DE2705290A1 - Spannhalter fuer zu schleifendes werkstueck - Google Patents

Description

Voumard Machines Co. S.A. La Chaux-de-Fonds (Schweiz)

Spannhalter für zu schleifendes Werkstück

Die Erfindung betrifft einen Spannhalter

für nach einem selbstzentrierenden System zumindest hauptsächlich innen zu schleifendes Werkstück, der eine perfekt zylindrische Aussenoberflache und eine grosse Oberflächenhärte besitzt.

Wenn an vielen unter sich gleichen Werkstücken mehrere Oberflächen, darunter namentlich Innenoberflächen zu schleifen sind, besteht eine grosse Schwierigkeit darin, eine Konzentrizität der veschiedenen, am Werkstück schlussendlich vorliegenden, geschliffenen Flächen zu gewährleisten. Dabei ist zu beachten, dass oft hinsichtlich dieser Konzentrizität eine Genauigkeit in der Grössenordnung des Tausendstels eines Millimeters oder sogar weniger gefordert wird. Wenn für das Schleifen verschiedener Oberflächen an einem Werkstück dieses von einem Spannfutter einer ersten Maschine in das Spannfutter einer zweiten oder weiteren Maschine umgespannt wird, so ist es praktisch unmöglich, eine perfekte Konzentrizität zu erhalten, selbst wenn die Spannfutter noch so genau arbeiten. Es scheint demnach, dass bei solcher Festspannung alle Schleifvorgänge, die an ein und demselben Werkstück vorgenommen werden müssen, auf einer ein-

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zigen Maschine zu geschehen haben, um ein Umspannen zu vermeiden. Dies bedingt aber, dass entweder sehr komplizierte Schleifwerkzeuge verwendet werden müssen und/oder dass die Schleifmaschine mit verschiedenen Schleifwerkzeugen ausgerüstet sein muss, die in aufeinanderfolgenden Schleifvorgängen zum Einsatz gelangen. Der Umstand, dass dann nicht sämtliche Werkstücke einer Serie vorerst einer ersten Bearbeitung, dann nach jeweiligen Umrichten der Maschine einer zweiten und eventuell weiteren Bearbeitung unterworfen werden können, kompliziert die Gesamtarbeit erheblich. Es wäre viel zweckmässiger, jedes Werkstück von einer Maschine zur anderen wandern zu lassen und an jeder Maschine nur einen bestimmten Schleifvorgang an sämtlichen Werkstücken vorzunehmen. Für kleine Serien von Werkstücken wäre es auch zweckmässig, eine Maschine zuerst für die Vornahme eines ersten Schleifvorganges einzurichten und diesen Schleifvorgang durchzuführen an sämtlichen Werkstücken, dann nach Umrichten der Maschine einen zweiten Schleifvorgang an der selben Maschine durchzuführen, usw. Dabei stösst man aber eben auf obgenannte Schwierigkeit, die davon herrührt, dass bei mehrmaligem Umspannen der Werkstücke eine perfekte Konzentrizität der geschliffenen Oberflächen nicht gewährleistet werden kann.

Wohl ist es beim sogenannten spitzenlosen Schleifen möglich, eine solche perfekte Konzentrizität in verschiedenen aufeinanderfolgenden Schleifvorgängen zu erreichen; leider ist aber dieses Verfahren nur auf Werkstücke anwendbar, die eine perfekte zylindrische Aussenoberflache besitzen, welche überdies noch einen namhaften Durchmesser und eine genügend grosse Oberflächenhärte haben müssen, damit sie das spitzenlose Schleifen ohne Beschädigung und ohne Verschleiss durchhalten.

Man kennt des weiteren Schleifverfahren, bei denen Werkstücke, die eine zylindrische Aussenoberflache besitzen, während der Vornahme der Innen schleif vorqäige in

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einem maschinenfesten Druckfluidpolsterlager gelagert und zentriert sind, wobei als Druckfluid OeI, Wasser oder Luft zur Anwendung gelangt. Dabei wird aber der Zentriereffekt nur gewährleistet, falls das Spiel zwischen Aussenoberfläehe des Werkstückes und Innenoberfläche des Druckfluidpolsterlagers sehr gering und gleichmässig ist, was eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit und Masshaltigkeit der Aussenoberflache des Werkstückes bedingt. Oft genügen aber die Aussenoberflachen von innen zu schleifenden Werkstücken bei längst nicht diesen hohen Anforderungen. Selbst wenn die Werkstückaussenoberflache diesen Ansprüchen genügt, ist es noch hinderlich, dass für die Bearbeitung von Werkstückserien, in denen die Werkstücke von der einen Serie zur anderen einen anderen Durchmesser haben, immer wieder ein entsprechend dimensioniertes Druckpolsterlager angefertigt werden muss; solche Druckpolsterlager sind aber recht teuer. Wenn solche Druckpolsterlager nacheinander in der Maschine eingesetzt werden müssen, Desteht auch die Schwierigkeit, gewährleisten zu müssen, dass deren Achse nach Einspannung in der Maschine genau mit derjenigen der Schleifspindel übereinstimmt. Diese Schwierigkeiten wurden wegfallen, wenn man stets ein und dasselbe Druckpolsterlager in der Maschine belassen könnte.

Unter diesen Bedingungen wäre die Anbringung der Werkstücke in Spannhaltern vorteilhaft, in denen das Werkstück verbleibt für die Vornahme der verschiedenen Schleif- insbesondere Innenschleifvorgänge, in einem Spitzenlosschleifen oder mit Halterung des Spannhalters in einem Druckfluidpolsterlager, dies aber nur unter der Voraus-Setzung, dass der Spannhalter selbst verhältnismässig wenig kostspielig ist und dass die Werkstücke darin adequat, leicht und präzis gehaltert werden können, obwohl man es oft mit Werkstücken zu tun hat, deren Aussenform von einem Werkstücktyp zu einem anderen leicht verschieden ist und manchmal sogar vom einen Werkstück zum anderen innerhalb

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einer Serie von Werkstücken des gleichen Typs verschieden ist, falls die Aussenoberflachen hinsichtlich der hohen Präzision keine grosse Rolle spielen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, für die verschiedenen oben angeführten Probleme eine Lösung zu finden, und eine Spannhalterausbildung vorzuschlagen, welche den gestellten Anforderungen voll entspricht. Nach einem Aspekt der Erfindung zeichnet sich der Spannhalter dadurch aus, dass er einen Innenraum zur Aufnahme eines Werkstückes besitzt und mit Mitteln zum Festspannen dieses Werkstückes ausgerüstet ist, die hauptsächlich in Radialrichtung wirksam sind, und zwar so, dass sie eine Positionierung des Werkstückes hinsichtlich des Spannhalters ergeben, die in der Radialrichtung streng genau und direkt bestimmt ist, in der Axialrichtung hingegen nachstellbar ist.

Eine bevorzugte Ausführung eines solchen

Spannhalters zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Spannhalter zwei zueinander konzentrische, an kegeligen Flächen aneinander liegenden Hülsen aufweist, wobei die innere Hülse längsgeschlitzt ist und nach Einspressen in die äussere Hülse mit ihrer zylindrischen Innenfläche das Werkstück festhält.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung zeichnet sich der erfindungsgemasse Spannhalter dadurch aus, dass er einen Innenraum zur Aufnahme eines Werkstückes besitzt und mit Mitteln zum Festspannen dieses Werkstückes ausgerüstet ist, die hauptsächlich in Axialrichtung wirksam sind, und zwar so, dass sie eine Positionierung des Werk-Stückes hinsichtlich des Spannhalters ergeben, die in der Axialrichtung streng genau und direkt bestimmt ist, in der Radialrichtung hingegen nachstellbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines

solchen erfindungsgemässen Spannhalters ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass er einen topfförmigen Aussenteil auf-

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weist, dessen Boden eine zentrale, zum Durchlass eines Schleifwerkzeuges bestimmte Oeffnung hat und in dessen von diesem Boden entfernten Endteil ein Deckel eingesetzt ist, welcher eingerichtet ist zum axialen Spannen des sich am Aussenteilboden abstützenden Werkstückes unter Ermöglichung des radialen Nachstellens des Werkstückes im Zuge seiner Montage. Dabei kann der Deckel selbst in Axialrichtung elastisch nachgiebig sein oder mit in Axialrichtung wirkenden Federmitteln ausgerüstet sein, um mit einem zugehörigen Teil an dafür geeigneten Stellen des Werkstückes anzuliegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. eine Draufsicht eines Spannhalters, der aus zwei konzentrisehen Hülsen besteht, die an schwach kegeligen Flächen aneinander anliegen,

die Fig. 3 und 4 einen Längsschnitt bzw.

eine Draufsicht einer Spannhalterausführung, die derjenigen gemäss Fig. 1 und 2 ähnlich ist,

die Fig. 5 und 6 einen Längsschnitt bzw. eine Stirnansicht eines Spannhalters, der sich zur Aufnahme eines Werkstückes mit ziemlich komplizierter Aussenform eignet, z.B. eines Bohrerkopfes mit mehreren Kränzen von Schneidzähnen,

Fig. 7 einen Aufriss, teilweise einer Ausführungsvariante des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Spannhalters,

Fig. 8 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsvariante dieses Spannhalters, die Fig. 9 und 10 einen Längsschnitt bzw. eine Stirnansicht eines Spannhalters desselben Typs wie die erstbeschriebene Ausführungsform, der aber bestimmt ist zum Festhalten eines eine Aussenverzahnung besitzenden Werkstükkes, und

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Fig 11 einen Längsschnitt einer Einzelheit dieses Spannhalters mit einer Rolle, die hier im Schnitt, in Fig. 9 aber in Ansicht gezeigt ist.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Spannhalter besteht aus zwei Hülsen, von denen die äussere 1 eine zylindrische Aussenmantelflache 2 und eine kegelige Innenoberfläche 3 besitzt, wogegen die innere Hülse 4 eine kegelige Aussenfläche 5 und eine zylindrische Innenoberfläche 6 besitzt und zudem einen Längsschlitz 7 hat, der ihr eine gewisse Elastizität verleiht. Dieser Spannhalter eignet sich zum Festspannen eines Werkstückes 8 durch einfaches Andrücken der Innenhülse 4 an dasselbe. Zur Befestigung des Werkstückes in diesem Spannhalter wird die Innenhülse in die Aussenhülse 1 eingetrieben, wobei anlässlich dieses Vorganges auch die gewollte Axialpositionierung des Werkstückes im Spannhalter erfolgt. Zu diesem Zwecke wird beispielsweise eine Eintreibpresse verwendet, deren Auflageplatte 9 geeignete Auflageflächen 10 und 11 für das Werkstück bzw. die Hülse 1 besitzt. Diese Auflageflächen können, wie gezeigt, so gegeneinander versetzt sein, dass das im Spannhalter festgespannte Werkstück mit einer Stirnfläche 12 um wenige Zehntelsmillimeter nach aussen gegenüber der entsprechenden Stirnfläche 13 der Aussenhülse versetzt ist, damit auch eine Schleifbearbeitung der Werkstückstirnfläche 12 erfolgen kann. Dank der ihr durch den Längsschlitz 7 verliehenen Elastizität kann sich die Innenhülse 4 auf geringfügig voneinander abweichende Aussendurchmesser des Werkstückes einstellen; somit müssen die Werkstücke nicht genau masshaltig vorbearbeitet sein. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen einen Spannhalter, der dem eben beschriebenen ähnlich ist, bei dem aber die Innenhülse 16 sechs am Umfang gleichmässig verteilte, abwechselnd von der einen bzw. anderen Stirnfläche ausgehende und sich nur bis in die Nähe der entgegengesetzten Stirnfläche erstreckende Längsschlitze 17 besitzt, womit der

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ganzen Innenhülse eine erhöhte Nachgiebigkeit in Radialrichtung verliehen ist, die zur Geltung kommt, wenn diese Hülse in die Aussenhülse 15 eingetrieben wird und dabei das Werkstück festspannt. Die kegelige Aussenoberflache 18 liegt dabei an der passend kegeligen Innenoberfläche 19 der Aussenhülse 17 an.

In beiden Ausführungsformen ist die Konizität der beiden aneinanderliegenden Flächen der Innen- und der Aussenhülse so gering, verglichen mit dem Reibwinkel dieser Flächen, dass die Verbindung selbstsperrend ist.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Spannhalters, die sich eignet zur Aufnahme von Werkstücken, deren zu schleifende Innenfläche an eine ebene Stirnfläche angrenzt, die genug bearbeitet ist, um als Bezugsanlagefläche dienen zu können, und deren Aussenform keineswegs zylindrisch ist, vielmehr eine komplexe Form hat, wie dies für das veranschaulichte Werkstück 23 der Fall ist; dieses besteht im gezeigten Beispiel aus einem Bohrerkopfteil mit mehreren Reihen von Schneidzähnen und hat eine recht komplizierte Innenform mit mehreren verschieden weiten und in Längsrichtung gegeneinander versetzte Flächen, die voraussetzungsgemass perfekt koaxial und masshaltig geschliffen werden sollen. Dieser Spannhalter hat einen topfförmigen Aussenteil 21, an dessen vom Boden entfernten Endteil ein Deckel 22 mittels Schrauben befestigt worden ist, nachdem das Werkstück eingesetzt worden ist. Dieser Deckel weist seinerseits einen Teil 24 auf, der an ihm mittels eines Federtellers 26 nachgiebig abgestützt und mittels Schrauben 34 längseinstellbar angebracht ist. Dieser Teil hat einen nach innen vorspringenden Kragen 25, der an einer kegeligen Werkstück-Aussenflächenpartie 2 7 anliegt, die zwischen zwei Kränzen von Zähnen vorhanden ist. Mit einer solchen Anordnung ist eine Festspannung des Werkstückes erhalten, bei welcher die Zähne 28 keine Beschädigung erleiden. Das Werkstück 23 ist streng

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genau in Axialrichtung gegenüber dem Spannhalter abgestützt, in dem es sich mit seiner vom Deckel abgewendeten Stirnfläche 29 an einer entsprechenden, lagebestimmenden Fläche 30 abstützt, die am Boden des topfförmigen Aussenteils vorhanden ist. Im Laufe des Einmontierens des Werkstückes im Aussenteil kann die Lage des Werkstückes immer noch in Radialrichtung nachgestellt werden; dies erfolgt unter Zuhilfenahme eines wegnehmbaren Zentriergliedes 31, das in Fig. 5 mit strichpunktierten Linien gezeigt ist, und am Werkstück zur Einwirkung gebracht wird, währenddem der Spannhalter bzw. sein Aussenteil 21 mit seiner Aussenoberfläche 32 auf einem Stützanschlag 33 anliegt, welcher in Fig. 5 auch mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.

Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungs-Variante, die sich von der eben beschriebenen Ausführungsform im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der den Teil 24 ersetzende Teil 35 mittels dreier Gruppen von Federtellerchen 37 am Deckel 36 abgestützt ist, wobei diese Federtellerchen in jeder Gruppe eine der Schrauben 38 umgeben, mit denen der Teil 35 nachstellbar mit dem Deckel verbunden ist, so wie dies für eine Gruppe von Federtellerchen 37 veranschaulicht ist.

Auch die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsvariante weicht von der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 in erster Linie nur durch die verschiedene Ausbildung der Mittel ab, durch die der axiale Spanndruck auf das Werkstück ausgeübt wird. In Anpassung an den vorderen Endteil des Werkstückes ist hier ein glockenförmiger Teil 40 vorgesehen, der diesen Werkstückendteil 42 umgibt und mit seinem freien Rand hinter ihm an einer kegeligen Oberflächenpartie 45 des Werkstückes anliegt. Der Deckel 43 wirkt hier gleichsam als Membran, welche anlässlich des Festspannens der Schrauben elastisch deformiert wird und den Spanndruck liefert. Der glockenförmige Teil 40 ist selbstausrichtend, wobei er sich dem Werkstück 41 bzw. dessen Lage anpasst, etwa wenn

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dieses mit Hilfe des Zentriergliedes 31 radial nachgestellt wird. Ein weiterer kleiner Unterschied in dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Werkstück nicht am Boden des topfförmigen Teiles abgestützt ist, sondern an drei Stützstiften 46, die in diesem Boden eingesetzt sind; es könnte sogar vorgesehen sein, anstelle dieser Stützstifte z.B. Stützschrauben o.dgl. vorzusehen, die einzeln nachgestellt werden könnten, etwa falls die Oberflächenbeschaffenheit der Stirnfläche 47 des Werkstückes dies erforderlich machen würde.

Die Fig. 9, 10 und 11 veranschaulichen die

Ausbildung eines Spannhalters, der sich eignet zur Aufnahme eines Werkstückes, dessen Aussenoberflache durch eine Zah-, nung gebildet ist. In diesem Falle gelangen Rollen 50 zur Anwendung, die solchen von Rollenlagern ähnlich sind und lose in einem Käfig 54 gehalten sind, wobei jede einzelne dieser Rollen an einem Paar von benachbarten Flanken von Zähnen 52 des Werkstückes anliegt; die Festspannung des Werkstückes im Spannhalter erfolgt hier durch das radiale Spannen einer Innenhülse 54 in einer Aussenhülse 53. Die Innenhülse 54 kann längsgeschlitzt sein wie in den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4.

Für Spannhalter des in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Typs, also mit radialer Festspannung und Möglichkeit einer Nachstellung in Axialrichtung, konnte unter Umständen eine Pressspanneinrichtung vorgesehen sein ähnlich jenen von Spannspindeln, die eine hydraulische Festpannung ermöglichen. In solchen Spannspindeln ist in eine zylindrische Aussenoberfläche eine Ringnut eingeschnitten, die durch eine Ringmembran so abgeschlossen ist, dass eine Ringkammer gebildet ist. Diese Ringkammer ist durch einen Kanal mit einer an einer anderen Stelle der Spannspindel gelegenen Kammer verbunden und der ganze Hohlraum ist mit Flüssigkeit gefüllt. Diese kann dadurch unter Druck gesetzt werden, dass in der anderen Kammer ein abgedichteter eingesetzter Schraub-

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bolzen angezogen wird, mit der Folge, dass die Membran im Querschnitt nach aussen ausgewölbt wird. Auf derartigen Spannspindeln können Werkstücke, die eine zylindrische Bohrung haben, festgespannt werden. Es könnte nun ins Auge gefasst werden, eine analoge Spannmembran an der Innenoberfläche eines Spannhalterkörpers vorzusehen. Es würde dann die elastische Membran zur Achse hin ausgewölbt und dies könnte ausgenützt werden, um ein Werkstück festzuspannen, das nichtsdestoweniger in axialer Richtung nachstellbar wäre. Jedoch kann die Membran natürlich nicht die ganze Länge der Bohrung einnehmen, und es kann auch die Auswölbung der Membran nicht gleichmässig auf der ganzen Länge der Bohrung stattfinden. Somit wäre denkbar, dass ein Spannhalter mit solcher hydraulischer Festspanneinrichtung gute Dienste leisten könnte; aus den eben angegebenen Gründen und auch wegen den hohen Fertigungskosten wäre jedoch ein solcher Spannhalter höchstwahrscheinlich weniger vorteilhaft als die Spannhalter, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 oder 3 und 4 beschrieben wurden. Es sind verschiedene Ausführungsformen von Spannhaltern beschrieben worden, die es ermöglichen ein innen zu schleifendes Werkstück in perfekt adequater Weise festzuspannen, und dabei noch die Möglichkeit bieten, das Werkstück in einer Richtung oder in einer anderen, je nach Bedarf, nachstellen zu können.

Es sei nochmals festgehalten, dass die Aussenoberflachen des Spannhalters, insbesondere die Aussenoberflächen der Aussenhülse der einen Ausführung oder des topfförmigen Teiles in der anderen Ausführung, streng genau zylindrisch sein muss, und dass auch die dieser Oberfläche unterliegende Schicht verschleissfest sein muss (gehärteter Stahl oder ähnliche Werkstoffe). Die Prinzipien des spitzenlosen Schleifens und auch des Schleifens von auf Druckpolsterlagern zentrierten Werkstücken sind allzu gut bekannt, als dass hier noch darauf einzutreten wäre. In all diesen

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Schleifsystemen sind die erhaltenen, innengeschliffenen Flächen perfekt konzentrisch zur stützenden oder zentrierenden Aussenoberflache, die bei Verwendung des erfindungsgemässen Spannhalters aus dessen perfekt zylindrischer Aussenoberflache besteht.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRUECHE

   (1.)Spannhalter für nach einem selbstzentrierenden System zumindest hauptsächlich innen zu schleifendes Werkstück, der eine perfekt zylindrische Aussenoberflache und eine grosse Oberflächenhärte besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Innenraum zur Aufnahme eines Werkstückes besitzt und mit Mitteln zum Festspannen dieses Werkstückes ausgerüstet ist, die hauptsächlich in Radialrichtung wirksam sind, und zwar so, dass sie eine Positionierung des Werkstückes hinsichtlich des Spannhalters ergeben, die in der Radialrichtung streng genau und direkt bestimmt ist, in der Axialrichtung hingegen nachstellbar ist.
2. 2. Spannhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei zueinander konzentrische, an kegeligen Flächen aneinanderliegenden Hülsen aufweist, wobei die innere Hülse längsgeschlitzt ist und nach Einpressen in die äussere Hülse mit ihrer zylindrischen Innenfläche das Werkstück festhält.
3. 3. Spannhalter für nach einem selbstzentrierenden System zumindest hauptsächlich innen zu schleifendes Werkstück, der eine perfekt zylindrische Aussenoberflache und eine grosse Oberflächenhärte besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Innenraum zur Aufnahme eines Werkstückes besitzt und mit Mitteln zum Festspannen dieses Werkstückes ausgerüstet ist, die hauptsächlich in Axialrichtung wirksam sind, und zwar so, dass sie eine Positionierung des Werkstückes hinsichtlich des Spannhalters ergeben, die in der Axialrichtung streng genau und direkt bestimmt ist, in der Radialrichtung hingegen nachstellbar ist.
4. 4. Spannhalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er einen topfförmigen Aussenteil aufweist, dessen Boden eine zentrale, zum Durchlass eines Schleifwerkzeuges bestimmte

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   Oeffnung hat und in dessen von diesem Boden entfernten Endteil ein Deckel eingesetzt ist, welcher eingerichtet ist zum axialen Spannen des sich am Aussenteilboden abstützenden Werkstückes unter Ermöglichung des radialen Nachstellens des Werkstückes im Zuge seiner Montage.
5. 5. Spannhalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (43) selbst in Axialrichtung elastisch nach giebig ist oder mit in Axialrichtung wirkenden Federmitteln (26 oder 37) ausgerüstet ist, um mit einem zugehörigen Teil (24 oder 35 oder 40) an dafür geeigneten Stellen des Werkstückes anzuliegen.

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