Die Erfindung bezieht sich auf ein Membranspannfutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Membranspannfutter dieser Art ist durch die europäische Patentanmeldung Nr. 05018464.7 bekannt. Dieses Spannfutter hat sich in der Praxis bewährt. Um aber stets eine exakte Anlage an den beiden Referenzflächen zu gewährleisten, ist es jedoch erforderlich, die einzelnen Bauteile des Membranspannfutters mit einer hohen Präzision herzustellen. Dies erfordert einen erheblichen Fertigungsaufwand, dennoch können durch Biege- und/oder Kippmomente, die beim Anziehen der Spanneinrichtungen auftreten, die Spannbacken bzw. die Spannköpfe von den Anlageflächen an der Membran abgehoben werden. Dies wiederum kann zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung eines Werkstückes führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Membranspannfutter der vorgenannten Gattung in seiner Betriebsweise weiter zu verbessern, indem die bei der Verspannung der Ansatzstücke zwangläufig auftretenden Kräfte sich nicht ungünstig auf die Spannbacken bzw. die Spannköpfe auswirken können. Die hierbei erzeugten Kipp- und/oder Drehmomente sollen vielmehr nicht auf die Spannbacken bzw. die Spannköpfe einwirken können. Der dazu erforderliche Bauaufwand soll gering gehalten werden, dennoch soll die Gewähr gegeben sein, dass derartige Kräfte nicht auf die Spannbacken übertragen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Membranspannfutter der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Ansatzstücke der Spannbacken bzw. der Spannköpfe in dem Bereich zwischen diesen und den Spanneinrichtungen jeweils mit einem Zwischenglied versehen sind, mittels dem Biege- und/oder Drehmomente der Spannreinrichtung eliminierbar und über das ausschließlich axial gerichtete Zugkräfte auf die Spannbacken bzw. die Spannköpfe übertragbar sind.

Das Zwischenglied kann hierbei in vorteilhafter Weise durch ein im Bereich einer Unterteilung eines Ansatzstückes angeordnetes Kugelgelenk gebildet sein.

Das Kugelgelenk kann durch ein von einem der beiden Teile des unterteilten Ansatzstückes abstehendes Koppelglied, das abschnittsweise mit einer kugeligen Außenmantelfläche versehen ist, und einer in das andere Teil des Ansatzstückes eingearbeiteten Ausnehmung, die auf der dem Koppelglied zugekehrten Innenmantelfläche eine korrespondierende Anlagefläche aufweist, gebildet sein, wobei auf das Koppelglied eine Druckfeder einwirken sollte, die an dem Teil des Ansatzstückes, in das das Koppelglied eingreift, abgestützt. Außerdem sollte das Koppelglied begrenzt verdrehbar in der Ausnehmung des dieses aufnehmenden Teils des Spanneinsatzes gehalten sein. Zur Verdrehsicherung kann ein in dieses eingesetzter Bolzen vorgesehen werden, der in einer in dem das Koppelglied aufnehmenden Teil des Ansatzstückes eingearbeiteten Bohrung mit Spiel in Umfangsrichtung abgestützt ist.

Zur vereinfachten Montage des Kugelgelenkes ist es angezeigt, das Koppelglied in seiner Breite und die dieses aufnehmende Ausnehmung in ihrer lichten Weite derart zu bemessen, dass das Koppelglied in einer um 90° gegenüber der Betriebsstellung verschwenkten Lage in die Ausnehmung einführbar ist, nach der Verdrehung aber sicher in der Ausnehmung abgestützt ist.

Um das Eindringen von Verunreinigungen in das Kugelgelenk auszuschließen, sollte die Trennstelle des Ansatzstückes durch eine an den Stirnflächen des einen Teils oder beider Teile des Ansatzstückes angeformter Labyrinthe abgedichtet sein.

Nach einer andersartigen Ausgestaltung kann das Zwischenglied durch einen Verbindungsbolzen gebildet sein, der im Bereich einer Unterteilung des Ansatzstückes in dessen mit Abstand zueinander angeordneten Teilen angesetzt und in einem oder beiden Teilen des Ansatzstückes mit axialem Spiel gehalten ist. Der Verbindungsbolzen kann hierbei an einem oder beiden Enden jeweils mittels eines in die Teile des Ansatzstückes eingesetzten Querstiftes gehalten sein, die in in den Verbindungsbolzen eingearbeitete Längsnuten oder unmittelbar in diesem mit axialem Spiel eingreifen.

Nach einer weiteren Ausführungsvarianten kann das Zwischenglied auch aus einer in das Ansatzstück integrierten elastisch verformbaren Zone bestehen, die jeweils als Zwischenstück in Form eines Bolzens oder einer Platte gestaltet sein kann. Durch in die Ansatzstücke eingearbeitete Freisparungen kann das Zwischenstück hergestellt werden.

Gemäß einer andersartigen Ausgestaltung kann das Zwischenglied aus einer Gewindestange bestehen, die im Bereich einer Unterteilung der Ansatzstücke mit einem oder beiden Enden jeweils in in ein oder in beide Teile des Ansatzstückes eingearbeitete Gewindebohrungen eingeschraubt ist.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Ansatzstücke der Spannbacken bzw. der Spannköpfe zumindest die unmittelbar an diesen angeformten Teile der Ansatzstücke mit radialem Spiel in der Membran und den Gegengewichten angeordnet sind.

Wird ein Membranspannfutter gemäß der Erfindung ausgebildet, so sind nicht nur die Vorteile der bekannten Ausgestaltung gegeben, sondern es ist auch gewährleistet, dass durch Momente, die durch Betätigen der Spanneinrichtungen ausgelöst werden, um die Ansatzstücke zu verspannen, die Spannbacken bzw. die Spannköpfe nicht ungünstig beeinflusst werden. Kipp- und/oder Torsionsmomente werden nämlich über die in unterschiedlicher Weise ausgebildeten Zwischenglieder nicht mehr auf die Spannbacken übertragen, auf diese wirken vielmehr ausschließlich axial gerichtete Zug-Kräfte ein. Die Spannbacken bzw. die Spannköpfe werden demnach nicht von den Referenzflächen abgehoben, eine stets gleichbleibende präzise Einspannung eines Werkstückes ist somit stets gewährleistet.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsvarianten eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Membranspannfutters dargestellt, die nachfolgend im Einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigen:

Figur 1

ein mit Gegengewichten versehenes Membranspannfutter mit eingespanntem Werkstück, in einem Axialschnitt,

Figur 2

einen Ausschnitt aus Figur 1 mit einem in einem Ansatzstück eingesetztes Kugelgelenk, in einer vergrößerten Wiedergabe,

Figur 3

einen Schnitt nach der Linie III - III der Figur 2,

Figur 4

die beiden ineinander zu verriegelnden Teile des Ansatzstückes aus Figur 2, in einer Explosionsdarstellung,

Figur 5

einen Ausschnitt gemäß Figur 2 mit einer andersartig ausgebildeten Spanneinrichtung,

Figur 6

ein mit einer elastischen Zone als Zwischenglied versehenes Ansatzstück, in einer Darstellung gemäß Figur 2 und

Figuren 7 und 8

jeweils ein unterteiltes Ansatzstück mit unterschiedlich ausgebildeten Zwischengliedern, in Darstellungen gemäß Figur 2.

Das in Figur 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Membranspannfutter dient zum Einspannen insbesondere von hochwertigen Werkstücken 10, wie z.B. Zahnrädern, und besteht im wesentlichen aus in einem Futterkörper 2 eingesetzte auf das Werkstück 10 einwirkende Spannbacken 3, die mit einer an der Stirnfläche 11 in einer Ausnehmung 12 des Futterkörpers 2 in dessen äußeren Bereich mittels Schrauben 13 befestigten verformbaren Membran 4 aus einem metallischen Werkstoff trieblich verbunden sind.

Zur Betätigung der Membran 4 ist ein zentrisch angeordnetes Betätigungsglied 5 vorgesehen, in das auf dem den Spannbacken 3 abgewandten Ende eine durch eine nicht gezeigte Servoeinrichtung verstellbare Zugstange einschraubbar ist. Am anderen Ende des Betätigungsgliedes 5 ist mittels einer Scheibe 18 die mit einem ballig ausgebildeten Bund 14 versehene Membran 4 eingespannt.

Des Weiteren sind in in den Futterkörper 2 eingearbeitete Ausnehmungen 7 den Spannbacken 3 zugeordnete Gegengewichte 8, durch die den von den Spannbacken 3 bei Rotation des Membranspannfutters 1 erzeugten Fliehkräften entgegenwirkt wird, eingesetzt, mit denen die Spannbacken 3 mittels an deren Spannköpfen 21 angeformter abgesetzter Ansatzstücke 22 mit Hilfe von Spanneinrichtungen 31 lösbar, aber dennoch fest verbindbar sind. Die z.B. als zylindrische Schäfte ausgebildeten Ansatzstücke 22 durchgreifen dazu in der Membran 4 vorgesehene Ausnehmungen 19 und ragen in in die Gegengewichte 8 eingearbeitete Bohrungen 20 hinein, in denen sie mittels der Spanneinrichtungen 31 arretierbar sind.

Die Spanneinrichtungen 31 sind jeweils, wie dies insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, durch einen radial begrenzt verschiebbaren Pendelbolzen 32 und zwei Halteschrauben 37 und 38 gebildet, die zur Erzeugung einer in Achsrichtung der Ansatzstücke 22 wirkenden Kraft in Einbaulage achsversetzt zueinander angeordnet sind. Die Pendelbolzen 32 sind dazu in in die Ansatzstücke 22 eingearbeiteten Bohrungen 61 eingesetzt, die Halteschrauben 37 bzw. 38 dagegen in in die Gegengewichte 8 eingearbeitete Gewindebohrungen 62 bzw. 63 eingeschraubt.

Außerdem sind die Pendelbolzen 32 jeweils mit einem Innenkonus 33 und einem Außenkonus 34 ausgestattet, die mit einem an den Halteschrauben 37 bzw. 38 angearbeiteten Außenkonus 39 bzw. einem Innenkonus 40 zusammenwirken. Zur Halterung der Pendelbolzen 32 in den Ansatzstücken 23 sind in diese Gewindebohrungen 64 eingearbeitet, und die Pendelbolzen 32 sind mit Langlöchern 35 versehen, in die in die Gewindebohrungen 64 eingeschraubte Stifte 36 eingreifen.

Die Spanneinrichtungen 31 wirken in der Weise, dass durch Einschrauben der über in dem Futterkörper 2 vorgesehenen mit den Gewindebohrungen 62 fluchtende Bohrungen 65 zugänglichen Halteschrauben 37, z.B. mittels eines Innensechskantschlüssels 60, in den Innenkonus 33 der Pendelbolzen 32 diese mit ihrem Außenkonus 34 an dem Innenkonus 40 der Halteschrauben 38 abgestützt werden, so dass durch die Schrägflächen eine Kraft in Achsrichtung der Ansatzstücke 22 erzeugt wird und die Spannbacken 3 bzw. deren Spannköpfe 21 gegen die Membran 4 gepreßt werden. Vorraussetzung ist allerdings, dass die Pendelbolzen 32 gegenüber den Halteschrauben 37 und 38 geringfügig achsversetzt sind.

Um die Spannbacken 3 lagegenau an der Membran 4 abstützen zu können, ist diese mit einer ersten Referenzfläche 23 und zweiten Referenzfläche 24 ausgestattet, die achssenkrecht zueinander ausgerichtet sind und wobei die erste Referenzfläche 23 in Spannstellung des Membranspannfutters 1 achsparallel zu dessen Längsachse verläuft. Außerdem sind die als Schäfte ausgebildeten Ansatzstücke 22 der Spannköpfe 21 mit einem geringen Spiel "s" in den in der Membran 4 eingearbeiteten Bohrungen 19 und den in den Gegengewichten 8 vorgesehenen Bohrungen 20 angeordnet, so dass eine Ausrichtung auf die erste Referenzfläche 23 ohne weitere möglich ist.

Eine selbsttätige Anlage der Spannköpfe 21 an der ersten Referenzfläche 23 mit einer Anlagefläche 25 wird mittels Federrasten 41 bewerkstelligt, durch die die Spannköpfe 21 nach außen gedrückt und mittels der Spanneinrichtungen 31 an dieser fixiert werden. Gleichzeitig erfolgt die Anlage mit der Anlagefläche 26 an der Referenzfläche 24 der Membran 4.

Die Federrasten 41 bestehen hierbei, wie dies ebenfalls dem in Figur 2 vergrößert wiedergegebenen Ausschnitt zu entnehmen ist, aus einem in eine in die Membran 4 eingearbeiteten Bohrung 43 eingesetzten Stift 44, auf den eine Druckfeder 46 einwirkt und der mit einer kegeligen Spitze 45 in eine in die der zweiten Referenzfläche 24 gegenüberliegenden Anlagefläche 26 des Spannkopfes 21 eingearbeitete kegelige Bohrung 42 eingreift. Der Stift 44 ist mit einem Bund 47 versehen und verschiebbar in einer Hülse 48 eingesetzt, die in die mit einem Innengewinde 49 ausgestattete Bohrung 43 eingeschraubt ist. Durch die Kraft der Druckfeder 46 wird somit der Spannkopf 21 beim Einsetzen der Spannbacken 3 gegen die erste Referenzfläche 23 nach außen gepresst und in dieser Lage bis zum Verspannen der Spannbacken 3 mit der Membran 4 mittels der Spannrichtungen 31 fixiert.

Um die Gegengewichte 8 formschlüssig mit der Membran 4 zu verbinden, damit diese deren Verstellbewegungen folgen, sind die Gegengewichte 8 mittels Schrauben 56 fest mit der Membran 4 verschraubt. Außerdem sind in die Membran 4 den Gegengewichten 8 zugeordnete Ausnehmungen 54 eingearbeitet und die Gegengewichte 8 sind jeweils mit einem Ansatz 55 versehen, die in die Ausnehmungen 54 eingreifen und in diesen zentriert sind. Die Spannbacken 3 bilden auf diese Weise im verspannten Zustand mit den Gegengewichten 8 eine Einheit.

Um die Spannköpfe 21 in Umfangsrichtung leicht ausrichten zu können, sind an diesen radial nach außen abstehende Stifte 51 angebracht, die in Bohrungen 52 eingesetzt sind. Des Weiteren ist die Membran 4 mit in Achsrichtung offenen Schlitzen 53 versehen, in die Stifte 51 bei der Montage der Spannbacken 3 eingeführt werden. Die Lage der Stifte 51 ist jeweils auf die Federrasten 41 ausgerichtet, so dass deren Stifte 44 ohne weiteres in die Bohrungen 42 eingreifen können.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wirken die Spannköpfe 21 der Spannbacken 3 nicht unmittelbar auf das Werkstück 10 ein, an den Spannköpfen 21 sind vielmehr mit einer Spannfläche 28' versehene Einsatzbacken 28 angebracht, die an den Anlageflächen 27 der Spannköpfe 21 mit ihrer Anlagefläche 29 anliegen und mittels Schrauben 30 an diesen befestigt sind. Die Einsatzbacken 28 sind demnach leicht auswechselbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Spannköpfe 21 als einstückige Spannbacken auszubilden.

Zur Abstützung des Werkstückes 10 ist an dem Futterkörper 2 ein dreiarmiger Anschlagring 6 angebracht, der zwischen die Spannbacken 3 hineinragt und Anlageflächen 6' aufweist. Zur Halterung des Anschlagringes 6 sind in den Futterkörper 2 eingesetzte Hülsen 15, die entsprechende in die Membran 4 eingearbeitete Ausnehmungen 16 durchgreifen, vorgesehen. Mittels Schrauben 17 ist der Anschlagring 6 an den Hülsen 15 befestigt. Die Stirnfläche des Anschlagringes 6 ist als Anlagefläche 6' für das Werkstück 10 ausgebildet. Durch weitere Schrauben 9, die über in die Membran 4 eingearbeiteten und durch Stopfen verschlossene Bohrungen zugänglich sind, ist der Futterkörper 2 des Membranspannfutters 1 an einer Werkzeugmaschine zu befestigen.

Bei dem Membranspannfutter 1 sind demnach lediglich die Referenzflächen 23 und 24 maßgenau zu bearbeiten. Die Spannbacken 3 und die Einsatzbacken 21 können dagegen gesondert gefertigt und wahlweise beigestellt werden. Da die Anlageflächen 25 und 27 der Spannköpfe 21 und die Anlagefläche 29 der Einsatzbacken 28 und deren Spannfläche 28' in Spannstellung des Membranspannfutters 1 stets konzentrisch zueinander verlaufen, ist es möglich, die einzelnen Durchmesser der Anlageflächen aufeinander abzustimmen und entsprechend dem jeweiligen Arbeitsvorgang zu wählen, ohne dass die Referenzfläche 23 beeinflusst wird und ein Einschleifen erforderlich ist.

Beim Anziehen der Spanneinrichtung 31 können Biege- und/oder Torsionsmomente auftreten, die sich mitunter ungünstig auf die Spannbacken 3 bzw. die Spannköpfe 4 auswirken können. Durch derartige Momente können diese insbesondere von der ersten Referenzfläche 23 abgehoben werden, so dass eine exakte Bearbeitung des Werkstückes 10 nicht mehr gegeben ist.

Um zu verhindern, dass durch die Spanneinrichtung 31 hervorgerufene Kipp- und/oder Drehmomente auf die Spannbacken 3 bzw. die Spannköpfe 21 übertragen werden, sind in die Ansatzstücke 22 im Bereich zwischen den Spanneinrichtungen 31 bzw. 71 und den Spannköpfen 21 unterschiedlich ausgebildete Zwischenglieder 101 (Figuren 1 bis 5), 111 (Figur 6), 121 (Figur 7) und 131 (Figur 8) eingesetzt, durch die derartige Momente eliminierbar sind. Über die Zwischenglieder 101, 111, 121 bzw. 131 werden somit ausschließlich Zugkräfte auf die Spannbacken 3 bzw. die Spannköpfe 21 übertragen, ein Abheben von der ersten Referenzfläche 23 ist dadurch ausgeschlossen.

Gemäß den Figuren 1 bis 5 besteht das Zwischenglied 101 aus einem Kugelgelenk 102, das dadurch gebildet ist, dass die Ansatzstücke 22 jeweils unterteilt sind und an dem mit dem Spannkopf 21 verbundenen Teil 22a des Ansatzstückes 22 ein Koppelglied 103, das eine kugelige Anlagefläche 104 aufweist, angeformt und in das gegenüberliegende Teil 22b eine Ausnehmung 105 eingearbeitet ist, die eine entsprechend gestaltete, der Anlagefläche 104 zugeordnete Innenmantelfläche 106 aufweist. Auf das Koppelglied 103 wirkt eine Druckfeder 107 ein, die an dem Teil 22b abgestützt ist, so dass stets eine exakte Anlage der Flächen 104 und 106 aneinander gewährleistet ist. Durch einen Bolzen 108, der in Umfangsrichtung mit Spiel in in das Teil 22b eingearbeitete Bohrungen 109 gehalten ist, ist der Verdrehweg des Koppelgliedes 103 begrenzt. Außerdem ist die Trennstelle zwischen den beiden Teilen 22a und 22b durch ein Labyrinth 110 abgedichtet, das Eindringen von Verunreinigungen in das Kugelgelenk 102 ist somit nahezu ausgeschlossen.

Um das Koppelglied 103 in die Ausnehmung 105 einführen und in dieser verriegeln zu können, ist das Koppelglied 103, wie dies in Figur 4 gezeigt ist, seitlich abgeflacht ausgebildet und auf eine Breite reduziert, die kleiner bemessen ist, als die lichte Weite des Eingangsbereiches 105' der Ausnehmung 105. Nach dem Einführen des Koppelgliedes 103 in der in Figur 4 gezeigten Lage in die Ausnehmung 105 wird dieses um 90° in die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Betriebsstellung verdreht, so dass das Koppelglied 103 in der Ausnehmung 105 arretiert ist. In Figur 4 ist die Höhe des Koppelgliedes 103 strichpunktiert eingezeichnet.

Als Spanneinrichtung 71 kann jeweils auch, wie dies in Figur 5 gezeigt ist, eine Spannschraube 73 vorgesehen werden, die in eine in die Gegengewichte 8 eingearbeitete Gewindebohrung 72 eingeschraubt ist und mit einer kugelig ausgebildeten Spitze. 74 in eine in das Teil 22b des Ansatzstückes 22 eingearbeitete kegelige Bohrung 75 eingreift. Das Teil 22b, das durch die Spannschraube 73 gegen das Gegengewicht 8 gepresst wird, wird dadurch, aber auch aufgrund der zusammenwirkenden Spitze 74 der Spannschraube 73, mit der kegeligen Bohrung 75 nach links verschoben. Die dabei auftretende Zugkraft wird auf das Teil 22a des Spannkopfes 21 übertragen, so dass dieser gegen die beiden Referenzflächen 23 und 24 gepresst wird, die Schrägstellung des Teils 22b wird aber durch das Zwischenglied 101 ausgeglichen, indem in dem Kugelgelenk 102 eine Drehbewegung vorgenommen wird.

Bei der Ausgestaltung nach Figur 6 ist das Zwischenglied 111 durch eine in dem Bereich zwischen dem Spannkopf 21 und der Spanneinrichtung 31 in dem Ansatzstück 22 vorgesehene elastisch verformbare Zone 112 gebildet. In das Ansatzstück 22 ist hierbei eine umlaufende Freisparung 114 eingearbeitet, so dass ein Zwischenstück 113 in Form eines Bolzens oder einer Platte verbleibt, das eine Verformung des Ansatzstückes 22 ermöglicht. Durch die Spanneinrichtung 31 ausgelöste Kipp- und/oder Drehmomente werden somit ebenfalls nicht auf den Spannkopf 21 übertragen.

Gemäß Figur 7 besteht das Zwischenglied 121 aus einem Verbindungsbolzen 122, der in die beiden durch eine Unterteilung geschaffenen und mit seitlichem Abstand zueinander angeordneten Teile 22a' und 22b' des Ansatzstückes 22 eingesetzt ist. Mittels Querstiften 123 und 124, die in in dem Verbindungsbolzen 122 eingearbeitete umlaufende Längsnuten 125 bzw. 126 eingreifen, ist dieser verdrehbar gehalten. Durch die Spanneinrichtung 31 bedingte Momente werden somit von dem Verbindungsbolzen 122 aufgenommen, der Spannkopf 31 wird in seiner Anlage an den Referenzflächen 23 und 24 durch derartige Momente nicht beeinträchtigt.

Bei der Ausführungsvariante nach Figur 8 dient als Zwischenglied 131 ein Gewindebolzen 132, der mit seinen Enden in Gewindebohrungen 133 und 134, die in die beiden mit seitlichem Abstand zueinander angeordneten Teile 22a' und 22b' des Ansatzstückes 22 eingeschraubt ist. Mit Hilfe einer Schlüsselöffnung 125 ist der Gewindebolzen 132 einstellbar.

Da die Gewindebohrungen 133 und/oder 134 Verdrehungen des Gewindebolzens 132 ermöglichen, werden von der Spanneinrichtung 31 hervorgerufene Momente nicht auf das Teil 22a' des Ansatzstückes 22 und demnach auch nicht auf die Spannköpfe 21 übertragen.

Bei der Einspannung unterschiedlicher Werkstücke ist demnach stets eine hohe Einspanngenauigkeit gegeben.