DE10013612B4 - Einrichtung zur Strom- und Datenübertragung an Maschinenwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Stromversorgung und Datenübertragung an rotierenden Maschinenwerkzeugen mit einem Stator zur telemetrischen Einspeisung von Elektroenergie und Daten für die im Werkzeug integrierten Verbraucher mit aktorischen oder sensorischen Funktionen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
– der Stator (1; 2) ist in seiner spindelartigen Aufnahme in verschiedene Kontaktstellungen zum Rotor (1; 2) radial schwenkbar ausgeführt;
– der Stator (1; 2) ist mit mehreren Telemetriespuren (3; 4) von unterschiedlicher Breite und Leistungsfähigkeit ausgestattet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stromversorgung und Datenübertragung an rotierenden Maschinenwerkzeugen, mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Einrichtungen zur Energie- und Datenübertragung an Maschinen und Messeinrichtungen sind in unterschiedlichen Konstruktionsvarianten bekannt und finden beispielsweise für die Übertragung von Drehmomenten, Kräften, Drücken und Drehzahlen, in Prüfständen, Getrieben und Motoren Anwendung ( DE 4229569 ; DE2846583 ).
• Diese Einrichtungen sind in ihren konstruktiven Eigenheiten für die Strom- und Datenübertragung an in die Werkzeugaufnahmespindel von Werkzeugmaschinen eingesetzten Maschinenwerkzeugen nicht bestimmt und auch nicht gut geeignet, weil hierbei durch die gegebenen Platzverhältnisse die Anordnung und Auslegung von Stator und Rotor problematisch ist. Die technische Ausführung der Übertragungseinheit erfolgt bei diesen Systemen durch einen 360° erfassenden Ringübertrager, der im Gehäuseinnern platziert ist und schon aus diesen Gründen für rotierende Spanungswerkzeuge mit Werkzeuggreifersystemen mit dem hier erforderlichen Wirkungsgrad bei der Energieübertragung und maximal möglicher Drehzahlfestigkeit des Werkzeuges nicht in Betracht kommt.
• Auch die telemetrische Energieübertragung für den Einsatz in Maschinenwerkzeugen oder Werkzeugköpfen, beispielsweise für die Gestaltung des Positionierantriebes von mechatronischen Werkzeugen, wurde bereits in Vorschlag gebracht, wobei diese Konstruktion ebenfalls für eine Anwendung unmittelbar am Werkzeug nur wenig vorteilhaft einsetzbar ist ( DE 29624296 ).
• Bei der Schaffung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Energieversorgung und Datenübertragung an rotierenden Maschinenwerkzeugen wurde von verschiedenen technischen Gegebenheiten ausgegangen, wie die folgenden Darstellungen zeigen mögen.
• Bekannte Einrichtungen der in Betracht stehenden Art sind gewöhnlich am Maschinengehäuse angeordnet, zur Werkzeugaufnahmespindel zum Zwecke der axialen oder radialen Abtastung parallel und achsgerecht ausgelegt und realisieren über einen Stator die telemetrische, permanente Energieeinspeisung in das Werkzeug. Damit wird die Energie für den Betrieb der in das Werkzeug integrierten Sensoren oder/und Aktoren sowie der notwendigen Elektronik bereitgestellt. Über diese Schnittstelle erfolgt ebenso der Datenaustausch, der wie gewöhnlich auch bidirektional vorgenommen werden kann. Der Stator als feststehendes Element der Telemetrieübertragungseinheit arbeitet in bekannter Weise mit einem entsprechend ausgelegten, eine Transformatorspur tragenden, in das Maschinenwerkzeug integrierten und damit umlaufenden Rotor zusammen. Der ringförmige, in das Werkzeug integrierte Rotor ist hierbei zweckdienlicherweise dem Werkzeugaufnahmeteil, z.B. einem Hohlschaftkegel, unmittelbar benachbart, d.h. axial vor dessen Anlagebund angeordnet, um die Auskraglänge des Werkzeuges so kurz wie möglich zu halten.
• Da andererseits auch aus anderen funktionalen Gründen anzustreben ist, den Werkzeugdurchmesser so klein wie möglich zu machen, kommt es darauf an, die in den Rotor des Werkzeuges integrierte Telemetriespur als Ausdruck des jeweiligen Leistungsbedarfs dem Leistungsübertragenden Stator effektiv anzupassen.
• Die hierzu praktizierte Lösung stellt sich verschiedentlich als unzweckmäßig bzw. unvollkommen dar, weil die Übertragung von jeweils unterschiedlich groß bemessenen Leistungsbereichen wegen der damit verbundenen Anpassung und Verbreiterung der übertragenen Telemetriespur des Stators auch am ringförmigen Rotor zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Werkzeugdurchmessers führt. Das ist aus verschiedenen Gründen, insbesondere schon wegen der erhöhten Belastung des Werkzeuges durch die wirksamen Fliehkräfte und des Aufwand-Nutzensverhältnisses zwischen dem jeweiligen Leistungsbedarf und den Kosten für die Bereitstellung der erforderlichen Telemetriespur im Rotor des Werkzeuges nachteilig.
• Ausgehend von diesen Umständen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs bezeichneten Art zu entwickeln, die es ermöglicht, auf einer Maschine mit automatischen Werkzeugwechsel unterschiedlich groß bemessene Werkzeuge und zugleich solche mit unterschiedlich großen Leistungsbedarf für die Werkzeugsensorik und/oder Werkzeugaktorik einsetzen zu können, indem vorteilhafterweise durch den Stator zwei bzw. mehrere Leistungsbereiche abgedeckt werden sollten.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Dabei wird vorgeschlagen, den Stator mit jeweils zwei oder gegebenenfalls mehreren unterschiedlich ausgelegten Telemetriespuren für einen unterschiedlichen Leistungsbedarf auszulegen und bei jeweiligem Bedarf den Stator in mehrere Kontaktstellungen zum Rotor zu bringen. Er ist dazu in seiner spindelartigen Aufnahme in mehreren Stelllagen schwenkbar, wobei der Schwenkmechanismus in Abhängigkeit des jeweiligen, in die Maschinenspindel einzuwechselnden Werkzeuges und dessen Rotor durch die NC-Steuerung der Maschine erfolgen sollte.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Darstellung gezeigten Ausführungsbeispieles kurz erläutert.
• Es zeigen
• 1 eine Vorderansicht auf ein rotierendes Maschinenwerkzeug mit einer üblichen Werkzeugaufnahme für die Maschinenspindel und mit in Wirkstellung stehender erfindungsgemäßen Einrichtung zur Stromversorgung und Datenübertragung an rotierenden Werkzeugen;
• 2 eine Vorderansicht gemäß 1, jedoch mit einem Werkzeug für größere Arbeitsdurchmesser und breiterer Telemetriespur;
• 3 die Draufsicht auf einen Stator mit zwei unterschiedlich ausgelegten Telemetriespuren.
• Die in der Zeichnung veranschaulichte Einrichtung zur Stromversorgung und Datenübertragung an rotierenden Maschinenwerkzeugen besteht im Wesentlichen aus einem Stator 1; 2 mit je einer in Größe und/oder Leistungsfähigkeit unterschiedlichen Telemetriespur 3; 4 sowie aus einem, dem Maschinenwerkzeug 5; 6 zugehörigen Rotor 7; 8 mit entsprechend angemessenen Telemetriespuren 9; 10, die in bekannter Weise miteinander zu kommunizieren vermögen.
• Der Stator 1; 2 ist nach der Erfindung in einer spindelartig ausgeführten Aufnahme 11; 12 schwenkbar gehalten, um in mehrere, z.B. in zwei, Kontaktstellungen zum Rotor 7; 8 eingeschwenkt werden zu können, wie das die 1 und 2 veranschaulichen. Das rotierende Maschinenwerkzeug 5; 6 ist wie üblich in der Maschinenspindel 13; 14 mit Hilfe eines Hohlschaftkegels aufgenommen.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Stromversorgung und Datenübertragung an rotierenden Maschinenwerkzeugen mit einem Stator zur telemetrischen Einspeisung von Elektroenergie und Daten für die im Werkzeug integrierten Verbraucher mit aktorischen oder sensorischen Funktionen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Stator (1; 2) ist in seiner spindelartigen Aufnahme in verschiedene Kontaktstellungen zum Rotor (1; 2) radial schwenkbar ausgeführt; – der Stator (1; 2) ist mit mehreren Telemetriespuren (3; 4) von unterschiedlicher Breite und Leistungsfähigkeit ausgestattet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschwenken des Stators (1; 2) durch die NC-Steuerung der Maschine bewirkt wird.