DE3101315A1 - Durch keile betaetigtes backenfutter zum festhalten eines werkstueckes in einer werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Firma KABUSHIKI KAISHA KITAGAWA TEKKOSHO, 77-1, Moto-Machi, Fuchu-Shi, Hiroshima-Ken, Japan

Durch Keile betätigtes Backenfutter zum Festhalten eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine.

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Halten eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine, wie einer Drehbank. Insbesondere betrifft die Erfindung ein ein Werkstück haltendes Spannfutter mit Klemmbacken, die durch Keilwirkung betätigt werden.

Ein durch Keilwirkung betätigter Klemmbacken der in Frage stehenden Art enthält mehrere, normalerweise drei, Klemmbacken, die auf einem ringförmigen Backenträger so gelagert sind, daß sie in radialer Richtung gleiten können. Ferner enthält ein solches Spannfutter einen in dem Backenträger angeordneten Druckkolben, der in seiner axialen Richtung gleiten kann und dadurch die radiale Bewegung der Klemmbacken durch Keilwirung bewirkt. Bei den bekannten Klemmbacken ist jede Klemmbacke an ihrem inneren Endteil zu einem im Querschnitt T-förmigen Keil ausgebildet, der in eine der hinterschnittenen Keilnuten im Druckkolben eingreift.

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Wenn das Spannfutter dieser bekannten Art beispielsweise auf der Hauptspindel einer Drehbank montiert ist und das zu bearbeitende Werkstück halten soll, werden die Klemmbacken unvermeidlich einer Zentrifugalverschiebung in radialer Richtung nach auswärts unterworfen, wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindel erhöht wird. Die Klemmkraft der Backen verringert sich allmählich, bis zuletzt das Werkstück nicht mehr bearbeitbar ist. Dieser Nachteil der bekannten Spannfutter wird später ±m einzelnen dargestellt und erläutert»

Ein bekannter Versuch, das obengenannte Problem zu lösen, erfordert die Verwendung von Gegengewichten, um die Zentrifugalkräfte der Klemmbacken zu kompensieren (japanische Patentveröffentlichung Wr= 48-15994). Obxtfohl diese Ausführung teilweise in der Werkzeugmaschinenindustrie Anwendung gefunden hat, ist die bekannte Lösung im Hinblick auf die Komplexität der Ausbildung, die sich durch die Gegengewichte ergibt, nicht zufriedenstellend.

Die vorliegende Erfindung sucht das genannte Problem bei den bekannten Spannfuttern auszuschalten, so daß die Klemmbacken eines durch Keilwirkung betätigten Spannfutters das Werkstück trotz der auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte sicher halten können, und zwar ohne Verwendung von Vorrichtungen, welche die Konstruktion des Spannfutters kompliziert machen. Durch die Erfindung soll auch das Gewicht der Klemmbacken verringert werden, und es sollen die Starrheit und Festigkeit der verschiedenen Teile so weit wie möglich verbessert werden.

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Das nach der vorliegenden Erfindung verbesserte Spannfutter enthält mehrere Klemmbacken, die gleitend in entsprechende Führungsnuten in einen ringförmigen Backenträger eingreifen und in radialer Richtung bewegbar sind, um das zu bearbeitende Werkstück festzuklemmen und zu lösen. Jede Klemmbacke enthält einen einstückigen Keil, der sich auf den Backenträger zu erstreckt, wobei der Keil aus einer sich in radialer Richtung des Backenträgers erstreckenden Rippe und aus einem Flansch am inneren Keilende besteht. Auch ist in dem Spannfutter ein Druckkolben in axialer Richtung bewegbar gelagert, um die radiale Bewegung der Klemmbacken durch Klemmwirkung zu bewirken. Der Druckkolben besitzt mehrere hinterschnittene Keilnuten, die in seinem Umfang unter einem Winkel zu seiner Achse gebildet sind.

Gemäß dieser verbesserten Spannfutterkonstruktion ist das Paar gegenüberliegender, überkragender Teile des Druckkolbens, das durch jede hinterschnittene Keilnut gebildet wird, zwischen dem Backenträger und dem Flansch eines der Teile eingeklemmt. Somit werden, obgleich die Klemmbacken einer Zentrifugalverschiebung bei Betätigung des Spannfutters in radialer Richtung nach außen unterworfen sind, wodurch auf die überkragenden Teile des Druckkolbens in gleicher Richtung über die Flansche ihrer Kei-

werden

Ie Kräfte ausgeübt / ., diese überkragenden Keile gegen die Innenfläche des ringförmigen Backenträgers gedrängt und dadurch vor einem Bruch oder vor einer Formänderung aufgrund von Biegespannungen geschützt. Die überkragenden Teile erhalten tatsächlich nur Druckspannungen anstatt ve« Biegespannungen, die bei den bekannten Spannfuttern vergleichbarer Art auf solche über-

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kragenden Teile übertragen worden sind. Das verbesserte Spannfutter gemäß der Erfindung ist deshalb in der Lage,ein Werkstück sicher zu klemmen, und zwar praktisch unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit.

Die obengenannte«. Ziele und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art und Weise, wie diese erreicht werden, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit den Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie einige mögliche Abwandlungen zeigen. Im einzelnen zeigen diese Zeichnungen :

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein bekanntes Spannfutter, woraus sich die besondere Eingriffsart des Keiles auf jeder Klemmbacke in den Druckkolben ergibt;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannfutter;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Backenträgers in dem Spannfutter nach Fig. 2, und zwar in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der Backenbasen mit dem Keil in dem Spannfutter nach Fig. 2, und zwar im vergrößerten Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V - V in Fig. 2, aus dem die Anordnung jedes Keiles in Bezug auf den Backenträger und den Druckkolfeen ersichtlich ist, und zwar in einem vergrößerten Maßstab,

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht des Druckkolbens

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in dem Spannfutter nach Fig. 2, im vergrößerten Maßstab,

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich derjenigen nach Fig. 6, die aber eine Abwandlung des Druckkolbens zeigt,

Fig. 8 eine Teil-Schnittansicht eines weiteren abgewandelten Druckkolbens und

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht eines weiterlabgewandelten Druckkolbens.

Das beschriebene Problem, das den bekannten_; durch Keilwirkung betätigten Spannfuttern anhaftet, wird nun im einzelnen in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, damit die Erfindung deutlicher hervorgehoben wird. Jede Klemmbacke 10 des dargestellten bekannten Spannfutters besitzt ein Ende, das in einen Keil 12 mit T-förmigera. Querschnitt geformt ist, der gleitend in eine hinterschnittene Keilnut 14 in einem Druckkolben 16 eingreift. Dieser Druckkolben ist gleitend in einem ringförmigen Backenträger 18 gelagert, welcher die Backen 10 trägt und deren Gleitbewegung entlang radialer Führungsnuten 20 ermöglicht.

Wie ersichtlich, besitzt der Druckkolben 16 ein Paar gegenüberliegender überkragender Teile 22, die durch jede hinterschnittene Keilnut 14 gebildet werden. Wenn ein Werkstück gehalten wird, erhalten die Klemmbacken 10 Kräfte in einer radial nach auswärts zum Backenträger 18 gerichteten Richtung, wie es durch den Pfeil A angedeutet ist. Somit übt der Keil 12 jeder Backe Biegespannungen B auf die überkragenden Teile 22 des Druckkolbens 16 aus, wodurch diese um ihre Punkte C der Berührung mit

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gebogen werden. den Kanten des Backenträgers 18 ./ Die nach auswärts gerichteten Kräfte Ä und die Biegespannungen B vergrößern sich proportional su der Rotationsgeschwindigkeit des Spann= futters. Deshalb können die überkragenden Teile 22 des Druckkolbens im Bereich D brechen.

Die vorliegende Erfindung vermeidet das Auftreten von Biegespannungen in solchen überkragenden Teilen des Druckkolbens, um diese vor einem Bruch oder einer Verformung zu schützen-Es folgt nun eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wie es in den Fig, 2 bis 6 beschrieben ist =

Unter besonderem Bezug auf Fig= 2 enthält der durch Keilwirkung betätigte Klemmbacken gemäß der Erfindung folgende Teiles

1, einen ringförmigen Backenträger 24 mit mehreren, vorzugsweise drei hinterschnittenen Führungsnuten 26, die in radialer Richtung verlaufen;

2 ο Klemmbacken 28, die gleitend in die entsprechenden Führungsnuten 26 im Backenträger 24 eingreifen und die Keile 30 aufweisen, die mit ihnen aus einem Stück bestehen;

3. einen Druckkolben 32, der gleitend im Backenträger 24 gelagert ist und sich in axialer Richtung bewegen kann, um die radiale Bexvegung der Klemmbacken durch Keilwirkung hervorzurufen.

In der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles und in den Ansprüchen bedeuten die Richtungsausdrücke "Vorder-"

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und "Rück-" sowie "nach vorn" und "nach rückwärts" die Richtungen nach rechts bzw. nach links in dem Spannfutter, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Somit besitzt beispielsweise der Backenträger 24 die hinterschnittenen Führungsnuten 26 in seiner Vorderfläche, und es springen die Keile 30 von den Klemmbacken 28 nach rückwärts vor. Ferner werden die Ausdrücke "innere" und "äußere" sowie "einwärts" und "auswärts" in Bezug auf die Achse des Spannfutters als innerste Lage verwendet. Die Keile 30 sind deshalb an den inneren Enden der Klemmbacken angeordnet.

Wie sich auch aus Fig. 3 ergibt, besitzt der Backenträger 24 drei hinterschnittene Führungsnuten 26, die in seiner Vorderfläche 34 mit konstanten Winkelabständen in radialer Richtung vorgesehen sind. Außerdem besitzt der Backenträger einen Schlitz 36, der im Boden 38 jeder Führungsnut 26 so angeordnet ist, daß er sich vom inneren Ende radial nach auswärts erstreckt und kurz vor dem äußeren Ende endet.

Jeder Klemmbacken 28 ist als geteilter Backen dargestellt, der aus einem Paßstück 40 und einer Basis 42 besteht, die durch Bolzen oder in irgendeiner anderen Art zusammengehalten sind. Die Klemmbacken können natürlich auch aus einem einzigen Stück bestehen. Wie im einzelnen in Fig. 4 dargestellt, weist jeder Klemmbacken 28 oder dessen Basis 42 einen T-förmigen Querschnitt auf, so daß er gleitend in eine der hinterschnittenen Führungsnuten 26 im Backenträger 24 eingreifen kann. Der vom inneren Ende jeder Backenbasis 4 2 nach rückwärts vorspringende Keil 30 besitzt ebenfalls T-förmigen Querschnitt. Dieser Keil

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besteht aus einer sich radial vom Backenträger 24 erstreckenden Rippe 44 und aus einem Flansch 46 am inneren Ende der Rippe. Der Flansch 46 verläuft unter einem Winkel zur Achse des Spannfutters/ um so als Keil zu wirken. Der äußere Teil der Rippe 44 greift bewegbar oder gleitbar in jeden Schlitz 36 im Backenträger 24 ein.

Es wird darauf hingewiesen, daß das äußere Ende der Rippe 44 nach einwärts geneigt ist, wenn sie sich von der Backenbasis 42 nach rückwärts erstreckt. Fig. 2 zeigt, daß das äußere Ende jedes Schlitzes 36 im Backenträger 24 radial auswärts in Bezug auf das geneigte äußere Ende der darin enthaltenen Rippe endet. Wie sich ferner aus Fig. 5 ergibt, sollte die Breite E des Schlitzes 36 so nahe wie möglich der Breite F der Rippe 44 entsprechen. '

In Bezug auf die Figuren 2 und 6 besitzt der Druckkolben 32 die Form eines hohlen, mit einem Flansch versehenen Zylinders. In dem Flansch des Druckkolbens 32 sind hinterschnittene Keilnuten 48 vorgesehen, und zwar mit konstanten Umfangsabständen, die die Flansche 46 und Teile der Rippen 44 der Keile 30 gleitend aufnehmen. Jede Keilnut 48 ist in Bezug auf die Achse des Druckkolbens oder des gesamten Spannfutters geneigt. Somit bewegen sich bei Bewegung dieses Druckkolbens in axialer Richtung des Backenträgers 24 alle Klemmbacken 28 durch Keilwirkung in radialer Richtung des Backenträgers. Die Außenfläche 50 des Druckkolbens 32 befindet sich in Gleitkontakt mit der Innenfläche 52 des Backenträgers 24, und zwar mit einem kleinstmöglichen Spiel.

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Fig. 2 zeigt ferner bei 54 eine Haltevorrichtung in Form eines Hohlzylinders, dessen rückwärtiges Ende in den Druckkolben 32 eingepaßt ist. Ein Flansch 56 auf dem Vorderende dieser Haltevorrichtung ist bei 58 am Backenträger 24 festgeschraubt, und er befindet sich in Eingriff mit den inneren Enden der Backenbasen 42.

In dem durch Keilwirkung betätigten Backen-Spannfutter der vorgenannten Konstruktion erhalten die Klemmbacken 28 radial nach auswärts gerichtete Kräfte, wenn sie ein Werkstück auf einer Werkzeugmaschine halten. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, ist es das Paar gegenüberliegender, überkragender Teile 60 des Druckkolbens 32, die durch jede hinterschnittene Keilnut 48

die
in diesem gebildet sind, die/nach auswärts gerichteten Kräfte der Klemmbacken 28 über die Flansche 46 ihrer Keile 30 aufnehmen, um die Klemmbacken in ihrer Stellung auf dem Backenträger zu halten. Da aber die Außenfläche 50 des Druckkolbens 32 sich in gleitendem Kontakt mit der Innenfläche 52 des Backenträgers 24 befindet, erhalten die überkragenden Teile 60 des Druckkolbens praktisch keine Biegespannungen, sondern nur Druckspannungen. Dies trifft auch dann zu, wenn die Spannbacken einer Zentrifugalverschiebung bei ansteigender Drehgeschwindigkeit des Spannfutters ausgesetzt sind, so daß die überkragenden Teile des Druckkolbens wirksam gegen Bruch oder Verformung aufgrund von Biegespannungen geschützt sind.

Um die obenbeschriebenen gewünschten Ergebnisse zu verwirklichen, müssen gewisse vorgeschriebene Abmessungsverhältnisse zwischen den Schlitzen 36 im Backenträger 24, den hinterschnit-

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tenen Keilnuten 48 im Druckkolben 32 und den Keilen 30 der Klemmbacken 28 bestehen. So sind bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 folgende Voraussetzungen gegeben:

1. Die Breite G des Flansches 46 jedes Keiles 30 ist größer als der Abstand H zwischen jedem Paar gegenüberliegender, überkragender Teile 60 des Druckkolbens 32.

2= Der Abstand H ist nur geringfügig größer als die Breite F der Rippe 44 jedes Keiles 30.

3. Die Breite E jedes Schlitzes 36 im Backenträger 24 ist geringer als die Breite G des Flansches 46.

4. Die Breite E des Schlitzes 36 ist für beste Ergebnisse ungefähr gleich dem Abstand H zwischen dem Paar überkragender Teile 60.

Nicht weniger wichtig als die Starrheit und Festigkeit des Druckkolbens 32 sind die Starrheit und Festigkeit der Klemmbacken 28 und des Backenträgers 21. Die maximale radiale Abmessung I (Fig. 4) des Keiles 30 auf jeder Kleminbackenbasis 42 sollte etwa die Hälfte der radialen Abmessung J der Backenbasis nicht überschreiten. Ein größerer Keil ist in Bezug auf das größere Gewicht der Backe und auch aufgrund auf deren größere Zentrifugalverschiebung im Betrieb des Spannfutters zu beanstanden. Die verhältnismäßig kleine Abmessung I des Keiles 30 macht es auch möglich, die Länge K (Fig. 3) jedes Schlitzes 36 auf einem Minimum zu halten und auch einen unzulässigen Abfall in der Festigkeit des Backenträgers 24 zu vermeiden. Es ist auf diese Weise auch möglich zu verhindern, daß die Backen in dem sehr seltenen Fall eines Bruches des Druck-

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kolbens oder der Keile vor einem Herausschleudern zu bewahren.

Es sollte noch darauf hingewiesen werden, daß die T-förmige Ausbildung jedes Keiles 30 wohl berechnet ist, um in Verbindung mit dem Druckkolben 32 die Klemmbacken 28 an ihrer Stelle auf dem Backenträger 24 zu halten, statt daß auf sie im Gebrauch nach auswärts gerichtete radiale Kräfte ausgeübt werden. Bei einer zweckmäßigen Wahl der Breiten F und G ihres Steges 44 und ihres Flansches 46 kann der Außendurchmesser des Druckkolbens 32 auf ein Minimum reduziert werden, und es kann der Durchmesser einer Bohrung 62 in der Haltevorrichtung 54, die für das Einsetzen einer zu bearbeitenden Werkstoffstange vorgesehen ist, auf ein Maximum vergrößert werden. Das geneigte äußere Ende der Rippe 44 jedes Keiles 30 dient dazu, sein Gewicht zu verringern und die Festigkeit des Backenträgers 24 zu erhöhen.

Fig. 7 zeigt eine geringfügige Abwandlung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, das Abfasungen 64 an einem Paar der

vorderen Außenecken des Druckkolbens 32, die durch jede hinteraufweist.

schnittene Keilnut 48 im Druckkolben gebildet sind»/Diese Abfasungen bewirken eine Erhöhung der Biegsamkeit der überkragenden Teile 60 des Druckkolbens. Da ferner der Backenträger 24 nach Fig. 3 bei 36 geschlitzt ist, wird der Kontakt zwischen den Paßflächen 50 und 52 des Druckkolbens und des Backenträgers 24 immer enger, wenn die Druckspannungen auf die überkragenden Teile 60 ansteigen.

Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, ist der Abstand

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- ve - .

L zwischen den gegenüberliegenden Enden jedes Paares der Abfasungen 24 kleiner als die Breite G des Flansches 46 jedes Keiles 30. Die Anordnung von Abfasungen 64 ist deshalb vorzuziehen, weil sie zu einer weicheren Gleitbewegung der Paßteile und zu einer höheren Spannwirkung beitragen.

Die Fig. 8 und 9 sind Querschnittsdarstellungen unterschiedlich abgewandelter hinterschnittener Keilnuten 48a und 48b im Druckkolben 32. Es ist selbstverständlich, daß die in diese Keilnuten 48a und 48b einzupassenden Keile eine entsprechende Form haben. Diese Abwandlungen zeigen aber nur zwei Beispiele zahlreicher solcher möglichen Abwandlungen, die dazu bestimmt sind, die Starrheit zu vergrößern und/oder eine Spannungskonzentration zu vermeiden.

Zusätzliche Abwandlungen oder Änderungen der Teile, Anordnungen und sonstigen Ausbildungen des beispielsweise dargestellten Spannfutters, wie es in der vorliegenden Anmeldung offenbart ist, sind selbstverständlich möglich, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1 .J Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter für eine Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) es ist ein ringförmiger Backenträger (24) mit mehereren radialen Führungsnuten (26) in seiner Vorderfläche (34) vorgesehen;

   b) es sind mehrere Klemmbacken (28) vorgesehen, von denen jeweils eine in eine der Führungsnuten (26) im Backenträger (24) eingreift, in der sie in radialer Richtung bewegbar ist, um das Werkstück einzuspannen und zu lösen?

   c) von jeder Klemmbacke (28) erstreckt sich ein Keil (30) nach rückwärts, der aus einer sich in radialer Richtung des Backenträgers (24) erstreckenden Rippe (44) und aus einem Flansch (46) am inneren Keilende besteht;

   d) es ist ein Druckkolben (32) im Backenträger (24) in axialer Richtung bewegbar gelagert, wobei der Druckkolben mehrere hinterschnittene Keilnuten (48) aufweist, die an seinem Umfang unter einem Winkel zu seiner Achse angeordnet sind und die die Keile (30) der Klemmbacken (28) gleitend aufnehmen, um so eine Bewegung der Klemmbacken (28) in radialer Richtung des Backenträgers (24) durch Keilwirkung bei Bewegung des Druckkolbens (32) in seiner Achsrichtung zu bewirken, wobei der Druckkolben (32) ein Paar überkragender Teile (60) aufweist, die durch jede hinterschnittene Keilnut (48) gebildet sind und die zwischen dem Backenträger (24) und dem Flansch (46) liegen?

   e) bei radialer Verschiebung der Klemmbacken (28) während efer

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   Betätigung des Spanfutters der überkragenden Teile (60) des Druckkolbens (32) gegen den Backenhalter (24) gedrängt und so vor einem Bruch oder vor einer Formänderung aufgrund von Biegespannungen geschützt.
2. 2. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch

   1, dadurch gekennzeichnet, daß der Backenträger (24) mehrere

   Schlitze (36) aufweist, von denen einer in dem Boden jeder

   sich Führungsnut (26) so gebildet ist, daß er/von deren innerem Ende radial nach außen erstreckt, wobei der Keil (30) jeder Klemmbacke mit einem Teil seiner Rippe (44) bewegbar in einen der Schlitze (36) im Backenträger (34) eingreift.
3. 3. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch

   2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (36) im Backenträger (24) eine Breite aufweist, die etwa gleich dem Abstand zwischen jedem Paar gegenüberliegender überkragender Teile (60) des Druckkolbens (32) ist.
4. 4. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der Rippe (44) jedes sich von einem Klemmbacken (28) nach rückwärts erstreckenden Keiles (30) nach einwärts geneigt ist.
5. 5. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung jedes Keiles (30) in radialer Richtung des Spannfutters kleiner als etwa die halbe radiale Abmessung jeder Klemmbacke (28) ist.

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6. 6. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende jedes Schlitzes (36) im Backenträger (24) parallel zum äußeren Ende der darin enthaltenen Rippe (44) orientiert ist.
7. 7. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar äußerer, vorderer Ecken des Druckkolbens (32), die durch jede hinterschnittene Keilnut (48) gebildet sind, mit Abfasungen (64) versehen sind.

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