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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dornhalteschraubring
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 für eine numerisch gesteuerte
Werkzeugmaschine, die es ermöglicht,
dass traditionelle Werkzeugtragfutter zur Bearbeitung an Steinmaterialien
verwendet werden, beispielsweise zum Zwecke des Glättens/Schleifens
sowie Plandrehens ebener Oberflächen.
Ein solcher Dornhalteschraubring ist aus
GB 2 116 465 bekannt, die als nahester
Stand der Technik zu betrachten ist.
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Diese
Werkzeugmaschinen sind üblicherweise
mit einem vertikalen Dorn ausgestattet, der üblicherweise in einer Struktur
aufgenommen ist, die allgemein als „Hülsenfutter" oder Schraubring im Stand der Technik
bezeichnet wird, und dem eine Linearbewegung durch sich selbst verliehen
wird.
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Das
Hülsenfutter
oder der Schraubring ist mit einem Dornträgerschlitten verknüpft, der
wiederum verschiebbar an einem Träger montiert ist. Entsprechend
der Art der Werkzeugmaschine, in welcher es verwendet wird, kann
ein solches Hülsenfutter
animiert, d.h. angetrieben sein, um entweder eine vertikale Bewegung
(wie im Falle sogenannter Portalmaschinen) oder eine horizontale
Bewegung zu erzielen. Während
in der nachfolgenden Beschreibung auf Portalwerkzeugmaschinen Bezug
genommen werden wird, sollte dies selbstverständlich in keiner Weise zu beschränkenden
Zwecken ausgelegt werden. In ähnlicher
Weise, während
auf Glättungs-,
Plandreh- und Poliervorgänge
ohne jegliche Unterscheidung Bezug genommen werden wird, sollte
dies nicht in irgendeiner Weise als begrenzend für den Schutzbereich der Erfindung
verstanden werden.
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Der
Dorn selbst ist im Wesentlichen durch eine Struktur mit einer Drehwelle
gebildet, die an einem Endabschnitt hiervon eine Werkzeugtrag-Kegelbohrung
(die zum Aufnehmen des tatsächlichen
Arbeitswerkzeugs zum Montieren desselben vorgesehen ist) besitzt,
und mit dem Antriebs- und Getriebesystem zum Übertragen einer Bewegung von
einem Motor auf die Welle.
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Die
Art der Verarbeitungsarbeit, die durchgeführt wird, hängt selbstverständlich von
der Art des Werkzeugs ab, das an der Werkzeugtrag-Kegelbohrung eines
solchen Dorns montiert ist.
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Wie
bereits oben hervorgehoben, umfasst von den verschiedenen Verarbeitungsvorgängen, denen
Steinmaterialen unterworfen werden können, ein herkömmlicher
Polieren, Glätten
oder Plandrehen von ebenen Oberflächen von Steinmaterialien.
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Im
Falle traditioneller Polier- oder Plandrehmaschinen, d.h. Einzelzweckmaschinen,
die nur für eine
solche bestimmte Aufgabe vorgesehen sind, sind die Dorne von pneumatisch
oder hydraulisch betätigter
Art, bei denen das Werkzeug nach unten gegen das zu bearbeitende
Material durch eine Kraft pneumatischer oder fluider Natur gedrückt wird,
in Abhängigkeit
von dem bestimmten Medium, das zur Betätigung verwendet wird.
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Auf
diese Weise ruht der Polier- oder Plandrehkopf auf der zu behandelnden
Oberfläche
mit einer Kraft, die gleich der Summe des Gewichts des Kopfes und
dem pneumatischen oder fluiden Druck, der auf diesen ausgeübt wird,
ist. Im Gegensatz hierzu ist im Falle von Kalibrier- oder Sortiermaschinen der
Bearbeitungskopf in einer festen (wenn auch mechanisch einstellbaren)
Höhe positioniert.
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Im
Falle numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen wird das Glätten unter
Einsatz spezieller Werkzeuge ausgeführt, die einen Körper besitzen,
an dessen Endabschnitt ein Polierteller montiert ist, der elastisch
durch einen Federsatz gegen die zu glättende oder zu polierende Oberfläche vorgespannt
ist.
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Als
Ergebnis hieraus kann der Druck, der auf das bearbeitete Material
aufgebracht wird, nicht konstant sein, da er im Wesentlichen von
dem Kompressionsmaß der
Federn abhängt.
Falls das Material, was ziemlich häufig passiert, auch nur geringe
Unterschiede in seiner Dicke aufweist, variiert das Kompressionsmaß der Federn
entsprechend und mit diesem auch die Kraft, mit der das Werkzeug
gegen die oben genannte Oberfläche
gedrückt
wird. Das Endergebnis einer solchen Variation ist eine Oberfläche, die
nicht auf perfekt uniforme und gleichmäßige Weise geglättet ist,
Unregelmäßigkeiten
aufweist, die selbst mit dem bloßen Auge sichtbar sein können und dazu
führen
können,
dass das fertiggestellte Produkt schlicht unakzeptabel und in jedem
Falle ein minderwertiges ist.
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Zusätzlich ist
das Werkzeug selbst einem Verschleiß unterworfen und führt unvermeidlich
dazu, dass die zuvor genannte Kompression der Feder entsprechend
variiert, mit denselben ultimativen Konsequenzen im Hinblick auf
das fertiggestellte Produkt.
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Schließlich sollte
die Tatsache nicht übersehen
werden, dass diese Werkzeuge üblicherweise speziell
sind, d.h. genau zugeordnet sind, die speziell zum Glätten oder
Schleifen von Steinmaterialien entworfen und daher ziemlich teuer
sind.
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Ein
Ersetzen eines Werkzeugs, das an dem Glättungs- oder Schleifkopf angebracht
ist, aufgrund der Tatsache, dass dieses vollständig verschlissen ist, oder
aufgrund der Tatsache, dass es mit einem anderen Werkzeug infolge
veränderter
Verarbeitungsanforderungen oder -notwendigkeiten ersetzt werden
muss, besitzt beträchtliche
Stillstandimplikationen, die selbstverständlich dementsprechend die Gesamtkosten
des industriellen Verfahrens beeinträchtigen.
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Es
wäre daher
wünschenswert,
die Möglichkeit
einfacher Werkzeugtragfutter oder -teller traditioneller Art, d.h.
der Art, die bei normalen Glättungs- und
Schleifmaschinen verwendet wird, wie sie zuvor in dieser Beschreibung
erwähnt
worden sind, zu haben, die an numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen
montiert werden können,
anstatt Gebrauch von den speziellen, federbeaufschlagten Schleifköpfen wie
oben beschrieben machen zu müssen.
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Gleichermaßen, falls
nicht noch wünschenswerter,
ist die Möglichkeit
des Bereitstellens einer Dornhaltestruktur oder eines Schraubrings
für numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschinen, die eine solche Konstruktion besitzt,
um sicherzustellen, dass in dem Falle, dass Schleif-/Glättungsvorgänge an Steinmaterial
ausgeführt
werden, das Werkzeug in der Lage ist, auf das bearbeitete Material
einen Druck aufzubringen, dass unabhängig sowohl von möglichen
Dickenunterschieden in dem zu schleifenden oder zu glättenden
Material als auch von dem Maß des
Verschleißes
des Werkzeugs ist, sodass das entstehende Fertigprodukt keinerlei
leicht sichtbare Ungleichmäßigkeiten
oder ähnliche
Defekte zeigt.
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Gleichzeitig
muss die Struktur eines solchen Dornhalteschraubrings derart sein,
um sicherzustellen, dass bei allen anderen Verarbeitungs- oder Fertigstellungsvorgängen die
numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine gleichermaßen in der Lage ist, mit dem
Dornhalteschraubring ohne jegliche komplizierten und zeitaufwändigen Anpassungen
in einer gesteuerten, fest verriegelten und nicht schwimmenden Position
zu arbeiten.
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Es
ist in der Tat eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Dornhaltestruktur oder einen Schraubring für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen
bereitzustellen, die in der Lage ist, die zuvor genannten Nachteile
der Lösungen
des Standes der Technik zu beseitigen, während gleichzeitig die zuvor
genannten Vorteile erzielt werden.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Dornhaltestruktur oder einem Schraubring
gelöst,
der die in dem beigefügten
Anspruch 1 definierte Struktur besitzt, in welcher im Wesentlichen
ein fluiddynamischer Verriegelungs- und Haltedruck oder alternativ
ein pneumatischer Druck zusätzlich
zu einer Druckfeder beiträgt,
jedoch nicht zu der Kraft beiträgt,
mit welcher das Werkzeug selbst auf das verarbeitete Material wirkt.
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In
jedem Falle werden die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
leichter anhand der Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verständlich
werden, die nachfolgend anhand eines nicht begrenzenden Beispiels
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird,
in denen:
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1 und 2 sind
schematische, teilweise geschnittene Ansichten einer Seitenansicht
bzw. des Horizontalschnitts des Dornhalteschraubrings oder Hülsenfutters,
der mit dem Träger- und Schlittenkomplex
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine traditioneller Art
verknüpft
ist;
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3 und 4 sind
teilweise geschnittene Front- bzw. Seitenansichten des Dornhalteschlittens für eine numerisch
gesteuerte Maschine gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5, 6 und 7 sind
Ansichten ähnlich
zu dem zentralen Abschnitt aus 3, die verschiedene
Positionen der Teile veranschaulichen, welche die Dornhaltestruktur
während
des Betriebes bilden.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden viele der Teile, welche die
Dornhaltestruktur bilden, nur knapp beschrieben, da diese im Stand
der Technik bekannte Bauteile sind.
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1 bis 4 veranschaulichen
teilweise ein Dornhaltestruktur, die auf im Stand der Technik bekannte
Weise dazu ausgelegt ist, entlang des Trägers 11 der numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschine zu gleiten, und zwar verknüpft mit
einem Dornhaltehülsenfutter
oder einem Schraubring 12.
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In
dem inneren röhrenförmigen Hohlraum der
Struktur 10 ist eine Spindelmutter 14 aufgenommen,
die mit einer koaxialen Gewindespindel 16 zusammenwirkt,
die an dem Hülsenfutter 12 angebracht
und dazu ausgelegt ist, drehend durch einen externen Motor 18 angetrieben
zu werden.
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Die
Gewindespindel 16 bestimmt die Höhe oder Arbeitsposition des
Hülsenfutters 12.
Die Spindelmutter 14 ist koaxial und fest hiermit verbunden
in eine Buchse oder einem hülsenartigen
Rohr 20 eingebaut, in welchem Führungsstifte 22 in
Eingriff sind.
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An
dem unteren Endabschnitt der Spindelmutter 14 ist fest
hiermit verbunden ein röhrenförmiges Element 24 vorgesehen,
dessen unterer Endabschnitt fest mit einem verschiebbaren Anhang 26 in
der Form eines Kolbens verbunden ist.
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In
dem unteren Abschnitt der Dorntragstruktur 10 ist starr
ein zylindrisches Element 28 befestigt, das einen Boden 29 besitzt.
Die innere Basis 30 dieses Bodens 29 bildet den
Boden einer Kammer 32, in welcher das kolbenartige Element 26 arbeitet.
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Diese
Kammer 32 ist über
geeignete Leitungen mit einer Zufuhr 34 von Öldruckfluid
verbunden.
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Das
zylindrische Element 28 ist starr hiermit verbunden an
der Dorntragstruktur 10 in Übereinstimmung zu dem Boden 29 mithilfe
der Befestigungsmittel (Stifte) 36 angebracht.
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Zwischen
der äußeren Oberfläche des
röhrenförmigen Elements 24 und
der inneren Oberfläche der
Dorntragstruktur 10 ist ein ringförmiger Hohlspalt 37 definiert,
in welchem eine Schraubendruckfeder 28 aufgenommen ist,
deren Enden an der unteren Basis des hülsenartigen Rohrs 20 bzw.
an dem oberen Ende des zylindrischen Elements 28 anliegen.
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Betrachtet
man nun den Betrieb des Gegenstands der vorliegenden Erfindung und
daher die mechanische Einstellvorrichtung, ist es angemessen, dass
ebenso auf 5, 6 und 7 Bezug
genommen wird, die wie bereits erwähnt die in den 1 bis 4 gezeigte
Struktur in verschiedenen Arbeitszuständen zeigen.
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Wenn
der Motor 18 die Gewindespindel antreibt, was diese veranlasst,
zu rotieren, wirkt diese Gewindespindel mit der Spindelmutter 14 zusammen,
und als Ergebnis hieraus wird das Hülsenfutter 12 entsprechend
der Rotationsrichtung der Gewindespindel angehoben oder abgesenkt.
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Wenn
das Hülsenfutter 12 axial
verschoben wird, definierte es in Kombination mit dem kolbenförmigen Abschnitt 26 des
röhrenförmigen Elements 24 zwei
einander gegenüberliegende
Kammern, von denen eine die bereits erwähnte, mit 32 in 3 bezeichnete
Kammer ist, während
die andere, die in 6 und 7 zu sehen
ist, oberhalb des kolbenförmigen
Elements 26 gelegen und mit Bezugszeichen 40 bezeichnet
ist.
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Durch
Versorgen der ersten Kammer 32 mit Drucköl wird der
kolbenartige Anhang 26 veranlasst, sich anzuheben, und
während
er sich auf diese Weise nach oben bewegt, beaufschlagt er das röhrenförmige Element 24,
die Spindelmutter 14, die Gewindespindel 16 und
dann das Dornhaltehülsenfutter
oder den Schraubring 12 mit sich hoch zu dem Punkt, an welchem
das kolbenartige Element in Kontakt mit dem zylindrischen Element 28 kommt.
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Als
Ergebnis hieraus wird das zylindrische Element 28 fest
mit dem kolbenartigen Element 26 verbunden, und in ähnlicher
Weise wird die Spindelmutter fest mit der Struktur 10 verbunden,
was einen normalen Betriebszustand numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen
darstellt, wie in 5 veranschaulicht.
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In
der Tat kommt das Hülsenfutter 12 auf
seinem Weg in einer Position zum Liegen, die in Bezug auf die Dornträgerstruktur 10 fest
und vorbestimmt ist, ohne jegliche Variation, die automatisch durch
Variationen der Dicke des verarbeiteten Materials oder durch Werkzeugverschleiß hervorgebracht
werden können.
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Falls
im Gegensatz hierzu die Art der auszuführenden Verarbeitung ein Schleifen
oder Glätten des
Materials mit sich bringt, wird zunächst die Verbindung zwischen
der Kammer 32 und der Zufuhrquelle von Drucköl abgetrennt.
Als Ergebnis hieraus senkt sich die Anordnung, die durch den kolbenartigen
Anhang 26, das röhrenförmige Element 24,
die Spindelmutter 14 und das Hülsenfutter 12 gebildet ist,
infolge ihres Eigengewichts ab und ruht auf der Oberfläche 30 des
Bodens 29 in dem in 7 veranschaulichten
Zustand. Gleichzeitig wird die Feder 38 etwas zusammengedrückt.
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Diese
nach unten Bewegung des kolbenartigen Elements 26 besitzt
ebenso die Wirkung, dass sie die Bildung der zweiten Kammer 40 bestimmt,
die eine ringförmige
Kammer ist, welche zwischen der oberen hervorstehenden Oberfläche des
kolbenartigen Elements 26 und der Anlageschulter 42 definiert ist,
die an dem röhrenförmigen Element 28 gebildet ist.
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Diese
Kammer 40 wird dann über
die Leitung 44, die zu diesem Zweck geeignet mit Steuer-
und Rückschlagventilen
ausgestattet ist, mit Druckluft versorgt, sodass das kolbenartige
Element 26 in Anlage an der Bodenfläche 30 gehalten wird.
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In
diesem Zustand wird der die Gewindespindel antreibende Motor 18 betrieben,
um das Hülsenfutter 12 zu
veranlassen, sich um einen vorbestimmten Abstand (in der Größenordnung
weniger Millimeter) abzusenken.
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Da
das Schleif- oder Glättungswerkzeug
in Kontakt mit dem zu verarbeitenden Material ist, sind weder das
Hülsenfutter 12 noch
die Spindelmutter 16 in einer Position, um sich zu verschieben,
d.h. nach unten zu bewegen, sodass die Anordnung, die durch den
kolbenartigen Anhang 26, das röhrenförmige Element 24 und
die Spindelmutter 14 gebildet ist, gezwungen wird, sich
nach oben zu bewegen, wodurch der in 7 veranschaulichte
Zustand in den in 6 veranschaulichten Zustand
geändert
wird.
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Es
wird leicht verständlich
sein, dass einem Einschrauben der Gewindespindel 16, das
eine Bewegung nach unten entstehen lässt, eine gleichartige Hochbewegung
der Spindelmutter 14 entspricht, und zwar auf solche Weise,
um sicherzustellen, dass das Werkzeug konstant Kontakt mit der Oberfläche des verarbeiteten
Materials hält.
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In
dieser Situation ist das Hülsenfutter
daher den folgenden Kräften
unterworfen:
- (i) der Kraft, die durch den pneumatischen
Druck hervorgebracht wird, der in der Kammer 40 herrscht,
was die Wirkung des Drückens
des kolbenartigen Anhangs 26 nach unten besitzt, sodass
es praktisch die gesamte Anordnung nach unten schiebt, die durch
das röhrenförmige Element 24,
die Spindelmutter 14, die Gewindespindel 16 und
das Hülsenfutter 12 gebildet
ist;
- (ii) die Kraft, die durch die Feder (38) hervorgebracht
wird, welche aufgrund ihres ohnehin zusammengedrückten Zustands die Spindelmutter 14 und
daher die Gewindespindel 16 zusammen mit dem Hülsenfutter 12 nach
oben und daher in der entgegengesetzten Richtung schiebt;
- (iii) das Gewicht der Hülsenfutteranordnung
(das dahingehend zu verstehen ist, dass es das Gesamtgewicht des
Hülsenfutters 12 selbst,
der Spindelmutter 14, der Gewindespindel 16 und
des röhrenförmigen Elements 24 umfasst),
das deutlich als eine nach unten gerichtete Kraft wirkt.
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Falls
das Ausmaß der
Kompression der Feder derart voreingestellt ist, um das Gewicht
des Hülsenfutters 12 auszugleichen,
dann wird die Kraft, mit der das Schleif- oder Glättungswerkzeug
gegen das verarbeitete Material drückt, diejenige sein, die durch den
in der Kammer 40 wirkenden pneumatischen Druck entsteht,
dessen Wert geeignet entsprechen den tatsächlichen Bearbeitungsanforderungen
variiert werden kann, wie dies bei herkömmlichen Schleif- oder Glättungsmaschinen
der Fall ist, d.h. bei denjenigen Maschinen, die nicht in die Kategorie
numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen fallen.
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Selbst
wenn die Länge
der Feder während der
Verarbeitung leichte Variationen durchläuft, sodass das Ausmaß der Kompression
derselben verändert
wird, werden diese in jedem Falle nur sehr geringe und im Wesentlichen
unwichtige Variationen verglichen mit der hauptsächlichen und gesteuerten Wirkung
sein, die durch den pneumatischen Druck in der Kammer 40 ausgeübt wird.
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Falls
das tellerartige Werkzeug während
eines Schleif- oder Glättungsvorgangs über einen
Materialabschnitt mit einer größeren Dicke
kommt, werden das Hülsenfutter 12 zusammen
mit der Gewindespindel 16, der Spindelmutter 14 und
dem kolbenartigen Element 26 praktisch gezwungen, sich
anzuheben, und dies führt
zu einer Ausdehnung der Feder 38.
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Allerdings
ist die entsprechende Variation der auf das Schleif- oder Glättungswerkzeug
wirkende Kraft vernachlässigbar,
da der Unterschied zwischen der Kraft des pneumatischen Drucks,
des Gewichts des Dorns und der Kompressionskraft, die durch die
Feder ausgeübt
wird (nicht in irgendeinem beträchtlichen
Ausmaß variiert),
und daher bleibt der auf das zu schleifende Material ausgeübte Druck
unverändert.
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Falls
im Gegensatz hierzu die Dicke des Materials abnimmt, tritt ein Absenken
des Hülsenfutters 12 zusammen
mit der Gewindespindel 16, der Spindelmutter 14 und
dem kolbenartigen Element 26 nach unten zu dem Punkt auf,
an welchem das Werkzeug erneut in Kontakt mit dem zu schleifenden
oder zu glättenden
Material kommt, während
sich die Feder 38 etwas verkürzt. Allerdings bleibt auch
in diesem Falle der durch das Werkzeug auf das verarbeitete Material
ausgeübte
Druck im Wesentlichen unverändert,
und zwar aus denselben Gründen
wie oben erläutert.
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Anhand
der oben dargelegten Überlegungen wird
deutlich, dass durch die vorliegende Erfindung die Möglichkeit
erzeugt wird, dass der durch das tellerartige Werkzeug auf das verarbeitete
Material ausgeübte
Druck im Wesentlichen konstant bleibt, selbst wenn Variationen der
Dicke des verarbeiteten Materials angetroffen werden.
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Dieselbe
Situation vor im Falle eines Verschleißes des Werkzeugs, selbst wenn
das Werkzeug einem graduellen Verschleiß unterliegt, d.h. graduell
verschleißt,
der durch dieses auf das verarbeitete Material ausgeübte Druck
im Wesentlichen unverändert
bleibt und im schlechtesten Falle in einem vollständig vernachlässigbaren
Ausmaß variiert.
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Basierend
auf demjenigen, das oben dargelegt worden ist, wird leicht ersichtlich
sein, wie die vorliegende Erfindung ermöglicht:
- (i)
das Steinmaterial spezifischen Verarbeitungsarten oder Behandlungen
unter Einsatz numerisch gesteuerter Maschinen anstelle der traditionellen
Schleif- oder Glättungsmaschinen
unterworfen wird; und
- (ii) gleichzeitig traditionelle Schleif- oder Glättungswerkzeugtragfutter
oder -teller verwendet werden können.
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Ein
solches Ergebnis wird dank der Lösung gemäß der Erfindung
erzielt, bei der:
- (a) der Gewindespindel- und
Spindelmutter-Mechanismus für
die Einstellung der Höhe
des Dornhalte-Spannfutters nicht direkt an der Dorntragstruktur
angebracht ist;
- (b) ein Kompressionsfeder eine zum Ausgleichen des Gesamtgewichts
des Hülsenfutters
und der hiermit verknüpften
Elemente derart ausübt,
dass der durch das Werkzeug auf das verarbeitete Material ausgeübte Druck
stets dem zugeführten pneumatischen
Druck entspricht, sodass eine Kraft nach unten gerichtet ist.
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Es
wird ersichtlich sein, dass bei der praktischen Umsetzung der vorliegenden
Erfindung eine Anzahl konzeptionell und mechanisch gleichwertiger Modifikationen
und Varianten vom Fachmann in Übereinstimmung
mit und innerhalb der vorveranschaulichten Merkmale abgeleitet und
ausgearbeitet werden können,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert ist.