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Mein erster Futterflansch
Ein einzeln verstellbares Vierbackenfutter stand schon länger auf meiner Liste.
Nicht, weil das vorhandene Futter grundsätzlich schlecht gewesen wäre.
Ein unabhängiges Vierbackenfutter kann aber Dinge, bei denen ein normales Dreibackenfutter schnell an seine Grenzen kommt:
- Vierkantmaterial spannen
- unregelmäßig geformte Werkstücke aufnehmen
- ein Werkstück gezielt außermittig einstellen
- Rundmaterial auf möglichst geringen Rundlauf einrichten
- und größere Durchmesser zwischen den umgedrehten Backen halten
Das neue Futter hatte 125 Millimeter Durchmesser.
Auf die Drehmaschine passte es natürlich nicht direkt.
Die Spindelnase folgt irgendeiner Emco-Werksnorm. Natürlich.
Nach meinen damaligen Recherchen handelt es sich bei der Emcomat 8.6 vermutlich um eine Emco-Werksnorm, die teilweise als KK1 bezeichnet und als ähnlich zu DIN 55026 beschrieben wird.
Die gefundenen Maßangaben waren allerdings nicht einheitlich:
Eine Quelle nannte 40 auf 41,77 Millimeter, 7,1 Millimeter Breite und einen Winkel von 7,125 Grad.
Eine andere Zeichnung zur Compact 8 nannte 41,4 −0,2 auf 42 h5, 7 +0,2 Millimeter Breite und einen Winkel von 7° 7′ 30″.
Für den Bau verließ ich mich deshalb nicht auf diese Angaben, sondern nahm die entscheidenden Maße direkt vom vorhandenen Emco-Futter und von der tatsächlichen Spindelnase ab.
Jedenfalls:
Ich brauchte einen Futterflansch.
Aluminiumreststück statt eines gekauften Flansches
Als Material verwendete ich eine Aluminiumronde aus AlMg4,5Mn.
Die Ronde hatte:
- ungefähr 130 Millimeter Durchmesser
- insgesamt zwölf Millimeter Stärke
- und war als Reststück bereits vorhanden
Zusätzlich hatte ich einen Stahlflansch für eine Myford bestellt.
Der hätte sich möglicherweise als Materialspender anpassen lassen.
Bevor ich den gekauften Stahlflansch verhunzte, wollte ich den Aufbau lieber mit dem vorhandenen Aluminiumstück ausprobieren.
Es bestand schließlich die Möglichkeit, dass die erste Version nicht funktionierte.
Oder, wie es bei Provisorien gelegentlich passiert:
Es wird mich wahrscheinlich überleben.
Maße von Spindelnase und Emco-Futter übernehmen
Die Abmessungen auf der Spindelseite nahm ich vom bereits passenden Emco-Futter und von der Spindelnase ab.
Dazu gehörten insbesondere:
- die Position der spindelseitigen Befestigungen
- die Geometrie im Bereich der Spindelnase
- und die ungefähre Lage der erforderlichen Bohrungen
Die Maße und Bohrungspositionen übertrug ich zunächst am Tisch auf die Aluminiumronde.
Das war kein vollständig konstruierter CAD-Entwurf.
Die vorhandene Maschine und das passende Originalfutter waren die Vorlage.
Aluminiumronde mit handschriftlich markierten Bohrungen und Teilkreisen
Die spindelseitigen Maße wurden vom vorhandenen Emco-Futter übernommen und zunächst direkt auf der Ronde angezeichnet.
Ein M12-Gewinde als erster Spannbehelf
In die ungefähre Mitte der Ronde schnitt ich am Bohrständer ein M12-Gewinde.
Anschließend schraubte ich die Platte auf eine M12-Gewindestange und spannte sie damit auf der Drehmaschine.
Diese Befestigung war nur ein Bearbeitungsbehelf.
Sie ermöglichte es, die Ronde auf der Emcomat zu drehen, obwohl die spätere Spindelaufnahme noch gar nicht vorhanden war.
In dieser Aufspannung wurden:
- die Teilkreise für die Spindelseite angeritzt
- der Teilkreis des neuen Vierbackenfutters markiert
- und die Aufnahme für die Spindelnase ausgedreht
Das mittige M12-Gewinde war damit kein Bestandteil der endgültigen Befestigung.
Es war der Weg, um den Flansch überhaupt erst bearbeiten zu können.
Die Aufnahme der Spindelnase
Die spindelseitige Ausnehmung musste so gefertigt werden, dass der Flansch sauber auf der vorhandenen Spindelnase sitzt.
Dieser Bereich bestimmt die grundsätzliche Lage des Flansches zur Spindel.
Eine bloße Befestigung über drei Schrauben beziehungsweise Stehbolzen wäre dafür nicht ausreichend.
Die Spindelnase übernimmt die Führung.
Die Befestigungen ziehen den Flansch anschließend an die vorgesehene Anlagefläche.
Ronde auf M12-Gewindestange während der Bearbeitung der Spindelaufnahme
Über das provisorische M12-Gewinde ließ sich die Ronde auf der Drehmaschine spannen und die Aufnahme der Spindelnase bearbeiten.
Stehbolzen auf der Spindelseite
Nach der ersten Bearbeitung auf der Drehmaschine kam die Ronde wieder an den Bohrständer.
Dort entstanden die M8-Gewinde für die spindelseitigen Stehbolzen.
Die Bolzen wurden mit Loctite 243 gesichert.
Beim Einschrauben erhielten sie eine leichte Vorspannung.
Die Überlegung dahinter war, die Schraubensicherung nicht unmittelbar in der späteren Belastungsrichtung arbeiten zu lassen.
Die Bolzen sollten bereits mechanisch anliegen und in Anzugsrichtung nicht ausschließlich vom Schraubensicherungsmittel gehalten werden.
Der Flansch wird wie das Originalfutter von der Rückseite der Spindelaufnahme mit Muttern befestigt.
Ausrichten auf der Spindel
Nach dem Einsetzen der Bolzen montierte und kontrollierte ich den Flansch auf der Emcomat.
Die Planfläche richtete ich auf höchstens ungefähr:
- 0,02 Millimeter Planlaufabweichung
ein.
Ab diesem Arbeitsschritt passte der Flansch bestimmungsgemäß auf die Spindelnase.
Damit er bei einer späteren Demontage wieder in derselben Orientierung montiert werden kann, kennzeichnete ich seine Einbaulage mit Schlagbuchstaben beziehungsweise einer Punzierung.
Der Flansch besitzt damit eine festgelegte Position zur Spindel.
Bei einer erneuten Montage muss nicht ausprobiert werden, welche der möglichen Stellungen der zuvor eingerichteten entspricht.
Flansch auf der Spindelnase mit Messuhr bei der Planlaufkontrolle
Der Flansch wurde auf der Spindel montiert und auf höchstens ungefähr 0,02 Millimeter Planlaufabweichung eingerichtet.
Die mittlere Bohrung
Nachdem der Flansch sauber auf der Maschine saß, konnte das ursprüngliche M12-Spanngewinde entfernt werden.
Die Mitte wurde auf ungefähr 21 Millimeter ausgedreht.
Der Spindeldurchlass der Emcomat beträgt ungefähr 20 Millimeter.
Mit der etwas größeren Flanschbohrung blieb der vorhandene Durchlass frei, ohne das Aluminium unnötig weit zu schwächen.
Der Zentrieransatz für das Vierbackenfutter
Auf der Futterseite erhielt der Flansch einen passenden Zentrieransatz.
Diesen bearbeitete ich unmittelbar auf der Emcomat, während der Flansch bereits an seiner späteren Position montiert war.
Dadurch entstand die Futteraufnahme mit direktem Bezug zur tatsächlichen Spindelachse.
Der Absatz wurde so angepasst, dass das Vierbackenfutter:
spielfrei saugend
darauf sitzt.
Das Futter lässt sich aufsetzen, ohne auf dem Absatz sichtbar herumzuwackeln.
Gleichzeitig musste es sich noch montieren und wieder abnehmen lassen.
Fertig gedrehter Zentrierabsatz auf der Futterseite
Der Zentrieransatz für das Vierbackenfutter wurde in montiertem Zustand auf der Emcomat angepasst.
Vier Bohrungen für das neue Futter
Das Vierbackenfutter wird über vier Schrauben mit dem Flansch verbunden.
Den entsprechenden Teilkreis ritzte ich nochmals auf der Drehmaschine an.
Bei der Teilung half eine schnell gedruckte Teilscheibe aus dem 3D-Drucker.
Die endgültigen Bohrungen entstanden anschließend am Bohrständer.
Auf der Futterseite besitzt der Flansch Durchgangsbohrungen.
Die Schrauben werden durch den Flansch geführt und mit dem Futter verbunden.
Der Flansch bleibt dauerhaft am Vierbackenfutter montiert.
Beim Futterwechsel werden Flansch und Futter daher nicht voneinander getrennt.
Die gesamte Einheit wird wie das originale Futter von der Spindel abgenommen.
Ein Futter mit fest zugehörigem Flansch
Der Flansch gehört ausschließlich zu diesem Vierbackenfutter.
Das ist absichtlich so.
Eine universelle Adapterplatte hätte zusätzliche Verbindungen, mehr Baulänge oder weitere Einstellmöglichkeiten benötigt.
Hier sollten Futter und Flansch eine feste Einheit bilden.
Der Wechsel an der Maschine erfolgt damit wie gewohnt:
- Muttern auf der Rückseite lösen.
- Vorhandenes Futter abnehmen.
- Vierbackenfutter mit seinem Flansch aufsetzen.
- In der markierten Position montieren.
- Muttern wieder anziehen.
Die Verbindung zwischen Futter und Flansch bleibt dabei unangetastet.
Spindelseite mit den drei Stehbolzen und Futterseite mit den vier Durchgangsbohrungen
Spindelseitig sitzen drei Stehbolzen. Das Vierbackenfutter wird über vier Durchgangsbohrungen dauerhaft mit dem Flansch verbunden.
Warum ein einzeln verstellbares Vierbackenfutter?
Bei einem unabhängigen Vierbackenfutter wird jede Backe einzeln verstellt.
Das dauert länger als das Spannen in einem selbstzentrierenden Dreibackenfutter.
Dafür lassen sich Werkstücke sehr gezielt einrichten.
Möglich sind unter anderem:
- Rundmaterial mit gezielt eingestelltem Rundlauf
- Vierkantmaterial
- rechteckige Werkstücke
- unregelmäßige Gussteile
- bereits bearbeitete Flächen
- absichtlich exzentrische Aufspannungen
- und Werkstücke, die in einem Dreibackenfutter nicht sinnvoll zu halten wären
Das Einrichten erfolgt je nach Werkstück mit Messuhr, Anreißlinien oder direkt über vorhandene Flächen.
Jede Backe beeinflusst dabei die gegenüberliegende Seite.
Es dauert etwas.
Dafür ist die Position nicht durch den Rundlauf eines selbstzentrierenden Futters vorgegeben.
Größerer Spannbereich und umkehrbare Backen
Das neue Futter bietet gegenüber meinem bisherigen Aufbau außerdem:
- einen größeren Spanndurchmesser
- umkehrbare Backen
- und mehr Platz für unförmige Werkstücke
Gerade die umkehrbaren Backen erweitern den nutzbaren Durchmesser deutlich.
Der Gewinn besteht damit nicht nur in der unabhängigen Verstellung.
Auch die Größe des Futters selbst eröffnet neue Möglichkeiten.
Die dünne Aluminiumronde
Die Materialstärke führte im Forum zu berechtigten Einwänden.
Die Ronde ist insgesamt nur zwölf Millimeter stark.
Im Bereich des äußeren Rings bleiben durch den bearbeiteten Absatz stellenweise nur ungefähr sieben Millimeter Material übrig.
Das ist nicht üppig.
Zu berücksichtigen sind dort insbesondere:
- das Gewicht des Futters
- das eingespannte Werkstück
- die Schnittkräfte
- und mögliche elastische Verformungen
Die Befestigungsschrauben und Unterlegscheiben wurden deshalb so gewählt, dass sie rückseitig teilweise noch in den stärkeren Bereich der Ronde hineinragen beziehungsweise dort aufliegen.
Damit wird die Belastung nicht ausschließlich in den dünnsten äußeren Ring eingeleitet.
Nahaufnahme des Flansches mit markierten sieben und zwölf Millimetern Materialstärke
Der Flansch ist insgesamt zwölf Millimeter stark. Im äußeren Ring bleiben stellenweise nur ungefähr sieben Millimeter Material.
Hält es oder biegt es?
Dass der Flansch nicht sofort bricht, war mir eigentlich klar.
Das war aber nicht die einzige Frage.
Bei einer Futteraufnahme spielt auch die Steifigkeit eine Rolle.
Eine elastische Verformung könnte sich bemerkbar machen durch:
- Schwingungen
- veränderten Planlauf unter Belastung
- schlechtere Oberflächen
- oder eine generell unerwünscht nachgiebige Verbindung zwischen Futter und Spindel
Im Forum gab es dazu unterschiedliche Einschätzungen.
Ein Teil der Diskussion sah zwölf Millimeter Aluminium für die kleine Emcomat als ausreichend an.
Andere wiesen darauf hin, dass besonders der nur ungefähr sieben Millimeter starke Außenring vermeidbar nachgiebig sein könnte.
Beide Überlegungen sind nachvollziehbar.
Der Flansch war bewusst als erster Versuch aus vorhandenem Material entstanden.
Eine gemessene Verformung oder ein belastbarer Vergleich mit einem dickeren Stahlflansch ist im ursprünglichen Thread nicht dokumentiert.
Aluminium oder Stahl?
Ein Stahlflansch wäre bei gleicher Geometrie steifer.
Er wäre außerdem schwerer und auf der kleinen Maschine etwas aufwendiger zu bearbeiten gewesen.
Die Aluminiumronde hatte für den ersten Versuch mehrere Vorteile:
- Das Material war vorhanden.
- Die Bearbeitung war auf der kleinen Maschine leichter.
- Fehler wären weniger ärgerlich gewesen.
- Der gekaufte Stahlflansch blieb als Reserve erhalten.
- Das Prinzip konnte zunächst praktisch erprobt werden.
Für eine spätere endgültige Ausführung wäre ein stärkerer Aluminium- oder Stahlflansch denkbar.
Ob das notwendig ist, hängt vom Verhalten im tatsächlichen Betrieb ab.
Was beim Bau gut funktioniert hat
Der grundsätzliche Fertigungsweg war mit meinen vorhandenen Möglichkeiten erstaunlich geradlinig:
- Maße vom Originalfutter übernehmen.
- M12-Hilfsgewinde herstellen.
- Ronde über die Gewindestange aufspannen.
- Spindelaufnahme bearbeiten.
- Stehbolzen einsetzen.
- Flansch auf der Maschine ausrichten.
- Einbaulage markieren.
- Mittlere Bohrung ausdrehen.
- Futteransatz in montiertem Zustand herstellen.
- Teilkreis markieren und Bohrungen setzen.
- Vierbackenfutter dauerhaft montieren.
Besonders wichtig war, die entscheidenden Passflächen auf der Maschine selbst zu bearbeiten.
Damit beziehen sie sich unmittelbar auf die vorhandene Spindelachse.
Was ich heute anders machen würde
Stärkeres Material verwenden
Bei einem Neubau würde ich wahrscheinlich eine stärkere Ronde wählen.
Nicht unbedingt, weil die dokumentierte Ausführung offensichtlich versagt hätte.
Ein stärkerer Flansch würde die Bedenken über den nur ungefähr sieben Millimeter starken Außenring allerdings von vornherein erledigen.
Die Teilkreise sauberer konstruieren
Die Teilkreise wurden angeritzt und mithilfe einer gedruckten Teilscheibe eingeteilt.
Das funktionierte.
Mit einem sauber konstruierten Bohrbild, einer Schablone oder einer richtigen Teilvorrichtung ließen sich die Positionen noch eindeutiger übertragen.
Den Stahlflansch als endgültige Lösung prüfen
Der vorhandene Myford-Stahlflansch blieb als möglicher Materialspender liegen.
Sollte sich die Aluminiumversion im Betrieb als zu nachgiebig erweisen, wäre er ein Kandidat für eine zweite Ausführung.
Dafür müsste zunächst geprüft werden, ob Durchmesser und Materialstärke ausreichend zur Emcomat und zum Futter passen.
Belastung und Planlauf dokumentieren
Der Planlauf des unbelasteten Flansches wurde beim Bau kontrolliert.
Interessant wären zusätzlich:
- der Planlauf mit montiertem Futter
- der Rundlauf eines eingespannten Prüfdorns
- das Verhalten bei unterschiedlichen Werkstückgewichten
- und ein Vergleich vor und nach kräftigerer Bearbeitung
Diese Werte wurden im ursprünglichen Thread nicht dokumentiert.
Aktuell dokumentierter Stand
Zum Abschluss des ursprünglichen Threads war das Vierbackenfutter vollständig montiert und einsatzbereit.
Bestätigt waren:
- Der Flansch passt auf die Spindelnase.
- Die Planlaufabweichung der spindelseitigen Planfläche wurde auf höchstens ungefähr 0,02 Millimeter eingerichtet.
- Die Einbaulage wurde markiert.
- Der Spindeldurchlass bleibt durch eine ungefähr 21 Millimeter große Bohrung frei.
- Der Zentrieransatz passt ohne wahrnehmbares Spiel zum neuen Futter.
- Das Futter ist dauerhaft mit dem Flansch verbunden.
- Die gesamte Einheit kann wie das Originalfutter an der Emcomat montiert werden.
Nicht langfristig dokumentiert sind:
- die Steifigkeit unter hohen Belastungen
- eine mögliche elastische Verformung des dünnen Außenrings
- und der Zustand nach längerer Benutzung
Diese Punkte bleiben deshalb Beobachtungen für den Betrieb und keine bereits bestätigten Ergebnisse.
Rückblick
Der Futterflansch entstand aus einer vorhandenen Aluminiumronde, einem Bohrständer und der Emcomat selbst.
Zunächst wurde ein M12-Gewinde benötigt, nur um das eigentliche Bauteil überhaupt auf der Maschine spannen zu können.
Danach fertigte die Emcomat schrittweise jene Flächen, über die das neue Futter später mit ihrer eigenen Spindel verbunden wurde.
Am Ende standen:
- drei spindelseitige Stehbolzen
- vier futterseitige Befestigungsbohrungen
- eine angepasste Spindelaufnahme
- ein spielfrei sitzender Zentrieransatz
- und ein 125-Millimeter-Vierbackenfutter
Der Flansch ist dünner, als ich ihn bei völlig freier Materialwahl heute bauen würde.
Er entstand aber aus dem, was vorhanden war, und erfüllte im dokumentierten Zustand seine Aufgabe.
Aus einem Reststück wurde damit die Verbindung zu einem Werkzeug, das die Möglichkeiten der Emcomat deutlich erweitert.
Bildgalerie
Forumsdiskussion
Der ursprüngliche Bau und die Diskussion über Materialstärke, Teilkreise und die Aluminiumkonstruktion sind im Forum dokumentiert:
Forumsdiskussion: Futterflansch für ein 125-mm-Vierbackenfutter
Dieser Beitrag beschreibt meinen konkreten Flansch und den dokumentierten Fertigungsweg. Ein Drehfutter ist ein rotierendes, schweres Maschinenteil. Material, Befestigungen, Passungen, Auswuchtung, zulässige Drehzahl und Zustand müssen für den jeweiligen Aufbau eigenständig beurteilt werden. Bei Zweifeln darf der Flansch nicht verwendet werden.
Wie würdest du den Flansch bauen?
12 mm Alu haben im dokumentierten Aufbau funktioniert. Der stellenweise nur ungefähr sieben Millimeter starke Außenring bleibt trotzdem der Punkt, über den man diskutieren kann.
Hast du selbst einen Futterflansch aus Aluminium gebaut, bewusst Stahl verwendet oder die Steifigkeit unter Belastung gemessen?
Besonders interessieren mich praktische Erfahrungen mit dünnen Flanschen an kleinen Drehmaschinen. Andere Ansätze, Fragen, Langzeiterfahrungen oder begründete Kritik sind in den Kommentaren ausdrücklich willkommen.
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