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Membranspannfutter Die Erfindung betrifft ein Membranspannfutter,
insbesondere für große Spannweiten mit einer dünnwandigen, elastisch biegsamen,
mit einer zentralen (Öffnung versehenen, kreisförmigen Membran, deren äußere verstärkte
Randzone an einem starren Teil des Futters befestigt, deren mittlere Ringzone mit
Spannbacken versehen und deren innere Ringzone durch eine Biegekraft beaufschlagt
ist.
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Bei der Herstellung von Membranen für Membranspannfutter, insbesondere
bei der Herstellung von Membranen für verhältnismäßig große Spannfutter, ergibt
sich das Problem, eine genaue Ausrichtung der Klemmbacken und ausreichend große
Spannkräfte für die Klemmbacken zu erhalten, ohne daß dabei die Biegsamkeit der
Membran verlorengeht. Die Lösung dieses Problems ist besonders dann wichtig, wenn
die Spannfutter zum Einspannen von verhältnismäßig schweren Werkstücken verwendet
werden. Eine Vergrößerung der Dicke und des Gewichtes der Membran läßt deren Steifigkeit
und auch die Spannkräfte anwachsen, die Biegsamkeit wird jedoch verringert, so daß
es erforderlich ist, mit größeren Betätigungskräften zu arbeiten, wodurch die Bruchgefahr
beim öfteren Biegen gesteigert wird. Eine präzise und genaue Ausrichtung der Klemmbacken
in ihrer Spannstellung ist jedoch für die Erfüllung der verschiedenen Aufgaben eines
derartigen Membranspannfutters von Bedeutung. Jede Schrägstellung oder Verwindung
der Membran, selbst im geringsten Ausmaß, ändert die entsprechende radiale oder
axiale Stellung der Klemmbacken und damit die Stellung des Werkstückes, das von
den Klemmbacken gehalten wird. Das Werkstück wird dabei aus seiner Ausrichtung in
einer bestimmten Achsrichtung winklig verschoben oder radial verrückt. Dieses Verschieben
oder radiale Abweichen kann leicht zu Fehlern bei der am Werkstück vorgenommenen
Bearbeitung führen.
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Es sind bereits mehrere Konstruktionen von Membranen für Membranspannfutter
bekannt. Eine der bekanntgewordenen Membranen besteht aus einer Scheibe, die an
ihrem Rand eingespannt ist und sowohl in der Nähe des Einspannrandes als auch an
einem weiter innen gelegenen Durchmesser schwächere Stellen aufweist. Die Spannbacken
sind dabei aus einem Stück mit der Membran hergestellt. Ein zentraler Durchbruch
ist nicht vorhanden. Durch die dünnen Stellen soll erreicht werden, daß die Membran
sich an diesen Stellen biegt und in ihren verstärkten Bereichen starr bleibt. Eine
solche Ausführung ist jedoch nur für verhältnismäßig kleine Durchmesser verwendbar.
Für einen großen Durchmesser der Membran müßte eine solche Ausführung schwer ausgeführt
und dadurch in der Handhabung umständlich werden. Außerdem müßten große axiale Kräfte
aufgebracht werden, um ein Verbiegen der Membran zu erreichen. Auch würde die Herstellung
der Spannbacken aus einem Stück mit der Membran einen großen Material- und Arbeitsaufwand
erfordern.
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Eine andere bekannte Ausführung einer Spannmembran weist einen zentralen
Durchbruch auf. Die Befestigung für die Klemmbacken ist auch hier aus einem Stück
mit der Membran hergestellt. Auf der den Spannbacken gegenüberliegenden Seite ist
ebenfalls aus einem Stück mit der Membran ein Gegengewicht angebracht, das verhüten
soll, daß infolge der beim Rotieren des Spannfutters -entstehenden Zentrifugalkraft
die Klemmwirkung der Spannbacken aufgehoben wird. Auch diese Konstruktion ist schon
aus Herstellungsgründen für große Durchmesser nicht geeignet, weil der Aufwand an
Rohmaterial viel zu groß wäre. Eine an sich erwünschte versteifende Wirkung können
weder die Spannbacken noch das Gegengewicht ausüben, da die Membran in diesem Bereich
durch radiale Schlitze segrnentartig aufgeteilt ist. Weitere Spannmembranen weisen
innen eine größere Dicke auf als in den äußeren Bereichen. Ihre Hauptbiegungszone
befindet sich deshalb in den äußeren, dünneren Bereichen. Auch diese Ausführungen
sind für große Durchmesser nicht geeignet, da die Membran derart verstärkt -werden
müßte, daß sowohl das Gewicht als auch die Betätigungskräfte zu groß würden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Membranspannfuttex
zu. schaffen, mit dem
es möglich ist, verhältnismäßig große, das
Werkstück einspannende Kräfte aufzubringen, wobei die Membran einen verhältnismäßig
hohen Grad an Biegsamkeit aufweist und unempfindlich ist gegen Verwinden oder Schrägstellen,
so daß verhältnismäßig schwere Werkstücke lösbar in einer vorbestimmten Stellung
genau und präzise gehalten werden können. Gemäß der Erfindung weist die Membran
am Rand ihrer zentralen Öffnung oder in einem geringen Abstand von diesem einen
ringförmigen, in Axialrichtung sich erstreckenden Versteifungsflansch auf. Die Biegung
der Membran wird durch ein axial bewegbares, starres Betätigungsglied, das mit dem
inneren Rand der Membran zusammenwirkt, hervorgerufen. Die Anordnung des Versteifungsflansches
in der Nähe des inneren Randes bringt hinsichtlich der Stabilität eine wesentliche
Verbesserung mit sich. Die Betätigung durch ein starres Betätigungsglied, das mit
dem inneren Rand der Membran zusammenwirkt, wobei zwischen Betätigungsglied und
Membran eine radiale Verschiebung möglich ist, erleichtert die Biegung der Membran.
Die erfindungsgemäße Ausbildung ist ganz besonders für Membranen mit einer besonders
großen zentralen Öffnung geeignet, z. B. mit einem Verhältnis von Außendurchmesser
zu Innendurchmesser von 3 : 2.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Membran am Außenrand
einen zum Versteifungsflansch konzentrischen Flansch auf. Im Anschluß an jeden der
Flansche wird die Steifheit der Membran in an sich bekannter Weise durch sich rundherum
erstreckende Rillen vermindert. Die Halterungen für die Spannbacken befinden sich
zwischen den beiden Rillen am dickeren Teil der Membran. Wenn das starre Betätigungsglied
auf den inneren Rand der Membran drückt, erfolgt die Biegung fast ausschließlich
im Bereich der Rillen, während der verstärkte Bereich, in dem die Halteblöcke befestigt
sind, sich nicht verbiegt. Dadurch wird die Auflage der Halteblöcke auf der Membran
nicht beeinträchtigt. Die Ausführung der Halteblöcke als Einzelteile und ihre nachträgliche
Befestigung auf der Membran bringen den herstellungsmäßigen Vorteil mit sich, daß
die Membran vollständig auf der Drehbank bearbeitet werden kann und wesentlich weniger
Rohmaterial für ihre Herstellung notwendig ist als bei der Herstellung der bekannten
Membranen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im einzelnen in den Zeichnungen
näher dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Membranspannfutter
mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Membran, Fig. 2 einen Schnitt durch eine
Einzelheit des Spannfutters nach Fig.1 in gebogener Stellung der Membran, wobei
jedoch die Eindrehungen oder Rillen nicht vorgesehen sind, und Fig.3 einen Schnitt
wie Fig.2, wobei jedoch die Membran Rillen aufweist.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Membranspannfutter
beschrieben, das entweder auf einer festen oder auf einer beweglichen Tragplatte
befestigt ist, wobei Einrichtungen zur Verbiegung der Membran vorgesehen sind. Es
ist jedoch klar, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Membran an inandererWeiseausgestattetenSpanneinrichtungen
montiert und auch mit einer anderen Antriebseinrichtung betätigt werden kann. Die
Befestigungs- und Antriebseinrichtungen, die hier dargestellt und beschrieben sind,
stellen keinen Teil der Erfindung dar. Sie sind lediglich zur Vervollständigung
und zum besseren Verständnis der Wirkungsweise und der Vorteile des Membranspannfutters
mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Membran aufgeführt.
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Die Membran kann z. B. auch auf einem einfachen ringförmigen Träger
montiert und durch eine Biegekraft beaufschlagt werden, die durch eine Schraubspindel,
ein Hebelsystem oder auch durch pneumatische oder hydraulische Motoren, die getrennt
von der Membran angeordnet sind, bewirkt wird.
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Das Membranspannfutter der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsform nach der Erfindung besteht aus einer Tragplatte 10, die an einem
festen Gestell oder auch an einer rotierenden Spindel in bekannter Weise durch Schrauben
oder Bolzen (nicht dargestellt) befestigt ist. Die Schrauben oder Bolzen können
dabei durch die Bohrungen 11 in der Platte hindurchgehen. Die ringförmige Membran
12, die in ihren Einzelheiten weiter unten näher beschrieben wird, ist durch die
Schrauben 14 am Umfang der Tragplatte 10 befestigt. Das eine Zylinderwand
bildende Teil 21 weist an seinem Umfang einen Flansch 22 auf, der ebenfalls auf
der Tragplatte 10 mittels der Schrauben 24 befestigt ist, und zwar koaxial zu dieser
Platte. Die Stirnfläche des Flansches 22, die auf der Tragplatte
10 aufliegt, ist genau abgedreht und geschliffen, ebenso wie der entsprechende
Sitz auf der Tragplatte, so daß sich ein luftdichter Verschluß zwischen der Zylinderwand
21 und der Tragplatte ergibt. Die Tragplatte 10 weist ferner einen ringförmigen
Wulst 26 auf, der das Zentrieren der Zylinderwand 21 erleichtert und die Tragplatte
radial verstärkt. Zwischen der Tragplatte 10
und der Zylinderwand 21 ist ein
in sich starrer Kolben 30 untergebracht. In den winklig versetzt angeordneten
Bohrungen 34 in der Tragplatte 10 und in der Zylinderwand 21 sind Anschläge
32 vorgesehen, die die Kolbenbewegung begrenzen. Mit dem Kolben 30 ist ferner
eine Zentriernabe 40 mittels der Schrauben 42 fest verbunden. Diese
Nabe 40 besitzt an ihrer Außenfläche einen kreisförmigen Ansatz 44, an dem
das Betätigungsglied 46, eine Frontplatte, genau zentriert aufgenommen ist. Die
Innenfläche 48 der Nabe 40 ist mit einer Vertiefung zur Aufnahme eines Verschlußstopfens
52 versehen. Dieser Verschlußstopfen verschließt die zentrale Öffnung
54 im Kolben 30.
Die Nabe 40 ist an ihrer inneren Stirnseite
mit Rillen 56 versehen, die einen Durchgang für das Druckmedium ermöglichen. Das
Rohr 58 ist durch den Stopfen 52 geführt und durch eine Dichtung 38 am Umfang abgedichtet,
so daß das Druckmittel, z. B. Druckluft, durch den Kolben 30 und die Rillen 56 der
Nabe 40 geleitet werden kann. Das Druckmittel kann somit einen Druck auf
die Vorderfläche des Kolbens ausüben. Der Rand des Kolbens 30 ist mit einer Abdichtung
36 versehen, ebenso der Rand der Nabe 40.
Ein zweites Rohr 60 ist an
der Tragplatte 10 angeschlossen. Es ist dabei zweckmäßig, wenn das Rohr 60
koaxial zum Rohr 58 angeordnet ist und dieses umschließt.
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Während des Arbeitens mit der Vorrichtung wird der Kolben entweder
nach vorn oder nach rückwärts geschoben, und zwar durch Einleitung eines Druckmittels,
wie z. B. Druckluft, entweder in das innere Rohr 58 oder in das äußere Rohr 60.
Bei der Vorwärtsbewegung entfernt sich der Kolben von der Tragplatte 10, während
er sich bei der Rückwärtsbewegung
der Tragplatte 10 nähert.
Die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den jeweiligen Rohren kann durch irgendeine
bekannte (nicht dargestellte) Vorrichtung erfolgen, z. B. durch ein übliches Zweiwegeventil.
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Die Membran 12 weist am Umfang einen Flansch 20 auf, der von den Schrauben
14 durchdrungen wird, die die Membran auf der Tragplatte halten. Der innere Rand
der Membran ist durch einen ringförmigen Flansch 18 versteift, wodurch der innere
Rand im wesentlichen in einer einzigen Ebene gehalten wird. Der radiale Teil der
Membran ragt auf der Innenseite über den Flansch 18 hinaus und bildet einen vorstehenden
Rand 16, der durch das Betätigungsglied 46 vor- oder zurückgeschoben wird.
Der Außenrand des Betätigungsgliedes ist ringförmig ausgespart, so daß sich ebenfalls
ein vorstehender Rand 64 ergibt, der den entsprechenden Rand 16 der Membran hintergreift.
In eine weitere Aussparung des Betätigungsgliedes 46 ist ein Ring 61 eingelassen,
der am Betätigungsglied mittels Schrauben 62 befestigt ist und den Rand 16 der Membran
12 übergreift.
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Es wird bemerkt, daß es im allgemeinen nicht erforderlich ist, die
Membran 12 mittels der Stirnplatte zurückzuziehen. Dies ist nur dann der Fall, wenn
das Spannfutter dazu dient, verhältnismäßig große Werkstücke zu halten oder wenn
die Werkstücke gegen verhältnismäßig große Schneidkräfte usw. festgehalten werden
sollen. In vielen Fällen reicht die Elastizität der Membran aus, um genügende Haltekräfte
zu erzeugen, die das Werkstück sicher zwischen den Klemmbacken 66 halten, wenn die
Membran ihre Normalstellung einnimmt und durch die Einrichtung zur Verbiegung der
Membran nicht beansprucht wird. Falls die Spannfutter nur für leichte Werkstücke
verwendet werden, ist es möglich, den Ring 61 wegzulassen. Die Membran kann dann
durch die Einwirkung des Randes 64 auf den Rand 16 nach vorn gebogen
werden, während die Rückbewegung durch die Elastizität der Membran selbst erfolgt.
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Zum Halten der Klemmbacken 66 sind auf der Membran 12 Blöcke 68 vorgesehen.
Diese Blöcke sind mittels Paßstifte 70 justiert und durch Schrauben 72 befestigt.
Wenn der Kolben 30 nach vorwärts bewegt wird, schiebt das Betätigungsglied 46 den
inneren Rand der Membran 12 nach vorn und biegt die Membran derart durch, daß die
Backen 66 radial nach außen geschwenkt werden. Wird der Kolben zurückgezogen, dann
federt die Membran in ihre normale Stellung zurück.
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Die Membran 12 ist bei 17 und 19 rillenartig eingedreht, wies dies
mit größerer Deutlichkeit in der Fig.3 zu erkennen ist. Die Rillen dienen zur Verringerung
der Wandstärke im Bereich der beiden Flansche 1.8 und 20. Diese Rillen sind vorzugsweise
auf der Innenseite der Membran angebracht. Der innere Flansch 18 versteift einerseits
die Membran, andererseits bleibt die Membranwand durch die Rillen 17 beim Verbiegen
eben. Würde die Membran eine gleichmäßige Stärke zwischen den Flanschen 18 und
20 aufweisen, so müßte sich die Membranwand in sich verbiegen, wie in Fig.
2 dargestellt. Diese Durchwölbung der Membran führt jedoch dazu, daß die Blöcke
68 keine satte Auflage mehr haben und sich lockern können. Es besteht auch die Gefahr
des Schraubenbruchs. Ferner verursacht die Biegung der Membran, wenn diese nicht
mit den Rillen 17 und 19 ausgerüstet ist, ein Schleifen der Blöcke auf der Membranwand,
so daß die Blöcke 68 die Membran rasch verschleißen lassen. Es wurde nun gefunden,
daß es durch Verringerung der Wandstärke in der Nähe der Flansche 18 und 20 als
auch durch Verstärkung der Membranränder durch die Flansche 18, 20 möglich
ist, die Werkstücke genau und gleichmäßig zu spannen.
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Die genau bestimmte Anordnung der Rillen bzw. Eindrehungen 17 und
19 ist für den Erfindungsgegenstand nicht wesentlich. Es ist möglich, diese Eindrehungen
sowohl auf der inneren als auch auf der äußeren Seite der Membran anzuordnen. Die
eine Eindrehung kann an beliebiger radialer Stelle zwischen den Blöcken 68 und dem
Flansch 18 angeordnet sein, während die andere Eindrehung an beliebiger Stelle zwischen
den Blöcken 68 und dem Flansch 20 der Membran angeordnet sein kann. Die Biegung
der Membran erfolgt jeweils an den querschnittsverminderten Stellen.
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Auch die Anordnung des Versteifungsflansches 18 kann verändert werden.
Er kann sich entweder nach vom oder nach rückwärts erstrecken. Bei den Membranen,
bei denen der innere Rand festgehalten ist, ist der Versteifungsflansch 18 entsprechend
am äußeren Rand anzubringen, wodurch sich die gleiche Wirkung ergibt.