Z-
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Es ist bekannt, dass sich bei Werkzeugmaschinen mit mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen, sogenannten "Transfer"-Maschinen,häufig die Aufgabe stellt, schnell und einwandfrei mit Toleranzen von nur wenigen tausendstel Millimetern die Zentrierung des Werkstückes vorzunehmen, wobei eine Zentrierung nicht in Bezug auf die beispielsweise zylindrische äussere Oberfläche des Werkstückes sondern hinsichtlich einer Bezugsachse, z.B. der Achse einer in dem Werkstück vorhandenen Bohrung, erfolgen muss.
In Anbetracht der verlangten hohen Präzision ist die sich aus vorstehend erläutertem Problem ergebende Aufgabe nicht einfach zu lösen. Zur Zeit ist eine Lösung überhaupt nur unter Zuhilfenahme ganz besonderer Vorkehrungen und Mittel möglich.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Spannzange und die zugehörige Zentriervorrichtung mit einem entsprechenden Anwendungsverfahren vorzuschlagen, die bei geringem Aufwand eine einwandfreie Zentrierung von- Werkstücken bzw. der die Werkstücke aufnehmenden Spannzange gestatten, wobei die Zentrierung nicht gegenüber der Spannzangen-Achse, das hiesse gegenüber der gegebenen-.falls zylindrischen Aussenfläche des Werkstückes, erfolgt,
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sondern gegenüber einer verhältnismässig frei wählbaren Bezugsachse des Werkstückes, beispielsweise der Achse einer Bohrung.
Zur Lösung der vorerwähnten Augabe wird erfindungsgemäss eine Spannzange der· eingangs erwähnten Art vorgeschlagen,. die sich auszeichnet durch ein inneres, das Werkstück erfassendes Spannteil, ein hierzu koaxiales Zwischenteil mit konischem Sitz, welches bei axialer Verschiebung das Spannen des Werkstückes mittels des Spannteiles bewirkt, sowie ein äusseres Körperteil, welches mit dem Spannteil fest, beispielsweise über einen Querstift, verbunden ist, und auf seinem Umfang mit radialem Spiel in einem Aussenring gelagert ist, wobei das Körperteil und der Aussenring gegeneinander mittels elastischer Teile veränderlicher Spannung andrückbar und infolgedessen durch Reibung gegenseitig blockierbar sowie mittels in axialer Richtung über ein Druckteil betätigter Stössel freigebbar sind.
Eine derartige Spännzange ist relativ einfach augebaut. Sie gestattet trotzdem eine einwandfreie Justierung des Werkstückes bezüglich einer wählbaren Bezugsachse.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannzange so ausgebildet, dass das Spannteil unterseitig eine Ver-
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längerung mit einem Sitz aufweist, der gemeinsam mit einer Aushöhlung oder oberen Bohrung in der Bezugsachse des Werkstückes zu dessen Zentrierung dient.
Um insbesondere bei einer derart ausgebildeten Spannzange eine rasche und genaue Ausrichtung bzw. Zentrierung zu erreichen, hat es sich als günstig erwiesen, eine Vorrichtung zu verwenden, welche zwei koaxial gegenüberstehende, aufeinander zu bewegbare Kolben aufweist, von denen einer in den unteren Sitz und der andere in die Aushöhlung bzw. Bohrung am oberen Ende des Werkstückes eingreift.
Bei Zentrierung der Spannzange mit einer Vorrichtung der vorstehend erläuterten Ausbildung wird erfindungsgemäss so vorgegangen, dass die zwei Kolben in den unteren Sitz und in die Aushöhlung oder Bohrung des Werkstückes eingeführt werden, wobei der Druck des unteren Kolbens grosser als der des oberen Kolbens gewählt wird, so dass am Anfang das Körperteil leicht angehoben und von der Fläche eines auf dem Tisch sitzenden Tellers abgehoben wird, wodurch die Achse des Werkstückes genau mit der des inneren Teiles ausgerichtet wird, dass dann der Körperteil um einen bestimmten Winkel gedreht wird, um seine Berührungspunkte mit dem Teller zu verändern, und dass schliesslich der untere Kolben in seine Ausgangsposition zurückgezogen
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wird, während weiterhin Druck am oberen Kolben anliegt, so dass die Berührung zwischen dem Körperteil und dem Teller wieder hergestellt und der Körperteil durch den Aussenring der Spannzange blockiert wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Spannzange sowie der bevorzugten Zentriervorrichtung und des Zentrierverfahrens anhand der beiliegenden Zeichnung sowie aus den weiteren Ansprüchen. In der folgenden Beschreibung ist auf Vorteile des Erfindungsgegenständes, die sich für den Fachmann aufgrund des Standes der Technik ergeben, nicht besonders hingewiesen. Sie sind jedoch ebenfalls der Erfindung zuzurechnen.
In der Zeichnung stellen dar:
Figur 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Spannzange; ··
Figur 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Figur*1, wobei jedoch das obere Ende
• *
gemäss den Pfeilen in Figur 1 geschnitten ist;
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Figur 3 einen Längsschnitt entsprechend Figur 1 während des Zentriervorganges;
Figur 4 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Spannzange nach der Erfindung vor Zentrierung und
Figur 5 die Spannzange der Abbildung 4 während des Zentriervorganges sowie bei Einsatz einer Zentriervorrichtung gemäss der Erfindung.
Wie Figur 1 erkennen lässt, umfasst die Spannzange ein inneres Spannteil 1, welches das Werkstück 5 erfasst. Es sei angenommen, dass die Bohrung 5' des Werkstückes aufgrund einer vorhergehenden, unsachgemässen Bearbeitung gegenüber der äusseren, zylindrischen Oberfläche 511 des Werkstückes 5 nicht konzentrisch angeordnet ist oder dass die Aussenfläche der Bohrung 5! bewusst exzentrisch gegenüber der äusseren Oberfläche 5'1 des Werkstückes 5 vorgesehen ist.
Das Spannteil 1 umgibt koaxial ein Zwischenteil 2,-dessen äussere Oberfläche 2' konisch ausgebildet ist und sich gegen eine,entsprechende konische Fläche eines Körperteiles 3 anlegt.
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Das Zwischenteil 2 weist an seinem unteren Ende ein hakenförmig ausgebildetes Teil 2'1 auf, welches mit einem Zugglied 6 in Richtung des Pfeiles in Figur 1 nach unten gezogen wird, wenn· ein Einspannen des Werkstückes 5 gewünscht ist, d.h. das Spannteil 1 gegen das Werkstück 5 gedrückt werden soll.
Das Zwischenteil 2 umgibt das äussere Körperteil 3, welches gegenüber dem Spannteil 1 mittels eines Querstiftes 4 derart gesichert ist, dass Relativbewegungen zwischen den Teilen 1 und 3 in radialer und axialer Richtung verhindert sind.
Das äussere Körperteil 3 liegt mit seinem Aussenumfang unter Einhaltung eines grossen radialen Spiels im Aussenring 7. Die Verbindung zwischen Körperteil 3 und Aussenring 7 wird von einem über den Ring 7 oben überstehenden Flansch 71 od. dgl. gebildet, der an einer Schulter 31 des Körperteiles 3 angreift.
Der Aussenring 7 ist mit drei Stösseln 9 ausgestattet, die durch jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Stifte gebildet sind. Die Stössel 9 sind ohne Radialspiel in drei eingepressten Büchsen 11 auf Kugeln 10 od. dgl. Wälzkörpern axial verschiebbar.
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Koaxial zu den Stösseln bzw. Stiften 9 sind auf dem unteren Ende der Stifte 9 Tellerfedern 8 angeordnet. Die Feder- bzw. Spannkraft der Tellerfedern 8 ist durch entsprechendes Verschrauben und infolgedessen axiales Verstellen der Buchsen 20 gegenüber den Büchsen 11 regulierbar.
Am unteren Ende der Stössel 9 ist jeweils eine Hutmutter 21 angeordnet. Gegen die drei Hutmuttern 21 der drei Stössel 9 stützt sich ein unterer Teller 12 (Figur 3) ab.
Das äussere Körperteil 3 ist von einem unter ihm angeordneten Tisch 14 gestützt. Zwischen das Körperteil 3 und den Tisch 14 sind Wälzelemente eingelegt, insbesondere Kugeln in einem Käfig 13, welche eine Radialbewegung des Körperteiles 3 ohne Reibung bzw. Rollwiderstand ermöglichen.
Zwischen dem Körperteil 3 und dem Kugelkäfig 13 ist eine leicht gewellte Feder 16 (Figur 2) eingelegt, welche den Kugelkäfig 13 jeweils zentriert, wenn der Körper 3 abgehoben wird.
Die Spannzange gemäss den Figuren 1 bis 3 funktioniert folgendermassen:
Wird auf den Teller 12 in Pfeilrichtung 22 (Figur 3) ein
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Druck ausgeübt, heben die drei Stössel 9 den Aussenring 7 vom äusseren Körperteil 3 ab, so dass dieses sich radial verschieben kann, wobei es auf den Kugeln im Kugelkäfig abrollt. V/ird in diesem Fall das im gezeichneten Fall konisch ausgebildete Positionierelement 15 in die Bohrung 5' des Werkstückes eingeführt, so wird sich das aussere Körperteil 3 koaxial zu der von der Bohrung gebildeten Bezugsachse des Werkstückes 5 einstellen.
Sobald dann der Teller 12 (entgegen Pfeilrichtung 22) in seine Ruhelage zurückkehrt, werden die Hutmuttern 22 freigegeben. Infolge der Entspannung der Tellerfedern 8 drückt dann der Aussenring 7 an seinem überstehenden Teil 7' auf die Schulter 3' des Körperteiles 3f wodurch infolge der auftretenden Reibung das Körperteil 3 und damit auch das Spannteil 1 blockiert werden, so dass eine Zentrierung koaxial zur Bezugsachse des Werkstückes 5 gegeben ist.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, dass infolge des Vorhandenseins der Kugeln 10, welche jegliches radiales Spiel der Stössel 9 ausschliessen, eine einwandfreie Zentrierung der Zange gegenüber der Bezugsachse des Werk-Stückes 5 erzielt wird, wozu auch der Umstand beiträgt, dass die in dem Kugelkäfig 13 vorhandenen Kugeln ein radiales Einstellen unter geringstem Kraftaufwand ermöglichen.
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Da die Schulter 3' des äusseren Körperteiles 3 verhältnis-.massig grossen Durchmesser hat, d.h. infolge der Überlagerung der Schulter 31 mit dem Aussenring 7, ist der Reibungswiderstand zwischen den zwei Kontaktflächen 7' und 3' sehr gross, so dass eine Verschiebung des Werkstückes 5 in der Spannzange während der Bearbeitung ausgeschlossen ist.
Es ist davon auszugehen, dass in einer mit mehreren aufeinanderfolgenden Stationen ausgerüsteten Werkzeug- bzw. Bearbeitungsmaschine dann, wenn das Werkstück einmal gegenüber der Zange zu Beginn eines Arbeitsablaufes zentriert wurde, sich die Lage des Werkstückes nicht mehr verändert, so dass auf diese Weise jegliches Spiel bezüglich des Werkstückes sowie bezüglich der Konzentrizität des Spannteiles und dessen Teilungen beseitigt sind.
Die Zentrierung der Spannzange gegenüber der Bezugsachse des Werkstückes erfolgt rasch und ohne besonderen Zeitaufwand. Die erfindungsgemässe Spannzange ist daher, äusserst vorteilhaft bei der Bearbeitung grosser Serien, da in diesem Falle die Fertigungsdauer einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass es möglich ist, während der Zentrierung bzw. Positionierung das äussere Körperteil 3 mittels des Positionierelementes 15 zu drehen, um den Berührungspunkt zwischen den Kugeln und dem Körperteil 3 zu verändern.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, stimmen die Elemente zur Blockierung und die Arbeitsweise der Spannzange im wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 überein.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 weist jedoch das äussere Körperteil 3 bzw. das innere Spannteil 1 insoweit eine Besonderheit auf, als am unteren Ende eine Verlängerung mit einem kegelstumpfförraigen Sitz 24 vorgesehen ist, welcher gegenüber der Achse der Spannzange selbst einwandfrei zentriert ist.
Bei einer derart' ausgebildeten Spannzange erfolgt .die Zentrierung mittels der einen weiteren Gegenstand der Erfindung darstellenden Vorrichtung, die aus Figur 5 ersichtlich ist. Die in Figur 5 gezeigte Vorrichtung weist zwei Kolben 22, 23 auf, wobei der obere Kolben 22 die Zentrierung gegenüber der Bezugsachse des Werkstückes
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vornimmt, während der untere Kolben 23 auf den kegelstumpfförmigen Sitz 24 des inneren Spannteiles 1 der Zange zentriert wird.
Das Körperteil 3 wird genauso freigegeben, wie dies hinsichtlich der Figuren 1 bis 3 beschrieben ist. Auf diese V/eise wird unter Verwendung der Kolben 22, 23 ermöglicht, die Bezugsachse des Werkstückes 5 und den inneren Spannteil der Spannzange hinsichtlich der Achse 26 der Kolben 22, 23 einwandfrei auszurichten. Bei Arbeiten mit der Vorrichtung der Figur 5 wird so vorgegangen, dass der Kolben 23 mit einem etwas höheren Druck angesteuert wird als der Kolben 22, so dass das Körperteil 3 sich mit seiner Fläche 3' von einem Teller 27 auf dem Tisch 14 (Figur 4) geringfügig entfernt, wobei das Körperteil 3 trotzdem noch nicht dem Aussenring 7 anliegt.
In dieser Stellung ist es im übrigen auch möglich, mittels eines Antriebsaggregates aus einem hydraulischen Motor 28 und einer Zahnradübersetzung 30 das gesamte System des Körperteiles 3 um einen bestimmten Winkel zu ' drehen. Dies ergibt den Vorteil, dass die Berührungsflächen zwischen dem Teller 27 und der Fläche 31 des äusseren Körperteiles 3 verändert werden können.
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Sobald die Zentrierung erfolgt ist, wird der Kolben 23 in die Ausgangsposition zurückgezogen, während der Druck auf den Kolben 22 weiterhin bestehen bleibt. Dadurch wird das Körperteil 3 wieder zur Anlage an dem Teller 27 gebracht. Dann wird das Körperteil'3 durch den Ring 7 blockiert.
Die Verwendung der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung
bzw. der Spannzange geraäss den Figuren 4 und 5 ist besonders dann angebracht, wenn Werkstücke bearbeitet werden
sollen, die dem in Figur 4 dargestellten ähnlich sind.
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Claims (13)

Patent-(Schutz-)Ansprüche:
1. ) Spannzange, welche gegenüber einer oder mehrerer Bezugsachsen eines Werkstückes zentrierbar ist, für Werkzeugmaschinen, insbesondere solche mit mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen, gekennzeichnet durch ein inneres das Werkstück (5) erfassendes SpaYmteil (1), ein hierzu koaxiales Zwischenteil (2) mit konischem Sitz, welches bei axialer Verschiebung das Spannen des Werkstückes (5) mittels des Spannteiles (1) bewirkt, sowie ein äusseres Körperteil (3)r welches mit dem Spannteil fest verbunden ist (Stift 4) und auf seinem Umfang mit radialem Spiel in einem Aussenring (7) gelagert ist, wobei das Körperteil (3) und der Aussenring (7) gegeneinander mittels elastischer Teile (8) veränderlicher Spannung (20, 21) drückbar und infolgedessen durch Reibung gegenseitig blockierbar sowie mittels "in axialer Richtung über ein Druckteil (12) betätigter Stössel (9) freigebbar sind.
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2. Spannzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Körperteil (3) von einem Tisch (14) über dazwischenliegende Wälzorgane, insbesondere Kugeln in einem Käfig (13), abgestützt ist, welche die Radialbewegungen unter Aufbringung von geringen Kräften, d.h. ohne Reibungjgegenüber dem stets erneut zu zentrierenden Kugelkäfig (13), erlauben.
3. Spannzange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stössel (9) drei um 120° versetzte Stifte mit zu der Achse des Werkstückes (5) etwa parallelen Achsen sind, die spielfrei in mit Kugeln (10) ausgerüsteten Büchsen (11) verschiebbar angeordnet sind, dass die elastischen Teile jeweils am Stössel (9) und der Büchse (11) angreifende Tellerfedern (8) sind, deren Spannung jeweils mittels mindestens einer in die Büchse (11) eingeschraubten Gewindebüchse (20) regelbar ist, und dass an den dem Werkstück gegenüberliegenden Ende der Stössel jeweils Hutmuttern (21) vorgesehen sind, auf die das aus einem Teller (.12) bestehende Druckorgan dann drückt, wenn das äussere Körperteil (3) gegenüber dem Aussenring (7) entriegelt werden soll.
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4. Spannzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein quer zur Achse angeordneter Stift (4) das äussere Körperteil (3) mit dem Spannteil (1) verbindet und dass das Zwischenteil
(2) mit Hilfe eines Zugstückes (6) zum Spannen des Werkstückes axial verschiebbar ist.
5. Spannzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Körperteil
(3) im Aussenring (7) über einen oberen, ringförmigen Ansatz (7?) des Ringes (7) und eine Schulter (31 ) des Körperteiles (3) gelagert ist, zwischen denen ausreichend Spiel zur radialen Verschiebung des äusseren Körperteiles (3) bei Zentrierung der Spannzange (1) bezüglich der Bezugsachse des Werkstückes (5) vorhanden ist, wobei zur Zentrierung ein wenigstens am Ende konisch ausgebildetes Positionierelement (15) dient, v/elches axial in das Werkstück einführbar ist.
6. Spannzange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (13) von einer gewellten Feder (16) umgeben ist, die den Kugelkäfig (13) bei leicht angehobenem Körperteil (3) zentriert.
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7. Spannzange nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (.15) 'derart in das Körperteil (3) der Spannzange eingreift, dass dieses eine Winkeldrehung zur Veränderung seines Berührungspunktes mit den Kugeln ausführen kann.
8. Spannzange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (1) unterseitig eine Verlängerung mit einem Sitz (24) aufweist, der gemeinsam mit einer Aushöhlung oder oberen Bohrung (5!) in der Bezugsachse (26) des Werkstückes zu dessen Zentrierung dient.
9ν Spannzange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Sitz (24) des Spannteiles (1) kegelstumpf förmig ausgebildet ist und ein kegelstumpfförmiges Ende eines Kolbens (23) od. dgl. aufnimmt.
10. Vorrichtung zur Zentrierung eines Werkstückes in einer Spannzange nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei koaxial überstehende, aufeinander zu bewegbare Kolben (22, 23) aufweist, yon ■ denen einer in den unteren Sitz (24) und der andere in die Aushöhlung oder obere Bohrung (5') des Werkstückes (5) eingreift.
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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (22, 23) kegelstumpfförmige Enden aufweisen, in Kugellagern gleiten, sowie unabhängig voneinander hydraulisch betätigbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperteil (3) mittels eines hydraulischen Motors (28) über eine Zahnradübersetzung (30) verdrehbar ist.
13. Verfahren zur Zentrierung des Werkstückes mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kolben (22, 23) in den unteren Sitz (24) und in die Aushöhlung oder Bohrung (5') des Werkstückes (5) eingeführt werden, wobei der Druck des unteren Kolbens (23) grosser als der des oberen Kolbens (22) gewählt wird, so dass am Anfang das Körperteil (3) leicht angehoben und von der Fläche (3f) eines auf dem Tisch (14) sitzenden Tellers (2?) abgehoben wird, wodurch die Achse des Werkstückes (5) genau mit der des inneren Teiles (1) ausgerichtet wird, dass dann der Körperteil (3) um einen bestimmten Winkel gedreht wird, um seine Berührungspunkte mit dem Teller (27) zu verändern, und dass schliesslich der untere Kolben (23) in seine
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Auisgangsposition zurückgezogen wird, während weiterhin Druck am oberen Kolben (22) anliegt, so dass die Berührung zwischen dem Körperteil und* dem Teller (27) wieder hergestellt und der Körperteil durch den Aussenring (7) der Spannzange blockiert wird.
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DE19742447034 1973-10-08 1974-10-02 Zentrierbare spannzange fuer werkzeugmaschinen sowie vorrichtung und verfahren zur entsprechenden zentrierung Withdrawn DE2447034A1 (de)

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CH1214474A CH574292A5 (en) 1974-09-07 1974-09-07 Multi-station machine tool centering clamp jaw - engages inside workpiece and has coaxial conically seated intermediary component

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DE2447034A1 true DE2447034A1 (de) 1975-04-10

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