DE2632528A1

DE2632528A1 - Kraftbetaetigtes spannfutter fuer drehmaschinen

Info

Publication number: DE2632528A1
Application number: DE19762632528
Authority: DE
Inventors: Alois Heisel; Karl Hiestand
Original assignee: SMW Spanneinrichtungen Schneider und Weisshaupt Firma
Current assignee: SMW Spanneinrichtungen Schneider und Weisshaupt Firma
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1976-07-20
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2358945A1

Description

Firma SMW-Spanneinrichtungen
Schneider & Weißhaupt

7996 Meckenbeuren

Kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen

Lxe Erfindung bezieht sich auf ein kraftbetätigtes Spannfutter für
Drehmaschinen mit radial verschiebbaren Grund- oder Spannbacken,
die jeweils durch eine im Futterkörper tangential zur Drehachse angeordnete Keilstange antreibbar sind, wobei die Keilstangen gemeinsam durch ein zentrales verdrehbares Antriebsglied betätigbar sind, das mit einem Verstellglied in Triebverbindung steht.

Kraftspanni utter dieser Art sind durch die DT-AS 20 07 509 bekannt. Das Antriebsglied ist bei dieser Ausgestaltung drehfest auf einem
durch die Hohlspindel verlaufenden Drehrohr angeordnet, das wiederum mit dem Schwenkkolben eines Schwenkkolbenzylinders unmittelbar verbunden ist. Bei Beaufschlagung des in mehrere Abschnitte unterteilten Kolbens wird somit dieser und das mit diesem fest verbundene mit einer Schrägverzahnung versehene Zahnrad verdreht, das mit seiner
Verzahnung in die an den Innenseiten der Keilstangen eingearbeitete Verzahnung in Eingriff ist und diese dabei verstellt.

Bei dieser Spanneinrichtung sind zwar die Vorteile eines Keilstangenfutters, nämlich einen raschen Wechsel der Spannbacken vorzunehmen, nutzbar, da der Drehkolben mittels einer besonderen Steuervorrichtung in eine Endstellung gebracht werden kann, in der die
Keilstangen mit ihren Zahnleisten außer Eingriff sind mit den Verzahnungen der Backen. Der Bau- und Fertigungsaufwand insbesondere

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auch für den mi t drei Druckräumen versehenen Schwenkkolbenzylinder ist hierbei aber außerordentlich groß. Eine wirtschaftliche Herstellung dieser Spanneinrichtung ist somit nicht gegeben.

Des weiteren treten in dea drei kreissegmentförmig gestalteten Druckräumen des Drehkolbenzylinders große Leckverluste auf und es sind somit auch erhebliche Druckminderungen in Kauf zu nehmen, die durch die Vielzahl der abzudichtenden Spalte und die besondersartige Ausbildung der anexnanderliegenden Teile bedingt sind. Eine zuverlässige Abdichtung läßt sich daher nicht bewerkstelligen und ein Druck-Speicher sowie ein Rückschlagventil, wie dies von der Berufsgenossenschaft aus Sicherheitsgründen gefordert wird, ist, da der Druck in dem Drehkolbenzylinder nicht gehalten werden kann, bei dieser Spanneinrichtung nicht anzubringen. Auch wird der verdrehbare Kolben von plötzlich auftretenden Drehmomenten beim Anlaufen und Abbremsen der Spindel ungünstig beeinflußt. Dies kann im Extremfall zum Öffnen oder Schließen des Spannfutters führen. Außerdem benötigen der Schwenkkolbenzylinder und das Spannfutter eine Mi tnahiUes icher ung am Zwischenflansch und bei der Futterdirektaufnahme, um die hohen Drehmomente bei der Betätigung aufzunehmen.

Vor allem aber ist es bei dieser bekannten Spanneinrichtung als sehr nachteilig anzusehen, daß eine vielseitige Verwendbarkeit nicht gegeben ist. Der mit einem verdrehbaren Kolben ausgestattete Spannzylinder ist nämlich für Spannzeuge, die über ein axialverschiebbares Betätigungsglied betätigbar sind - und derartige Spannzeuge sind in einem Betrieb in großer Anzahl vorhanden nicht verwendbar, sondern dieser Spannzylinder, wie auch das Spannfutter sind jeweils nur zusammen einzusetzen. Das Umrüsten einer mit einer derartigen Spanneinrichtung ausgestatteten NC-Maschine ist somit sehr zeitaufwendig. Oftmals ist die Verwendung eines andersartigen Futters sogar ausgeschlossen, da der Drehkolbenzylinder fest auf der Maschinenspindel montiert ist.

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Von Nachteil ist hierbei ferner, daß die auf eine Keilstange einwirkenden Kräfte jeweils über einen Zahn des mit einer Schrägverzahnung vert, ,-henen Zahnrades übertragen werden müssen und daß durch die Drehbewegung des Drehrohres sowie des mit dieser fest verbundenen Zahnrades Schmutz, insbesondere Späne, die über die Verzahnung in das Zahnrad fallen können, eingewalzt wird. Dies bedingt nicht nur eine oftmalige Demontage des Spannfutters, um dieses zu reinigen, sondern führt vielfach auch zu Beschädigungen bzw. zur Beeinträchtigung der Rundlaufgenauigkeiten der B_acken, die wiederum ein Verspannen und eine ungleichmäßige Lastverteilung der Innenteile des Spannfutters bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Spannfutter der vorgenannten Art mit tangential zur Drehachse angeordneten Keilstange zu schaffen, bei dem diese auf einfache Weise ohne Drehkolben betätigbar sind und es sollen bei geringer axialer Futterhöhe große Spannkräfte und eine hohe Zentriergenauigkeit gegeben sein. Ferner soll erreicht werden, daß die aufgebrachten Kräfte und Verstellwege zu übersetzen sijid und den Erfordernissen angepaßt⁶" können, und dies bei cj<»ringem Bau- und Fertigungsaufwand sowie einem hohen Wirkungsgrad. Vor allem aber sollen vorhandene oder handelsübliche Servoeinrichtungen zur Betätigung des Spannfutters ohne Schwierigkeiten verwendet werden können.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das mit dem Antriebsgliedoer Keilstangen zusammenwirkende Verateilglied in an sich bekannter Weise axial verschiebbar ist unddaß zur Umlenkung der Axialbewegung des Verstellgliedes in eine Drehbewegung des Antriebsgliedes das Verstellglied mit einer oder mehreren schraubenlinienförmig angeordneten Schrägflächen versehen ist, in die das Antriebsglied mit Gegenflächen ei ireift und daß ferner das Verstellglied in Drehrichtung abgestützt ist.

Zweckmässig ist es hierbei, das Verstellglied in einer mit dem Körper des Spannfutters oder der Spindelnase verbunden Abstützbüchse

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od.dgl. zu führen, die mittels VorSprüngen, z.B. in Form einer Keilverzahnung od.dgl., in zugeordnete Aussparungen des Ver .ellgliedes eingreift. Auf diese Weise werden auch bei sehr langen Verstellgliedern si ch ungünstig auswirkende Verdrehungen sicher vermieden.

Das Antriebsglied kann in an sich bekannter Weise als über eine Verzahnung mit den Keilstangen zusammenwirkendes Zahnrad oder als Treibring, der an der den Keilstangen zugekehrten Stirnseite mit Nuten verseilen ist, in die diese mittels eines Ansatzes ,eines Gleitstückes od.dgl. eingreifen, ausgebildet werden, wobei in deren Bohrungen jeweils die mit den schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen des Verstellgliedes zusammenwirkenden Gegenflächen eingearbeitet sind.

Zur Umlenkung der Axialbewegung des Verstellgliedes ist es ferner sehr vorteilhaft, das zu dessen Abstützunn vorgesehene Bauteil mit schraubenlinienförmig verlauf nden Schrägflächen zu versehen, in die das Verstellglied mit Gegenflächen eingreift.

Die Abstützbüchse oder das hülsenartige Bauteil können hierbei, um die durch diese erzeugte Drehbewegung aufzuheben, mittels Klemmschrau ben, Raster od.dgl. lösbar mit dem diese aufnehmenden Bauteil verbunden sein, so daß bei gelöster Verbindung eine Drehbewegung nicht erzeugt wird und die Servoeinrichtung ohne weitere Umbauten zur Axialbetätigung einer andersartigen Vorrichtung verwendbar ist.

Das Antriebsglied kann auf dem Verstellglied z.B. mittels einer achsparalleln Keilversahnung drehfest oder mittels zusammenwirkender schraubenlinienförmig verlaufender Schrägflächen gegenüber diesen verdrehbar gelagert sein, wobei es bei verdrehbarer Lagerung zur Über- oder Untersetzung angebracht ist, daß die Schrägflächen der Abstützbüchse bzw. des hülsenari igen Bauteils und des Antriebsgliedes unterschiedliche Steigungen aufweisen.

Das Verstellglied ist in zweckmäßiger Weise als Zugstange auszubilden, die mit einem von Druckmittel beaufschlagbaren Kolben fest verbunden ist.

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Das gemäß der Erfindung ausgebildete Spannfutter zeichnet sich nicht nur durch einen geringeren Bauaufwand und niedere Herstellkosten als die bekannte Ausgestaltung aus, sondern bietet vor allem den Vorteil, daß zur Betätigung eine handelsübliche vielfach bereits vorhandene Servoeinrichtung verwendet werden kann. Wird nämlich ein axiallver schiebbares in Drehrichtung abgestütztes Verstellglied vorgesehen, dessen Verstellbewegung mittels Schrägflächen in exne Drehbewegung umgelenkt wird, ist es möglich, das Verstellglied mittels eines axial von Druckmitte] beaufschlagbaren Kolben, der mit diesem feat verbunden ist, zu betätigen. Es kann somit als Betätigungsorgan ein handelsüblicher Spannzylinder verwendet werden, der nicht nur preiswert in der Anschaffung und in der Unterhaltung ist, sondern auch zuverlässig arbeitet. Die Kraftbetätigung der bewährten querlaufenden Keilstangen erfolgt somit durch axialgerichtete Druck- und Zugkräfte. Dichtprobleme treten in dem handelsüblichen Druckzylinder nicht auf.

Vor allem aber ist auf diese Weise eine vielseitige Verwendbarkeit, insbesondere auf NC-Maschinen gegeben, da nicht nur eine rasche Umrüstung des Spannfutters, indem die Backen ausgetauscht werden, möglich ist, sondern auch das Keilstangenfutter selbst gegen ein Fingerfutter, ein Spannzangenfutter od.dgl. in kurzer Zeit ausgetauscht werden kann, wobei der Spannzylinder als Servoeinrichtung ebenfalls Verwendung findet. Die Rüstzeiten einer Maschine sind auf diese Weise erheblich zu verkürzen.

Des weiteren ist von Vorteil, daß die Kräfte nicht durch Abwälzbewegungen, sondern durch Gleitbewegungen übertragen werden. Die an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile bzw. deren beanspruchte Querschnitte können somit problemlos groß dimensioniert und die Flächenpressung kann klein gehalten werden, so daß auch äußerst hohe Kräfte, die am Futterkörper abgestützt werden, zu übertragen sind.

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Die Umlenkung der axialgerichteten Kräfte sowie des axialen Verstellweges erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wobei der Spannweg durch eine unterschiedliche Neigung der an den Keilstangen angebrachten Schrägflächen auch in einen Spannhub und einen Eilhub unterteilt werden kann, in zwei voneinander verschiedenen Bauteilen, nämlich über die Schrägflächen des Verstellgliedes und die Zahnleisten der Keilstangen. Dadurch wird eine kurze axiale Baulänge ermöglicht und es ist gewährleistet, daß das Spannfutter nicht verschmutzt. Die neuartige Konzeption des vorschlagsgemäß ausgebildeten Spannfutters bietet somit nicht nur die Vorteile eines Keilstangenfutters, sondern ermöglicht es auch, daß zu dessen Betätigung ein herkömmlicher Spannzylinder mit axial beaufschlagtem Betätigungsorgan eingesetzt werden kann.

Weitere Einzelheiten des gemäß der Erfindung ausgebildeten Spannfutters sind den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind, zu entnehmen. Hierbei zeigt jeweils im Schnitt:

Fig. 1 ein mit einer Servoeinrichtung versehenes Spannfutter,

Fig. 2 eine andersartige Ausgestaltung des Spannfutters nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der bei den Spannfuttern nach den Figuren 1 und 2 verwendbaren Servoeinrichtungen.

Das in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Spannfutter besteht im wesentlichen aus einem Futterkörper 2, der an einer Spindelnase 7 befestigt ist und in den in radia^gerichtete T-förmige Nuten 5 mit einer Verzahnung 6 versehene Grundbacken 3

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eingesetzt sind, auf die auf das nicht gezeigte Werkstück einwirkende Spannbacken 4 befestigt sind, sowie in tangential zur Drehachse verlaufende Nuten 12 eingesetzte Keilstangen 11, durch die die Grundbacken 3 radial verstellbar sind. Jede der Keilstangen 11 greift dazu mit auf der Vorderseite angebrachte Zahnleisten 13 in die Verzahnung 6 der zugeordneten Grundbacke 3 ein.

Zur Betätigung der quer zur Drehachse angeordneten Keilstangen 11 ist ein als Zahnrad ausgebildetes Antriebsglied 21 vorgesehen, das mit einer Außenverzahnung 22 in eine Gegenverzahnung 14 der Keilstangen 11 eingreift. Durch eine Verdrehung des Antriebsgliedes werden somit die Keilstangen 11 mitgenommen und durch diese werden wiederum die Grundbacken 3 verstellt, so daß auf diese Weise ein Werkstück gespannt oder gelöst wird.

Das Antriebsglied 21 wird durch ein als Schubstange ausgebildetes durch die Maschinenspindelbohrung hindurchgeführtes Verstellglied 24 betätigt, das mit einem in einem Zylinder 26 eingesetzten Kolben 27 als Betätigungsorgan fest·verbunden ist. Der Kolben 27 ist hierbei beidseitig in Achsrichtung von Druckmittel beaufschlagbar und wird, sobald Druckmittel in einem der Druckräume 28 oder 29 geleitet und der gegenüberliegende Druckraum entlüftet ist, axial verschoben.

Um die Axialbewegung der Schubstange 24 in eine Drehbewegung umzusetzen, ist diese in dem in das Antriebszahnrad 21 ragenden Teil mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen 25 versehen und die Bohrung des Zahnrades 21 sind entsprechende Gegenflächen 23 eingearbeitet. Und da die Schubstange 24 mittels einer ortsfesten an der Spindeliiase 7 befestigten Büchse 31, die mittels VorSprüngen 32 in in die Schubstange 24 eingearbeitete Nuten 33 eingreift, drehfest abgestützt ist, wird über die Schrägflächen 23u. das Zahnrad 21 bei einer Axialverschiebung des Kolbens 27 bzw.

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der mit diesem verbundene Schubstange 24 in Drehung versetzt. Die Axialverschiebung des Kolbens 27 wird auf diese Weise in eine Zustellbewegung der Grundbacken 3 umgelenkt.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Kraftspannfutter 41 ist in den mit radiaVgericnteten Nuten 43 zur Aufnahme von Grund- oder Spannbacken versehenen Futterkörper 42 ein Treibring 51 als Antriebsglied für die in Nuten 45 eingesetzten Keilstangen 44 vorgesehen. Mit einer Verzahnung 46 greifen die Keilstangen 44 in Grundbacken ein und mittels eines auf der gegenüberliegenden Seite angebrachten Zapfens 47, auf dem ein jeweils in einer Nut 52 des Treibringes 51 gleitendes Führungsstück 48 gehalten ist, sind die Keilstangen 44 und die mit diesen in Triebverbindung stehenden Grundbacken bei einer Verdrehung des Treibringes 51 nach innen oder aussen verstellbar.

Zur Betätigung des Treibringes 51 dient wiederum ein Verstellglied 54, das mit einer axial verstellbaren Zugstange 58 fest verbunden und in einer Führungsbüchse 49 geführt ist. Und da der Treibring mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen 53 und das Verstellglied 54 mit entsprechenden ineinandergreifenden Gegenflächen 55 versehen sind, wird die Axialbewegung des mittels einer Keilverzahnung 57 in einer Gegenverzahnung 56 des Futterkörpers 42 abgestützten Verstellgliedes 54 wiederum in eine Drehbewegung umgelenkt. Durch eine Axialverschiebung der Zugstange 58 wird somit der Treibring 51 in Drehung versetzt und von diesem werden die Keilstangen 44 nach innen oder aussen verschoben, so daß auch die Backen eine Spann- oder Lösebewegung ausführen.

In Figur 3 ist eine aus einem Zylinder 61 und einem in diesen eingesetzten Kolben 62 gestehende Servoeinrichtung gezeigt, deren Kolben 62 bei einer Druckmittelbeaufschlagung in Drehung versetzt wird. Dazu ist in der Nabe 64 des Zylinders 61 eine Hülse 66 eingesetzt, durch die die Kolbenstange 63hindurchgeführt ist. Die

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Hülse 66, die mittels in die Gewindebohrung 68 der Nabe 64 eingeschraubter Arretierschrauben 69 drehfest und mittels der Seegerringe 70 auch axial unverschiebbar gehalten ist, ist innen mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen 67 ausgestattet und die Kolbenstange 63 weist entsprechende Gegenflächen 65 auf. Wird der Kolben 62 von Druckmittel beaufschlagt, so wird dieser, de. dessen Kolbenstange 63 der durch die Schrägflächen 67 der Hülse 66 vorgegebenen Bewegung folgen muß, in Drehung versetzt. Das auf dem anderen Ende der Kolbenstange 63 gelagerte Antriebstrieb, das in diesem Fall drehfest angebracht sein kann, wird somit durch die Axialverschiebung des Kolbens 62 rotierend angetrieben. Werden die Arretierschrauben 69 gelöst, so wird die axiale Verstellbewegung des Kolbene 62 ohne Umlenkung auf ein Spannmittel übertragen.

Selbstverständlich ist es möglich, den Verstellgliedern der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Spannfuttern einen Überhub zu geben, um die Backen leicht herausnehmen und austauschen zu können. Die Steuerung der Verstellbewegungen kann in diesem Fall auf einfache Weise z.B. mittels handbetätigter Schalter vorgenommen werden.

Des weiteren können die zur Abstützung des Verstellgliedes gegen Verdrehung vorgesehenen Verzahnungen - bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 z.B. die Verzahnungen 56 und 57 - nicht nur als achsparallele Keilverzahnungen, sondern zusätzlich, wie dies strichpunktiert in einem Ausschnitt in Fig. 1 dargestellt ist, auch als schraubenlinienförmig verlaufende Schrägflächen ausgebildet werden. Dadurch kann bei entsprechender Wahl der Verzahnungen die axiale Verstellbewegung über oder untersetzt werden.

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13. Juli/1976

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Claims

Patentansprüche :

1. Kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschine mit radial

~ verschiebbaren Grund- oder Spannbacken, die jeweils durch eine im Futterkörper tangential zur Drehachse angeordnete Keilstange antreibbar sind, wobei die Keilstangen gemeinsam durch ein zentrales verdrehbares Antriebsglied betätigbar sind, das mit einem Verstellglied in Triebverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Antriebsglied (21; 51) der Kuilstangen (11; 44) zusammenwirkende Verstellglied (24; 54; 63) in an sich bekannter Weise axial verschiebbar ist, daß zur Umlenkung der Axialbewegung des Verstellgliedes (24; 54; 63) in eine Drehbewegung des Antriebsgliedes (21; 51) das Verstellglied (24; 54; 63) mit einor oder mehreren schraubenlinienförmig angeordneten Schrägflächen (25; 55) versehen ist, in die das Antriebs-

glied (21; 51) mit Gegenflächen (23; 53) eingreift, und daß ferner das Verstellglied (24; 54; 63) in Drehrichtung abgestützt ist.

2. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (24) in einer mit dem Körper (2) des Spannfutters (1) oder der Spindelnase (7) verbundenen Abstützbüchse (31) od.dgl. geführt ist, die mittels Vorsprüngen (32), z.B. in Form einer Keilverzahnung od.dgl., in zugeordnete Aussparunger (33) des Verstellgliedes (24) eingreift.

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3. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das VersteLiglied (21) in an sich bekannter W ise als über eine Verzahnung (22) mit den Keilstangen (11) zusammenwirkendes Zahnrad ausgebildet ist, in dessen Bohrung die mit den schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen (25) des Verstellgliedes (24) zusammenwirkenden Gegenflächen (23) eingearbeitet sind.

4. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (51) in an sich bekannter Weise als Treibring ausgebildet ist, der an der den Keilstangen (44) zugekehrten Stirnseite mit Nuten (52) versehen ist, in die diese mittels eines Ansatzes, eines Gleitstückes (48) od.dgl. eingreifen und in dessen Bohrung die mit schraubenlinienförmig verlaufenden Schrägflächen (55) des Verstellgliedes (54) zusammenwirkenden Gegenflächen (53) eingearbeitet sind.

5. Kraftbetätigtes Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß z.ur Umlenkung der Axialbewegung des Verstellgliedes (24; 54; 63) das zu dessen Abstützung vorgesehene Bauteil (Abstützbüchse 3; Hülse 66) schraubenlinienförmig verlaufende Schrägflächen (67) aufweist, in die das Verstellglied (24; 54;63) mit Gegenflächen (65) eingreift.

6. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützbüchse (31) oder das hülsenartige Bauteil (66) mittels Klemmschrauben (69), Raster od.dgl. lösbar mit dem diese aufnehmenden Bauteil (Nabe 64) verbunden ist.

7. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (21; 51) auf dem Verstellglied (24; 54) z.B. mittels einer achsparallelen Keilverzahnung, drehfest oder mittels zusammenwirkender schraubenlinienförmig verlaufender Schrägflächen (23, 25; 53_#55) gegenüber diesem verdrehbar gelagert ist.

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8. Kraftbetätigtes Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei verdrehbarer Lagerung des Antriebsgliedes (21) auf dem Verstellglied (24) die Schrägflächen der Abstützbüchse (31) bzw. des hü]senartigen Bauteils (66) und des Antriebsgliedes (21) unterschiedliche Steigungen aufweisen.

9. Kraftbetatigtes Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (24) als Zugstange ausgebildet ist, die mit einem von Druckmittel beaufschlagbaren Kolben (27) fest verbunden ist.

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19. Juli 1976/

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