DE2360337A1

DE2360337A1 - Werkzeugspannvorrichtung

Info

Publication number: DE2360337A1
Application number: DE2360337A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr Reeber
Original assignee: Friedrich Deckel AG
Current assignee: Friedrich Deckel AG
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1973-12-04
Publication date: 1975-06-05
Also published as: ES432522A1; GB1456611A; SE395122B; BR7410015A; BE820666A; JPS5086777A; FR2252891A1; SE7415108L; NL7413699A; LU71069A1; DK628674A; IT1051576B; CH575271A5

Description

Friedrich Deckel Aktiengesellschaft 23. U. 19 73

-: _: 265/En/Ka/AE-2507562 DP

Werkzeu gsparinvorricht ung -■-... . ·

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspannvorrichtung, umfassend eine koaxial innerhalb einer Werkzeugmaschinenspindel angeordnet ~ te, axial verschiebbare Spannstange, einen am Vorderende der Spannstänge angeordneten Riegelkopf mit mehreren Verriegelungskugeln sowie ein Riegel el em ent mit Schrägf lachen, mittels derer die Verriegelungskugeln bei einer ,Relativbewegung der Spannstange gegenüber dem Riegelelement in am Werkzeugschaft ausgebildete Ausnehmungen gedrück werden.

Derartige Vorrichtungen erlauben einen schnellen Werkzeugwechsel und eignen sich insbesondere auch für automatische Werkzeugwechseleinrichtungen.

Es ist bereits eine WerkzeugspannVörrichtung bekannt, bei welcher das Riegelelement fest in der Haschine angeordnet ist (Prospekt Nr. 83 5e/3.O/5.72, S. 4- der Wotan-Werke GmbH, Düsseldorf).. Die Verriegelungsbewegung ist bei dieser Verrichtung.dem Riegelkopf zugeordnet, so daß die den Riegelkopf tragende Spannstange einen verhältni-smäßig großen Gesamtv/eg zurücklegen muß, der sich aus-dem Verriegerungsweg und dem Spannweg zusammensetzt. Das bedingt einen langen Federweg und damit eine große Bäulänge für die die Spannkraft aufbringende Feder. BeLn Lösen des Werkzeuges müß diese Spannfeder sowohl um den Betrag-' des Spannwages als auch des Verriegelung3V7eges beispielsweise durch einen pneumatischen Stellmotor zusammengedrückt werden. Dadurch ergibt sich auch für den Stellmotox'' eine verhältnismäßig aufwendige Bauweise mit hoher Stellkraft und gix>ßem Hub.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine· Werkzeugspannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Weg der Spannstange und damit die Länge der Spannfeder sehr kurz gehalten werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Riegelelement selbst als ein axial bewegliches Bauteil ausgebildet ist, welches die Relativbewegung zur Verriegelung der Verriegelungskugeln mit dem Werkzeugschaft ausführt.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist der Spannstange nur noch die Spannbewegung zugeordnet, v/elche äußerst kurz sein kann. Der dem Spannweg entsprechende Federweg der die Spannkraft erzeugenden Spannfeder ist dann ebenfalls sehr klein, so daß sich als Folge davon eine geringe Baulänge für die Spannfeder sowie für den Stellmotor zum Lösen der Spannstange ergibt. Den Verriegelungsweg braucht die Spannfeder nicht mitzumachen, da dieser unabhängig von der Bewegung der Spannstange durch das axial bewegliche Riegelelement durchgeführt wird. Die Betätigung für das Riegelelement kann sehr einfach gehalten sein, da die Ver- und Entriegelungskräfte sehr gering sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Riegelelement als eine innerhalb der Spannstange axial beweglich gelagerte Riegelstange ausgebildet, welche mittels an dieser ausgebildeten Schrägflächen die Verriegelungskugeln des Riegelkopfes nach außen drückt, wo sie in Ausnehmungen einer mit dem · Werkzeugschaft verbundenen, den Riegelkopf umgebenden Adapterhülse einrasten. Diese Lösung bietet sich für die Fälle an, wo der V/erkzeugschaft mit einem Außengewinde für eine herkömmliche Spannvorrichtung versehen ist, wobei die Adapterhülse auf dieses Außengewinde aufschraubbar ist.

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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Riegelelement als eine den Riegelkopf umgebende, diesem gegenüber axial verschiebbare Riegelhülse ausgebildet, welche mittels an dieser ausgebildeten Schrägflachen die Verriegelungskugeln des Riegelkopfes nach innen drückt, wo sie in Ausnehmungen eines mit dem Werkzeugschaft verbundenen Adapterbolzens einrasten.

Die Verriegelungsbewegung des.Riegelelementes ist von·der Spannbewegung der Spannstange völlig unabhängig und kann erfindungsgemäß sowohl in Richtung auf das Werkzeug zu als auch vom Werkzeug. x-7eg gerichtet sein.

Im allgemeinen erfolgt das Losbrechen des Werkzeugschaftes aus dem Aufnahmekonus dadurch, daß die Spannstange bei ihrer Lösebewegung gegen den Werkzeugsehaft stößt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jedoch das Riegelelement beim Lösen des Werkzeuges bis zum Anschlag gegen den Werkzeugschaft verfahrbar. Das Riegelelement hat in diesem Fall also auch die Aufgabe, das Werkzeug aus der konischen Spindelauf nähme zu lösen. Diese Ausstoßbewegung wird im Anschluß an die Entriegelungsbewegung durchgeführt.

Für die Betätigung der Spannstange sowie des Riegelelementes gibt es erfindungsgemäß verschiedene Varianten, wobei jeweils die Spannbewegung bzw. Verriegelungsbewegung durch Federkraft, die Lösebewegung durch Stellmotoren erfοIgen kann oder umgekehrt.

Die Erfindung läßt weiterhin die Möglichkeiten zu, daß das Riegelelement unabhängig von der Bewegung der Spannstange axial steuerbar ist, d. h. daß sich die Betätitungseinrichtungen für die Riegelstange gegenüber dem "MaschinengehSuse abstützen. Eine v/eitere Variante besteht darin, daß das Riegelelement in seiner

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relativen Lage zur Spannstange steuerbar ist, wobei sich die Betätigungseinrichtungen gegenüber der Spannstange abstützen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Werkzeugspannvorrichtung mit einem innerhalb der Spannstange angeordneten, als Riegelstange ausgebildeten Riegelelement;

Fig. 2 eine Werkzcugspannvorrichtung mit einem die Spannstange ungebcnden Riegelelement;

Fig. 3 eine Werkzeugspannvorric^ htung mit einem innerhalb der Spannstange angeordneten Riegelelement in einer anderen Ausführungsweise;

Fig. H eine Werkzeugspannvorrichtung mit einem Riegelelement, welches in seiner relativen Lage zur Spannstange steuerbar ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Arbeitsspindel 2 ist mit einem Innenkegel H zur Aufnahme des Werkzeuges 6 ausgestattet. Auf das rückwärtige, mit einem Außengewinde 3 versehene Ende des Werkzeugschaftes ist eine Adapterhülse 10 aufgeschraubt. An der'Innenseite dieser Adapterhülse sind Ausnehmungen 12 zur/Aufnahme der Verriegelungskugeln IM- ausgebildet, wie im folgenden näher erläutert wird.

Innerhalb der Arbeitsspindel 2 und koaxial zu dieser ist die Spannstange 16 angeordnet, die an ihrem vorderen, dem Werkzeug zugewandten Ende den Riegelköpf 18 trägt. Dieser ist als Käfig für mehrere über den Umfang verteilte Kugeln ausgebildet, die

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in radialer Richtung in einem gev/issen Bereich frei beweglich sind. Das rückwärtige Ende der Spannstange 16 ist als Kolben 20 ausgebildet, welcher in einem Zylinder 2 2 verschieblich gelagert ist. Dieser Kolben ist in Spannrichtung (in Fig. 1 nach rechts) durch die Spannfeder 24 belastet und kann zum Lösen durch ein Druckmediujn, welches durch 'die Leitung 26 zu- bzw. abgeführt wird, nach links gegen die Kraft der Spannfeder 24 verschoben werden. -

Innerhalb der Spannstange 16 ist das Riegelelement 28 verschiebbar gelagert. Dieses Riegelelement ist an seinem vorderen Ende mit einem Konus versehen, durch dessen Schrägflachen 17 bei einer Linksbev/eguiig die Verriegelungskügeln IM- nach außen gedrückt werden. Diese rasten dabei in die-Ausnehmungen 12 der mit dem eingeführten Werkzeugschaft 6 verbundenen Adapterhülse 10 ein und stellen auf diese Weise eine Verbindung zwischen der Spannstange 16 und dem Werkzeug her. Wird der Druck im Zylinder 22 abgelassen, so wird die Spanr.stange 16 durch die Kraft der Spannfeder 24 nach rechts verschoben und spannt das Werkzeug in der Arbeitsspindel 2 fest ein. .

Das Riegelelement 23 ist an seinem -dem. Werkzeug abgewandten Ende ebenfalls mit einem Kolben 30 versehen, welcher in einem Zylinder 3 2 verschiebbar gelagert ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird die Verriegelungsbewegung (in Fig. 1 nach links) durch eine Feder 34-, die Entriegelun-gsbiiwegung mittels eines durch die Leitung 3 6 zugeführten Druckmediums bewerkstelligt..

Die beiden Zylinder 22, 32 sind; im vorliegenden Ausführungsbeispiel als integraler Bauteil dargestellt, welcher¹ mit der Werkzeugmaschine fest verbunden ist. Sowohl die Spannstange 16 als auch das Rieseleleneht 2 8 sind unabhängig voneinander in ihrer Lage durch das Druckmedium steuerbar. Wie an sich bekannt und deshalb nicht näher dargestellt, kann die Steuerung der beiden Kolben 20, 30 durch ein einziges Steuerventil erfolgen,

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welches den Zylindern das erforderliche Druckmedium in einer bestimmten zeitlichen Aufeinanderfolge zu- oder abführt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Werkzeugspannvorrichtung ist folgende:

Um ein Werkzeug einzusetzen, werden zunächst die beiden Kolben 20, 30 mit Druck beaufschlagt, so daß sich die Spannstange 16 in ihre linke, das Riegelelement 28 in seine rechte Endlage verschieben. Dann wird das Werkzeug mit dem Werkzeugschaft 6 eingeführt, wobei sich die Adapterhülse 10 mit ihren Ausnehmungen 12 über die im Riegelkopf 18 gehaltenen Verriegelungskugeln IU schiebt. Durch eine kleine, am rückwärtigen Ende der Adapterhülce ausgebildete Schrägfläche 38 .werden die Verriegelungskugeln 14 in den Riegelkopf zurückgeschoben, so daß sie ein Einführen des Werkzeuges nicht behindern. Sodann wird zunächst durch Ablassen des Druckes im Zylinder 32 das Riegelelement nach links soweit verschoben, bis die Verriegelungskugeln 14 außen in die Ausnehmungen 12 eingerastet sind. Anschließend wird der Zylinder 22 entlüftet, so daß·die Spannstange 16 unter der Wirkung der Spannfeder 24 das Werkzeug 6 in den Aufnahmekegel der Arbeitsspindel 2 zieht.

Zum Lösen des V/erkzeuges wird zunächst die Spannstange 16 nach links verschoben, wobei sie mit ihrem vorderen Ende gegen den Werkzeugschaft stößt und diesen löst. Anschließend wird das Riegelelement 28 nach rechts bewegt, bis die Verrriegelungskugeln 14 frei sind. Dann kann das Werkzeug aus der Arbeitsspindel herausgenommen werden, wobei wiederum durch Schrägflächen 39, Vielehe die Ausnehmungen 12 begrenzen, die Verriegelungskugeln in den Riegelkopf zurückgedrückt werden.

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Der» Weg der Spannstange 16 ist sehr kurz, beispielsweise in der Größenordnung von einem oder wenigen-Millimetern, so daß die Spannfeder selbst auch sehr kurz gehalten werden kann. Die Riegelbewegung des Riegelelementes 28 ist stets erheblich größer. Die Ver- bzw. Entriegelungskräfte sind jedoch im Verhältnis zu den erforderlichen Spannkräften sehr klein, so daß die Feder 34 eine sehr einfache Feder mit geringen Federkräften sein kann.

In Fig. 2 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung gezeigt. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Spannetange 50 innerhalb des Riegelelementes 52 angeordnet ist. Dei^Ricgelkopf 54 ist als getrenntes Bauteil mittels des Bolzens 5 6 an der Sparinstange befestigt. Das Riegelei ement 52 umgibt den Riegelkopf 54 außen und drückt beim Verriegelungsvorgang die Verriegelungskugeln 5 8 mittels der Schrägflachen €0 radial nach innen, wo sie hinter die rückwärtige Verdickung 02 des mit dem WcrkzeugGchaft GH verbundenen Adapterbolzeris 66 einrasten. ■ '

Entsprechend diesem Aufbau ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der· Zylinder 68 zur Betätigung der Spr.nnstange 50 hinter dem Zylinder 70 .zur Betätigung des Riegalelementes 52 angeordnet. Die Spännbewegung wird wiederum durch eine kurze Spannfeder 72 mit hoher Federkraft, die Verriegelungsbewegung durch eine■Feder 7H mit geringer Federkraft aufgebracht. Die Entriegelung's- bzw-. LöGebewegungen werden durch ein Druckmedium hervorgerufen, viel ehe s einen ausreichenden Druck besitzt, um die Spannfedern 72 sov.'ie Feder 7*4 zu Überdrücken.

Der Schraubbolzan 56 ist soweit in Richtung zum Werkzeug verlängert , daß er bei der Lüsebevje^ung der Gpannstanp.e CO gegen den Adapterbolzen 6 5 anstößt und auf diese Weise den Werkzeugschaft 64 aus dem Aufnahmekonus, der Arbeitsspindel löst,

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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Werkzeug bzw. der Werkzeugschaft sowie die Spannstange mit ihrem Betätigungszylinder genau den in Fig. 1 dargestellten Ausführungen entsprechen. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt darin, daß die Ver- und Entriegelungsbewegungen des Riegelelementes 80 entgegengesetzt zu denen des Riegelelementes 28 verlaufen. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in verriegeltem und gespanntem Zustand. Um das Werkzeug zu lösen, wird zunächst die Spannstange 16 hydraulisch oder pneumatisch gelöst. Sodann wird das Riegelelement 80 ebenfalls pneumatisch oder hydraulisch nach links verschoben, bis die Verriegelungskugeln 14 durch die'im Riege!element 80 vorgesehenen Ausnehmungen 84 für eine Ausweichbewegung nach innen freigegeben werden. Gleichzeitig stößt das Riegelelement 80 gegen den Anschlag 85 des Wexvkzeußschaftes 6 an und löst diesen aus dem Aufnahmekonus der Arbeitsspindel 2.

Das Einsetzen des Werkzeuges erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Dazu wird der Werkzeugschaft mit der Adapterhülse 10 'in den Aufnahmekonus eingesetzt, wobei die Ausnehmungen 12 über die Verriegelungskugeln 14 hinweggeschoben werden. Die am hinteren Ende der Adapterhülse 10 ausgebildeten Schrägflächen 38 verhindern, daß dieser Einsetzvorgang durch die Verriegelungskugeln blockiert wird. Sodann wird der Zylinder 86 entlüftet,' so daß das Riegelelement 80 durch die Feder 88 nach rechts verschoben wird, wobei die Verrxegelungskugeln 14 durch die Schrägflächen 8 2 radial nach außen gedrückt werden und in die Ausnehmungen 12 einrasten. Anschließend führt die Spannstange 16 unter der Wirkung der Spannfeder 24 ihre Spannbewegung durch;

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer Werkzeugspannvorrichtung. Das Werkzeug bzw. -der Werkzeugschaft 64 mit dem

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Adapterbolzen 66 entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten ^; Ausfuhrungsbeispiel. Der Riege!kopf 54 ist wiederum durch Versehrauben O. dgl. mit der Spa'nnstange 90 verbünden. Im "-. vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verriegelungsbewegung des Riegelelementes 92 wie im Beispiel gemäß Fig. 3 nach rechts gerichtet, die Entriegelungsbewegung entsprechend nach links. Aus diesem Grund sind am Innenumfang des Riegelelementes 92 entsprechende Ausnehmungen 94 vorgesehen, welche die Verriegelungskugeln 58 beim Einsetzen bzw. beim II *~ asnehmen des Werkzeuges aufnehmen können. Der Zylinder 96 für die Betätigung der Spannstange 90 sowie die Spannfeder 91 entsprechen in Aufbau und Wirkungsweise genau dem Zylinder 68 bzw. der Spannfeder 72 in Fig. 2. Der:Zylinder 98;für die Betätigung des Riegelelementes 92 ist jedoch im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführung nicht fest mit der Maschine verbunden, sondern ist Bestandteil der Spannstange 90. Deshalb machen sowohl dieser Zylinder 98 als auch das Riegelelement % jeweils die Bewegungen der Spannstange 90 mit, so daß ζ. B. der Entriegelungsweg, den das Riegelelejuent 92 relativ zur Spannstange 90 zurücklegen muß, um den Betrag des Spannweges verkürzt wird. Als Folge davon können auch die Abmessungen der Feder 100 sowie des Zylinders: 93 klein gehalten werden.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem jeweils die Spannbewegung der Spannstange 120.sowie- die Ver- riegelungsbewegung des Riegelelementes 12 2 mittels eines durch die Leitungen 12t, 126 den Zylindern 128, 130 .zugeführten Druckmediums bewirkt wird, während die Feder 132 die Ixisebewegung, die Feder 134 die Entriegelungsbewegung durchführen. Bei dieser Anordnung kann also im Ruhezustand, d. h. wenn das Drucklaittelsyötem entlastet ist, J<:ein^Werkzeug festhalten. Im übrigen entspricht die Werkzeugspannvorrichtung der in Fig* 4 dargestell' ten und ist mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

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Claims

- 10 - 2? 11 1^73 265/En/KaME-25O/562-DP Patentansprüche: ; ■

1. Werkzeugspannvorrichtung, umfassend eine koaxial inner-

einer Werkzeugmaschinenspindel angeordnete, axial verschiebbare Spannstange, einen am Vorderende der Spannstange angeordneten Riegelkopf mit mehreren' Verriegelungskugeln sowie ein Riegelelement mit Schrägflüchen, mittels derer die Verriegelungskugeln bei einer Relativbewegung der Spannstange gegenüber· de.ii Riegel element in e.m Werkzeugschaft ausgebildete Ausnehmungen gedrückt vjerden, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelalemcnt (28, 52,. 80, 92, 122) selbst als axial bewegliches Bauteil ausgebildet ist, welches die Relativbewegung zur Verriegelung der Verriegelungskugeln (I¹I-, 58) mit dem Werkzeugs ehaft (6, 6'O ausführt.

2. Werkzeugspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelelement .(28, 80) als eine innerhalb der Spannstange (16) axial beweglich gelagerte Riegelstange ausgebildet ist, welche mittels an dieser ausgebildeten Schrägflächen (17, 82) uie Verriegelungokugeln (I¹O des Ricgelkopfos (lf>) nach außen dinickt, wo sie in Ausnehmungen (12) einer mit dein V/ex'Jcseugscheift (6) verbundenen, den Riegelkopf umgebenden Adapterhülse (10) einrasten.

S.V/erkzeugspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelelement (52.,.92) als eine den Riegelkopf (54) umgebende, diesem gegenüber axial verschiebbare Riegelhülse ausgebildet ist", x-relche mittels an dieser ausgebildeten Schragflächer. (60, 93) die Verriegelungskugeln (58) des Riegelkopfes nach innen drückt, wo sie in Ausnehmungen eines mit den» Werkzeugschaft (64) verbundenen Adapterbolzens (6G) einrasten.

4. V/erkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelelernent (28, 52). eine

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Verriegelungsbewegung ausführt, die in Richtung auf das Werkzeug zu gerichtet ist.

5. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet', daß das Riegelelement (80, 92) eine Verriegelungsbewegung ausführt, die in .Richtung vom Werkzeug weg gerichtet: ist. '.

6. Werkzeugspannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelelement (80) beim Lösen des Werkzeuges bis zum Anschlag gegen den Werkzeugschaft (6) verfahrbar ist.

7. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Spannbewegung der Spannstange (16, 50, 90) durch eine Spannfeder (2¹+, 72, 91) o. dgl. erfolgt, die sich im Maschinengehäuse abstützt und daß die Lösebewegung der Spannstange durch einen Stellmotor gegen die Kraft der Spannfeder durchgeführt wird.

8. Werkzeugspannvorrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbewegung der Spannstange (120) durch einen Stellmotor, die Lösebewegung durch eine Rückstellfeder (132) erfolgt, die sich gegenüber dem Maschinengehäuse abstützt. - .

9. Werkzeugsparinvörriehtung nach einem, der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Riegelelement (28, 52, 80) unabhängig von der Bewegung der Spannstange (16, 50) axial steuerbar, ist.

10. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Uiegelelement (92) in seiner relativen Lage zur Spannstange (90) steuerbar ist.

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11. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelbewegung des Riegelelementes (28, 52, 8O₅ 92) durch eine Feder (34, 7M-, 88, 100), die Entriegelungsbewegung durch einen Stellmotor erfolgt.

12. Werksaufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelbewegung des Riegelelementes Cl22) durch einen Stellmotor, die Entri.egelungsbewegung durch ein a Feder (13H) erfolft.

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