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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Druckluftspannfutter
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
Druckluftspannfutter zum Ergreifen eines Werkstücks über eine Vielzahl von Klauenkomponenten,
die mit Hilfe von Luftdruck geöffnet
und geschlossen werden, ist bekannt. Beispielsweise beschreibt die
japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung
JP 30 23 095 U ein
Druckluftspannfutter dieser Art, bei dem ein Paar paralleler Kolbenstangen,
die sich mit Hilfe von Luftdruck synchron zueinander in entgegengesetzten
Richtungen erstrecken bzw. zusammenziehen, in einem Gehäuse mit
rechteckiger parallelepipedförmiger
Gestalt vorgesehen ist, wobei eine Klauenkomponente an der Spitze
jeder der Kolbenstangen angebracht ist, die von Endflächen der gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses
vorstehen, und wobei ein Werkstück
durch das Paar von Klauenkomponenten, die entsprechend der Ausstreckung
bzw. Zusammenziehung der Kolbenstangen geöffnet und geschlossen werden,
ergriffen wird. Bei dem Druckluftspannfutter ist zur sanften Öff nungs/Schließbetätigung der
Klauenkomponenten ein Paar von Führungsstangen,
die sich über
einen Zahnstangenmechanismus in entgegengesetzten Richtungen synchron
ausdehnen bzw. zusammenziehen, in dem Gehäuse angebracht, wobei die Spitzen
der Führungsstangen
mit den Klauenkomponenten verbunden sind und wobei die Öffnungs/Schließbetätigung der
Klauenkomponenten durch die Führungsstangen
geführt
wird.
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Da
der Abstand zwischen den Klauenkomponenten, der Öffnungs/Schließhub, und
dgl. auf relativ große
Werte eingestellt sind, hat das Druckluftspannfutter den Vorteil,
dass Werkstücke
mit unterschiedlichen Größen sicher
gegriffen werden können.
Obwohl das Druckluftspannfutter Werkstücke unterschiedlicher Größen ergreifen
kann, kann das Druckluftspannfutter die Größe eines gegriffenen Werkstückes nicht
erkennen. Dementsprechend kann das Druckluftspannfutter Werkstücke unterschiedlicher
Größen anhand
ihrer Größen nicht
selektieren und das Werkstück
nicht zentrieren.
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Wenn
ein Öffnungs/Schließhub der
Klauenkomponenten über
elektrische oder magnetische Einrichtungen gemessen wird, kann die
Größe eines Werkstücks erfasst
werden. Wenn derartige Messeinrichtungen zusammengesetzt werden,
wird jedoch der Aufbau des Spannfutters kompliziert und die Größe vergrößert.
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So
ist es aus der
DE
198 01 091 A1 grundsätzlich
bekannt, zur Erfassung des Hubes eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders
eine magnetische Skala zu verwenden, die von einem Sensor abgetastet
wird. Dieses grundsätzliche
Messprinzip ist bereits in der
DE 36 03 565 A1 beschrieben. Die magnetische
Skala ist hierbei an der Kolbenstange vorgesehen, so dass sie zwangsläufig mit
dem Antriebsfluid in Verbindung tritt. Dies führt zu Verschmutzungen der
Skala, so dass die Genauigkeit der Positionserfassung beeinträchtigt wird.
Die Sensoreinheit ist zudem in einem gesonderten Gehäuse im Anschluss
an den Zylinder angeordnet, wobei dieses Gehäuse ebenfalls von der Kolbenstange
durchtreten wird. Bei einem symmetrisch aufgebauten Druckspannfutter würde dies
eine entsprechende Verlängerung
an der gegenüberliegenden
Endseite des Gehäuses
erforderlich machen, so dass das Druckluftspannfutter unnötig vergrößert würde.
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In
der
US 4,484,391 ist
ein magnetischer Detektor beschrieben, bei dem ein Detektionselement an
einem in einer Zylinderöffnung
gleitenden kolbenartigen Element mit einer zentralen Öffnung angeordnet
ist. In der zentralen Öffnung
ist eine Stange mit einer magnetischen Skala aufgenommen, welche
an dem Detektorgehäuse
fixiert ist, so dass das Detektionselement mit dem kolbenartigen
Element an der magnetischen Skala entlang gleitet, um den Kolbenhub
zu messen. Dieser Aufbau des Detektors ist kompliziert und erfordert
das Vorsehen einer gesonderten Stange für die magnetische Skala.
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Beschreibung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Druckluftspannfutter mit einfacher rationeller
Gestalt vorzuschlagen, das in der Lage ist, die Größe eines
gegriffenen Werkstücks
zu messen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung
ein Druckluftspannfutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Das
erfindungsgemäße Druckluftspannfutter mit
dem obigen Aufbau kann die Größe eines
durch das Paar von Klauenelementen gegriffenen Werkstückes messen,
indem die magnetische Skala an der Führungsstange, die zusammen
mit den Klauenkomponenten gleitet, über eine Sensoreinheit abgelesen werden.
Durch Greifen eines Werkstücks
an einer Vielzahl von Orten und Messen der Dimension an den gegriffenen
Positionen, kann auch die Gestalt des Werkstückes ermittelt werden.
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Wenn
das Druckluftspannfutter mit dem Größenmessmechanismus ausgestattet
ist, indem die magnetische Skala an der Führungsstange als Führugnsmittel,
das die Öffnungsschließbewegung
der Klauenkomponenten sanft macht, vorgesehen wird, wird die Führungsstange
als Teil des Dimensionsmessmechanismus verwendet, so dass es nicht
notwendig ist, eine separate Stange vorzusehen, die die magnetische
Skala aufweist. Dementsprechend kann das Druckluftspannfutter mit
Dimensionsmessmechanismus sehr einfach und mit rationeller Gestalt ausgebildet
werden. Außerdem
wird eine Vergrößerung des
Druckluftspannfutters durch das Anbringen des Dimensionsmessmechanismus
verhindert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat das Gehäuse eine
im Wesentlichen rechteckige parallelepipedförmige Gestalt. Das Paar von
Führungsstangen
und das Paar von Kolben und Kolbenstangen sind in oberen bzw. unteren
Abschnitten in dem Gehäuse
vorgesehen. Die obere Fläche des
Gehäuses
dient als Befestigungsfläche
zur Anbringung an einem Roboterarm. Die Sensoreinheit wird an der
Seitenfläche
des Gehäuses
an einer der Führungsstange
mit der magnetischen Skala entsprechenden Stelle an einer Höhe angebracht,
an der die Sensoreinheit nicht von der oberen Fläche des Gehäuses nach oben vorsteht.
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Dementsprechend
kann der Dimensionsmessmechanismus einfach an dem Druckluftspannfutter
angebracht werden, ohne ein bekanntes Spannfutter wesentlich zu
modifizieren und ohne beim Anbringen des Druckluftspannfutters an
einem Roboterarm Probleme hinsichtlich einer Behinderung durch die
Sensoreinheit hervorzurufen.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoreinheit einen
Lesekopf mit einem Sensor zum Ablesen der magnetischen Skala in
einem Sensorgehäuse
und eine Verstärkungseinheit
mit einem Verstärkungsschaltkreis
zur Verstärkung
eines Lesesignals von dem Lesekopf in einem Verstärkungsgehäuse auf.
Der oben genannte Lesekopf ist an einer in dem Gehäuse ausgebildeten Kopfbefestigungsöffnung angebracht.
Die Verstärkungseinheit
ist in dem Gehäuse
angebracht, um den gesamten Lesekopf abzudecken, wobei zwischen dem
Verstärkungsgehäuse und
dem Gehäuse
eine wasserdichte Dichtung vorgesehen ist.
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Durch
derartige Anbringung der Sensoreinheit an dem Gehäuse wird
der Lesekopf durch das Verstärkungsgehäuse und
die wasserdichte Dichtung vollständig
vor Feuchtigkeit geschützt.
Dementsprechend wird auch dann, wenn das Druckluftspannfutter in
einer sehr feuchten Umgebung verwendet wird, das Eindringen von
Feuchtigkeit in den Lesekopf und eine dadurch bewirkte negative
Beeinflussung der Messung verhindert. Dadurch kann eine hohe Maßgenauigkeit
beibehalten werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckluftspannfutters,
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2 eine
Draufsicht auf das Druckluftspannfutter gemäß 1,
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3 eine
Seitenansicht des Druckluftspannfutters gemäß 1,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 2,
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5 einen
Schnitt entlang der Linie B-B in 1,
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6 ein
Wellendiagramm eines zweiphasigen Signals, das von einem Lesekopf
ausgegeben wird, und
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7 ein
Wellendiagramm eines Pulssignals, das von einer Verstärkungseinheit
ausgegeben wird.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Wie
in den 1 bis 5 dargestellt ist, weist ein
erfindungsgemäßes Druckluftspannfutter ein
Gehäuse 1 mit
im Wesentlichen rechteckiger parallelepipedförmiger Gestalt auf. Die in 1 obere Fläche des
Gehäuses 1 dient
als Befestigungsfläche 1a,
die zur Befestigung an einem Roboterarm im Wesentlichen flach ausgebildet
ist. Gewindelöcher 1b zur
Befestigung sind an den vier Ecken der Befestigungsfläche vorgesehen.
In der Darstellung gemäß 4 ist
in dem Gehäuse 1 ein
Paar von rechten und linken zylindrischen Löchern 2a und 2b vorgesehen, die
sich parallel zueinander in dem unteren Bereich des Gehäuses 1 erstrecken,
und ein Paar rechter und linker Führungsöffnungen 3a und 3b,
die in dem oberen Bereich des Gehäuses 1 vorgesehen
sind.
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Kolben 5a und 5b (5b nicht
dargestellt) sind gleitend in den zylindrischen Öffnungen 2a bzw. 2b aufgenommen.
Kolbenstangen 6a und 6b, die integral mit dem
Kolben 5a und 5b verbunden sind, sind so vorgesehen,
dass ihre als Spitzen bezichneten freien Enden von den gegenüberliegenden
Endflächen
des Gehäuses 1 durch
die zylindrischen Löcher 2a und 2b vorstehen.
Klauenkomponenten 7a und 7b zum Ergreifen eines
Werkstücks
sind einzeln an den Spitzen der Kolbenstangen 6a bzw. 6b angebracht.
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Eine
erste Druckkammer 10a an der Spitzenseite der Kolbenstangen 6a und 6b und
eine zweite Druckkammer 10b an der näherliegenden Seite der Kolbenstangen 6a und 6b sind
zwischen den Kolben 5a und 5b in den zylindrischen Öffnungen 2a und 2b und
an beiden Enden der zylindrischen Öffnungen 2a bzw. 2b vorgesehenen
Dichtungselementen 9, 9 ausgebildet. Die ersten
Druckkammern 10a, 10a in den beiden zylindrischen Öffnungen 2a und 2b stehen gemeinsam
mit einem ersten Anschluss 11a in Verbindung, der sich
an einer Seitenfläche
des Gehäuses 1 öffnet. Die
zweiten Druckkammern 10b, 10b stehen gemeinsam
mit einer zweiten Öffnung 11b in Verbindung.
Die Kolbenstangen 6a und 6b durchtreten über wasserdichte
Dichtungselemente 9a gleitend die Dichtungselemente 9.
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Wenn
unter Druck stehende Luft von der zweiten Öffnung 11b zu den
zweiten Druckkammern 10b, 10b der beiden zylindrischen Öffnungen 2a und 2b zugeführt wird,
wie es in den Diagrammen dargestellt ist, gleiten die beiden Kolben 5a und 5b in
gegenüberliegenden
Richtungen zu den ersten Druckkammern 10a, 10a.
Dementsprechend bewegen sich die beiden Kolbenstangen 6a und 6b vorwärts und der
Abstand zwischen dem Paar von Klauenelementen 7a und 7b wird
vergrößert. Wenn
dagegen Druckluft von der ersten Öffnung 11a zu den
ersten Druckkammern 10a, 10a zugeführt wird,
gleiten die beiden Kolben 5a und 5b in entgegengesetzten
Richtungen zu den zweiten Druckkammern 10b bzw. 10b,
die beiden Kolbenstangen 6a und 6b bewegen sich
rückwärts und
der Abstand zwischen dem Paar von Klauenelementen 7a und 7b wird
verringert. Dementsprechend kann ein Werkstück zwischen den Klauenkomponenten 7a und 7b eingeklemmt
werden. Hierbei sind an ein Werkstück angepasste Anlageelemente an
den Klauenkomponenten 7a und 7b angebracht, und
das Werkstück
wird über
die Anlageelemente ergriffen.
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Führungsstangen 13a und 13b,
die eine Führungseinrichtung
für eine
sanftere Öffnungs-
und Schließbetätigung der
Klauenkomponenten 7a und 7b bilden, sind gleitend
in die beiden Führungsöffnungen 3a bzw. 3b eingesetzt,
wobei die Spitzen der Führungsstangen 13a und 13b von
gegenüberliegenden
Enden des Gehäuses 1 vorstehen.
Die Spitzen der Führungsstange 13a und 13b sind
mit den Klauenkomponenten 7a und 7b verbunden.
An beiden Enden der Führungslöcher 3a und 3b ist
eine Staubdichtung 14, die hermetisch abgedichtet gleitend
um jede der Führungsstangen 13a und 13b angebracht
ist, und ein Lagerelement 17 vorgesehen. Die Staubdichtung 14 verhindert
das Eintreten von Staub und anderen Fremdkörpern in die Führungslöcher 3a und 3b.
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In
einem mittleren Abschnitt jeder der beiden Führungsstangen 13a und 13b sind
teilweise Zahnstangen 15 vorgesehen. Die Zahnstangen 15, 15 kämmen mit
einem gemeinsamen Zahnrad 16, das drehbar an einer Stelle
zwischen den beiden Führungsstangen 13a und 13b in
dem Gehäuse 1 vorgesehen
ist. Durch den Zahnstangenmechanismus gleiten die beiden Führungsstangen 13a und 13b synchron
in entgegengesetzten Richtungen. Indem sie durch die Führungsstangen 13a und 13b geführt werden,
können
die beiden Klauenkomponenten 7a und 7b sanft geöffnet und
geschlossen werden.
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An
einer Seitenfläche
der Führungsstange 13b als
einer der beiden Führungsstangen 13a und 13b ist
eine magnetische Skala 18 ausgebildet, die durch abwechselndes
Anordnen magnetischer Abschnitte und nicht magnetischer Abschnitte
in einem festgelegten Abstand (bspw. einem Abstand (pitch) von 0,8
mm) über
einen Teilbereich in Axialrichtung der Stange angebracht sind. An
einer Seitenfläche des
Gehäuses 1 ist
eine Sensoreinheit 20 zum Ablesen der magnetischen Skala 18 angebracht.
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Die
Sensoreinheit 20 weist einen Lesekopf 21 und eine
Verstärkungseinheit 22 auf.
Der Lesekopf 21 wird durch Befestigen eines Sensors 24 zum Ablesen
der magnetischen Skala 18 in einem Sensorgehäuse 23 gebildet.
Ein Magnetoresistenzelement, dessen elektrischer Widerstandswert
sich entsprechend einer magnetischen Kraft ändert, wird vorzugsweise als
Sensor 24 verwendet. Die Verstärkungseinheit 22 weist
in einem Verstärkungsgehäuse 25,
das eine ringförmige
Kappenform besitzt, einen Signalverarbeitungsschaltkreis 26 mit
einem Verstärkungsschaltkreis
zur Verstärkung
eines Lesesignals von dem Lesekopf 21 und einen Teilungsschaltkreis zum
Aufteilen des verstärkten
Signals auf. Der Lesekopf 21 und die Ver stärkungseinheit 22 sind
miteinander über
einen Leitungsdraht (nicht dargestellt) verbunden.
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Die
Sensoreinheit 20 ist an einer Seitenfläche des Gehäuses 1 auf folgende
Weise angebracht. In einem Kopfbefestigungsloch 28, das
sich an der Seitenfläche
des Gehäuses 1 öffnet, wird
der Lesekopf 21 so angebracht, dass der Sensor 24 nahe
der magnetischen Skala 18 der Führungsstange 13a angeordnet
ist. Der gesamte Lesekopf 21 ist vollständig von dem Verstärkungsgehäuse 25 der
Verstärkungseinheit 22 abgedeckt.
In einem Zustand, in dem eine wasserdichte Dichtung 29 zwischen
dem Gehäuse 1 und
dem Umfang des Lesekopfes 21 vorgesehen ist, wird die Sensoreinheit 20 in
eine Stufe 30 eingesetzt, die in der Seitenfläche des
Gehäuses 1 ausgebildet ist,
und über
geeignete Mittel, bspw. Schrauben, an dem Gehäuse 1 befestigt. Durch
Anbringen der Sensoreinheit 20 an dem Gehäuse 1 in
der oben beschriebenen Weise kann der Lesekopf 21 durch
den Verstärkungskasten 25 und
die wasserdichte Dichtung 29 vollständig vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Dementsprechend wird auch dann, wenn das Druckluftspannfutter in
einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit eingesetzt wird, das Eintreten
von Feuchtigkeit, die einen negativen Einfluss auf die Messung hat,
in den Lesekopf 21 verhindert. Dadurch kann eine hohe Messgenauigkeit
erreicht werden.
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Die
Sensoreinheit 20 wird an einer Höhe angebracht, an der die Sensoreinheit 20 nicht
von der oberen Fläche
des Gehäuses,
die als Befestigungsfläche 1a für den Roboterarm
dient, vorsteht. Dies verhindert, dass die Einheit 20 die
Befestigung des Druckluftspannfutters an einem Roboterarm behindert.
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Die
Sensoreinheit 20 liest den Bewegungshub der Führungsstange 13b (d.h.
den Öffnungs/Schließhub der
Klauenkomponenten 7a und 7b) von der magnetischen
Skala 18 ab und gibt den Hub als Pulssignal aus. Insbesondere,
wenn die beiden Klauenkomponen ten 7a und 7b geöffnet/geschlossen
und die Führungsstange 13b mit
der magnetischen Skala 18 bewegt werden, liest der Lesekopf 21 die
magnetische Skala 18 ab und gibt ein zweiphasiges Signal
einer A-Phase und einer B-Phase mit Sinus- und Kosinuswellenformen
aus, wie es in 6 gezeigt ist. Die Wellenformen
einer Periode entsprechen einem Abstand auf der magnetischen Skala 18.
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Das
Signal wird durch die Verstärkungseinheit 22 verstärkt und
in eine Vielzahl von Pulsen unterteilt. Ein Pulssignal, wie es in 7 dargestellt
ist, wird von der Verstärkungseinheit 22 zu
einer nicht dargestellten Steuerung ausgegeben. Durch Zählen der
Pulse über
einen Zähler
kann die Position der Führungsstange 13b (d.h.
die Position der Klauenkomponenten 7a und 7b)
festgestellt und auf der Basis dieser Position die Größe des von
den beiden Klauenkomponenten 7a und 7b ergriffenen
Werkstückes
gemessen werden.
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Beispielsweise
wird in einem Fall, in dem die magnetische Skala 18 auf
eine 0,8 mm Abstand kalibriert ist, bei einer Verstärkung und
Aufteilung in 1/8 eines Signal von dem Lesekopf 21 ein
Pulssignal mit einer Phasendifferenz von 90° für 0,1 mm/Puls ausgegeben. Dementsprechend
kann die Größe des Werkstücks mit
einer Auflösung
von 0,1 mm gemessen werden. Wenn das Signal in 1/20 aufgeteilt wird, kann
die Größe des Werkstücks mit
einer hohen Auflösung
von 0,04 gemessen werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann das Druckluftspannfutter die Größe eines
von dem Paar von Klauenelementen ergriffenen Werkstücks über die
Sensoreinheit durch Ablesen der magnetischen Skala an der Führungsstange,
die zusammen mit den Klauenkomponenten gleitet, messen.
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Wenn
der Dimensionsmessmechanismus an dem Druckluftspannfutter angebracht
wird, indem die Führungsstange
als Führungsmittel, das über eine sanfte Öffnungs/Schließbetätigung der
Klauenkomponenten sorgt, mit der magnetischen Skala ausgestattet
wird, wird die Führungsstange
als Teil des Dimensionsmessmechanismus verwendet, so dass eine gesonderte
Stange für
die magnetische Skala nicht vorgesehen sein muss. Dementsprechend
kann das Druckluftspannfutter mit Dimensionsmessmechanismus sehr
einfach und mit rationeller Gestalt aufgebaut werden. Außerdem kann
eine Vergrößerung des
Druckluftspannfutters durch Anbringen des Dimensionsmessmechanismus
verhindert werden.