DE102010039608A1

DE102010039608A1 - Kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010039608A1
Application number: DE102010039608A
Authority: DE
Inventors: Bodo Kaleja
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Forkardt Inc
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-01-26
Also published as: US20130147133A1; EP2598282A1; WO2012018592A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter (100) für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, mit einem Futterkörper (11) und mindestens einer in einer radialen Führung des Futterkörpers (11) geführten Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10e), welche zum Ausüben einer gewünschten Spannkraft auf ein in dem Spannfutter (100) eingespanntes Werkstück von einem Spannkrafterzeuger über mindestens ein im Futterkörper (11) angeordnetes Antriebsglied relativ zum Futterkörper (11) verstellbar ist. Um zu erreichen, dass in einer einfach zu realisierenden aber dennoch effektiven Weise sichergestellt werden kann, dass ein Bearbeitungsvorgang nur unter vorgegebenen Bedingungen durchgeführt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens eine Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) eine Messeinrichtung (14) zum Messen einer von der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10e) auf das in dem Spannfutter (100) eingespannten Werkstück ausgeübten Spannkraft und eine Auswerteeinrichtung (12) zum Auswerten der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Spannkraft aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein kraftbetätigtes Spannfutter, welches einen Futterkörper und mindestens eine in einer radialen Führung des Futterkörpers geführte Spanneinrichtung aufweist. Die mindestens eine Spanneinrichtung ist von einem Spannkrafterzeuger über mindestens ein im Futterkörper angeordnetes Antriebsglied relativ zum Futterkörper verstellbar, um eine vorgebbare Spannkraft auf ein in dem Spannfutter eingespanntes Werkstück auszuüben.
Unter dem hierin verwendeten Begriff „Spanneinrichtung” ist/sind grundsätzlich das Bauteil/die Bauteile des Spannfutters zu verstehen, welches/welche zum Ausüben einer Spannkraft auf ein in dem Spannfutter eingespanntes Werkstück relativ zu dem Spannfutter in radialer Richtung bewegbar sind. Beispielsweise kann die Spanneinrichtung als Spannbacke oder als Aufsatzbacke mit einer daran angeschraubten oder andersartig daran befestigbaren Spannbacke ausgeführt sein.
Ferner ist unter dem hierin verwendeten Begriff „Spannfutter” allgemein eine umlaufende Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstückes zu verstehen. Hierunter fallen gewöhnliche Spannfutter, welche beispielsweise ausgefegt sind, runde oder regelmäßig geformte drei- und -sechskantige Werkstücke in drei Spannbacken (Dreibackenfutter) oder formgenaue runde sowie vier-, oder achtkantige Werkstücke in vier Spannbacken (Vierbackenfutter) einzuspannen, oder Ausgleichsfutter. Selbstverständlich sind unter dem hierin verwendeten Begriff „Spannfutter” Sonderformen zu subsumieren, welche beispielsweise zwei oder mehr als vier Spannbacken tragen. In der Regel bewegen sich beim Anziehen des Spannfutters die Spannbacken gleichmäßig in radialer Richtung, d. h. in Richtung zur Drehachse.
Es ist allgemein bekannt, dass auf die Spannbacken eines umlaufenden Spannfutters mit steigender Spindeldrehzahl höhere Fliehkräfte einwirken. Diese auf die Spannbacken einwirkenden Fliehkräfte reduzieren die von den Spannbacken auf ein in dem Spannfutter eingespanntes Werkstück ausgeübte Spannkraft.
Um demnach auch bei hohen Spindeldrehzahlen eine ausreichende Spannkraft sicherzustellen, ist es denkbar, bereits während des Spindelstillstands, d. h. während der Nicht-Rotation des Spannfutters, eine so hohe Spannkraft zu erzeugen, dass trotz der Kraftminderung durch die Fliehkräfte bei hohen Spindeldrehzahlen ein ausreichender Rest an Spannkraft übrig bleibt.
Eine derartige Überhöhung der Spannkraft im Spindelstillstand birgt allerdings die Gefahr unerwünschter Verformungen des eingespannten Werkstückes in sich, insbesondere wenn es sich um verformungsempfindliche Werkstücke, wie beispielsweise dünnwandige Werkstücke handelt. Bei derartigen verformungsempfindlichen Werkstücken kann es deshalb gegebenenfalls erforderlich sein, die im Spindelstillstand von den Spannbacken auf das Werkstück aufgebrachte Spannkraft zu reduzieren. Dies jedoch kann unter Umständen dazu führen, dass die Spannkraft bei hohen Spindeldrehzahlen in einem unzulässig hohen Maß vermindert wird, was die Unfallgefahr erhöht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in der Druckschrift DE 2 150 885 B1 ein kraftbetätigtes Spannfutter der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei welchem die Spannkraft in Abhängigkeit von der Drehzahl der Werkzeugspindel steuerbar ist, um die von den Spannbacken des Spannfutters auf ein Werkstück ausgeübte Spannkraft verändern und an die jeweiligen Betriebsbedingen anpassen zu können. Im Einzelnen wird die von den Spannbacken auf ein Werkstück ausgeübte Spannkraft durch geeignetes Ansteuern eines Spannkrafterzeugers verändert. Der Spannkrafterzeuger erzeugt eine vorgegebene oder vorgebbare Spannkraft, welche pneumatisch oder hydraulisch auf ein im Futterkörper angeordnetes Antriebsglied und von dort auf die in radialer Richtung relativ zum Futterkörper verstellbaren Spannbacken übertragen wird.
Ein Nachteil dieser bekannten Konstruktion ist darin zu sehen, dass bei einer Änderung der von dem Spannkrafterzeuger erzeugten und auf die Spannbacken übertragenen Spannkraft weder der Schmierzustand des Spannfutters noch die Steifigkeit von Spannfutter und jeweiligem Werkstück berücksichtigt werden. Diese Randbedingungen können jedoch den tatsächlichen Spannkraftverlauf, d. h. die von den Spannbacken tatsächlich auf das Werkstück ausgeübten Spannkräfte, so entscheidend beeinflussen, dass die voraus ermittelten Ergebnisse entscheidend vom tatsächlichen Spannkraftverlauf abweichen, weil nicht der tatsächliche Spannkraftverlauf, sondern nur die in das Spannfutters eingehende Kraft verändert wird.
Bei der Überwachung des Arbeitsablaufes von Werkzeugmaschinen, insbesondere bei der spanabhebenden Metallbearbeitung mittels Drehmaschinen, fehlt bisher eine wirksame Überwachung der Haltkräfte des Spannfutters während des Bearbeitungsvorganges. Die Sicherheit des Spannvorganges und eine Überwachung der Haltkräfte des Spannfutters sind insbesondere aufgrund der fortschreitenden Verfeinerung der Bearbeitungstechnik und bei hohen Zerspanungsleistungen unumgänglich.
Hohe Zerspanungsleistungen bedingen hohe Spannkraft der Spannvorrichtung, welche nur mit gut geschmierten Spannvorrichtungen erreicht werden kann. Zur Sicherheit des Bearbeitungsvorganges muss somit der Betriebszustand der Spannvorrichtung ständig überwacht werden, weil physikalische, tribulogische und chemische Einflüsse zu einem schnellen Nachlassen der Spannkräfte der Spannvorrichtung führen können. In der Praxis wird dieses Problem weitgehend unterschätzt, weil das Abfallen der Spannkraft während des Bearbeitungsvorganges bisher nicht erkannt wurde. Dieses Problem hatte bei den früher üblichen Zerspanungsbedingungen mit niedrigeren Zerspannungsleistungen auch eine geringere Bedeutung; seitdem jedoch mit weiterentwickelten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und unter Einsatz moderner Schneidstoffe mit hoher Leistung zerspant wird, hat sich das Sicherheitsrisiko durch ungenügend große Spannkräfte des Spannfutters an Werkzeugmaschinen überproportional vergrößert, ohne das dies bisher in ausreichendem Maße erkannt worden ist.
Aus der Druckschrift EP 0 074 524 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen einer von einem Spannfutter auf ein eingespanntes Werkstück ausgeübten Spannkraft bekannt. Die aus diesem Stand der Technik bekannte Vorrichtung wird im Spindelstillstand an denjenigen Stellen der Spannbacken angesetzt, die später, d. h. bei der eigentlichen Werkstückbearbeitung und im Spindelbetrieb zum Halten der Werkstücke verwendet werden. Auf diese Weise können realistische Messwerte der Spannkraft erzielt werden, weil der Messzustand der Spannvorrichtung dem späteren Arbeitszustand entspricht.
Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung zum Messen der Spannkraft besteht darin, dass die Durchführung der Spannkraftmessung relativ aufwendig ist, da hierzu das Werkstück aus dem Spannfutter genommen und die Spannkraftmessvorrichtung eingespannt werden muss. Dies hat zur Folge, dass in der Praxis Spannkraltmessungen häufig nur unregelmäßig vorgenommen werden. Der an sich notwendige Vergleich der jeweiligen Messwerte (Istwerte) mit einem vorgegebenen Grenzwert (Sollwert), mit dem das Unterschreiten der für einen sicheren Bearbeitungsvorgang notwendigen Haltekraft verhindert werden soll, geschieht somit nicht mit der notwendigen Regelmäßigkeit.
Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einkraftbetätigtes Spannfutter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass in einer einfach zu realisierenden aber dennoch effektiven Weise sichergestellt werden kann, dass ein Bearbeitungsvorgang nur unter den vorgegebenen Bedingungen durchgeführt wird. Insbesondere soll ein kraftbetätigtes Spannfutter angegeben werden, mit welchem während der Bearbeitungsvorgänge die Haltekräfte der Spannbacken überwacht werden können. Da die von den Spannbacken auf ein eingespanntes Werkstück tatsächlich ausgeübten Haltekraft mit der Zahl der Spannvorgänge sinkt, weil sich die Gleitverhältnisse an den hoch belasteten Übertragungsflächen der zur Übertragung der Spannkraft eingesetzten Getriebe zwischen den Schmiervorgängen verschlechtern, dient die Erfindung insbesondere zur Aufrechterhaltung der notwendigen Spannkraft durch rechtzeitige und ordnungsmäßige Schmierung des Spannfutters.
Zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe wird ein kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, angegeben, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 aufweist.
Demgemäß wird ein kraftbetätigtes Spannfutter vorgeschlagen, welches einen Futterkörper und mindestens eine in einer radialen Führung des Futterkörpers geführte Spanneinrichtung aufweist, wobei diese mindestens eine Spanneinrichtung von einem Spannkrafterzeuger über mindestens ein im Futterkörper angeordnetes Antriebsglied relativ zum Futterkörper verstellbar ist, um eine Spannkraft (Soll-Spannkraft) auf ein in dem Spannfutter eingespanntes Werkstück auszuüben. Erfindungsgemäß weist die mindestens eine Spanneinrichtung eine Messeinrichtung zum Messen einer von der Spanneinrichtung auf das in dem Spannfutter eingespannte Werkstück ausgeübten Spannkraft auf. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von der Messeinrichtung gemessenen Spannkraft vorgesehen.
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile liegen auf der Hand:
dadurch, dass die mindestens eine Spanneinrichtung des kraftbetätigten Spannfutters eine Messeinrichtung aufweist, ist es möglich, kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen, d. h. auch bei umlaufender Spindel, die momentane von der mindestens einen Spanneinrichtung auf das Werkstück ausgeübte Spannkraft (Ist-Spannkraft) zu ermitteln. Diese mit Hilfe der Messeinrichtung ermittelten Messwerte der tatsächlich auf das eingespannte Werkstück ausgeübten Spannkraft werden in der Auswerteeinrichtung, welche ebenfalls Teil der mindestens einen Spanneinrichtung ist, ausgewertet. Zu dieser von der Auswerteeinrichtung ausgeführten Auswertung gehört insbesondere ein Istwert-Sollwert-Vergleich, so dass eine Abweichung der von der mindestens einen Spanneinrichtung auf das Werkstück ausgeübten Spannkraft von einer vorgegebenen Spannkraft automatisch ermittelt werden kann. Die Erfassung der Ist-Spannkraft und die anschließende Auswertung der erfassten Istwerte findet innerhalb der Spanneinrichtung statt. Demnach ist es nicht erforderlich, dass hierzu das Werkstück aus dem Spannfutter genommen und eine spezielle Spannkraftmessvorrichtung eingespannt werden muss. Die für den sicheren Betrieb notwendige Spannkraftmessungen und Spannkraftüberwachung kann daher automatisch und kontinuierlich erfolgen, und zwar ohne zusätzlichem Aufwand seitens des Bedienpersonals. Gleiches gilt auch für den notwendigen Vergleich der jeweiligen Messwerte (Istwerte) mit einem vorgegebenen Grenzwert (Sollwert), da der/die Soliwert(e) in der Auswerteeinrichtung abgelegt sein können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
So ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinrichtung als modulare Baugruppe in einer in der mindestens einen Spanneinrichtung ausgebildeten Aussparung vorzugsweise austauschbar aufgenommen ist. Demnach kann die Konstruktion des Spannfutters und insbesondere des Futterkörpers sowie die Konstruktion der radialen Führung des Futterkörpers unverändert bleiben. Um eine Spanneinrichtung nach den Lehren der vorliegenden Erfindung auszuführen, ist es lediglich erforderlich, in der Spanneinrichtung eine Aussparung vorzusehen, wobei in dieser Aussparung die Auswerteeinrichtung als modulare Baugruppe eingesetzt wird.
Besonders bevorzugt ist bei der zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Aussparung in einer Seitenfläche der Spanneinrichtung ausgebildet ist, welche der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche der Spanneinrichtung gegenüberliegt. Auf diese Weise kann die mindestens eine Spanneinrichtung mit der Auswerteeinrichtung versehen werden, ohne dass dies die Funktionalität der mindestens einen Spanneinrichtung beeinflusst. Ferner kann wirksam verhindert werden, dass im Spindelbetrieb Schmierstoffe oder Kühlmittel aufgrund der Fliehkraft in die Aussparung gedrückt wird. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die Aussparung in einer Seitenfläche vorzusehen, welche an der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche der Spanneinrichtung angrenzt.
Um zu erreichen, dass die in der Auswerteeinrichtung ausgewerteten Messdaten an einen stationären Empfänger übertragen werden können, ist in einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Losung vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung eine Schnittstelle zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung und einem externen Gerät, vorzugsweise einem externen Handgerät aufweist. Denkbar hierbei ist es beispielsweise, dass die Schnittstelle eine drahtgebundene Schnittstelle ist zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung und dem externen Gerät im Spindelstillstand. Alternativ hierzu ist es selbstverständlich aber auch denkbar, die Schnittstelle als drahtlose Schnittstelle, insbesondere als Funk-Schnittstelle oder als optische bzw. elektrooptische Schnittstelle auszuführen, so dass zwischen der Auswerteeinrichtung und dem externen Gerät sowohl im Spindelstillstand als auch im Spindelbetrieb Daten übertragen werden können.
Hierbei ist anzumerken, dass unter dem hierin verwendeten Begriff „Datenübertragung” eine bidirektionale Datenübertragung gemeint ist. Insbesondere können über die Schnittstelle der Auswerteeinrichtung auch Daten von dem externen Gerät zu der Auswerteeinrichtung übertragen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass von dem externen Gerät der/die für den Istwert-Sollwert-Vergleich erforderlichen Sollwert(e) übertragen wird/werden.
In einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Auswerteeinrichtung einen ersten Speicher oder einen Speicher mit einem ersten Speicherbereich auf zum Speichern von mindestens einer für die Durchführung eines vorab festgelegten oder festiegbaren Spannvorgangs erforderlichen Soll-Spannkraft. Unter dem hierin verwendeten Begriff „Soll-Spannkraft” bzw. „Sollwert der Spannkraft” ist eine gewünschte Spannkraft zu verstehen, wobei dieser theoretische Sollwert von dem tatsächlichen Spannkraftwert (Ist-Wert der Spannkraft) angestrebt wird.
Vorzugsweise sollte die Auswerteeinrichtung mit einem Mikroprozessor versehen sein, um einen Vergleich der mit der Messeinrichtung gemessenen Ist-Spannkraft mit der mindestens einen in dem Speicher abgelegten Soll-Spannkraft durchführen zu können. Selbstverständlich kommen für die Messwertauswertung aber auch andere Lösungen in Frage.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass es von Vorteil ist, wenn für die jeweiligen in dem Speicher abgelegten Sollwerte interne Tolleranzvorgaben für einen oberen und einen unteren Regelungssollwert vorgegeben sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist ein zusätzlicher Speicher oder ein weiterer Speicherbereich vorgesehen, um die von der Messeinrichtung beispielsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten oder Ereignissen gemessenen Spannkräfte (Istwerte) ab- bzw. zwischenzuspeichern. Aus diesen Messwerten kann mit Hilfe der Auswerteeinrichtung die Tendenz des Spannkraftverlaufes über die Anzahl der Spannvorgänge ermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, unter Berücksichtigung der gemessenen Spannkräfte eine Prognose zu erstellen, welche die Anzahl von Spannvorgängen voraussagt, bis wann eine Unterscheidung der Soll-Spannkraft eintritt.
Die Messeinrichtung weist mindestens einen Messaufnehmer für die Spannkraft auf, welcher an der mindestens einen Spanneinrichtung im Kraftschluss zwischen dem Futterkörper und der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche der Spanneinrichtung angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Messaufnehmer als ein die von der Spannkraft hervorgerufene Längenänderungen eines der die Spannkraft übertragenen Glieder ausgebildet ist. Auch ist es grundsätzlich denkbar, durch einen Messaufnehmer sowohl die Spannkraft als auch eine Wegverstellung der Spanneinrichtung zu ermitteln. Der Messaufnehmer kann von einem Dehnungsmessstreifen gebildet sein, was insbesondere deshalb von Vorteil ist, da es vorliegend um die Erfassung kleiner Längenänderungen (im μm-Bereich) geht.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Messaufnehmer für die Spannkraft unmittelbar als Kraftaufnehmer ausgebildet ist. Dann kann der Kraftaufnehmer zweckmäßigerweise von einem Quarzkristall gebildet sein. Schließlich kann es auch von Vorteil sein, wenn der Messaufnehmer für die Spannkraft als Druckaufnehmer ausgebildet ist. In jedem Fall ist es zur einfacheren Weiterverarbeitung der Messwerte von Vorteil, wenn der Messaufnehmer unter der Wirkung der Spannkraft und/oder der Wegverstellung seine elektrische Leitfähigkeit und/oder seine Kapazitäten ändert.
In besonders günstiger und daher im Rahmen der Erfindung bevorzugter Ausführungsform ist der Messaufnehmer für die Spannkraft an der Spanneinrichtung angeordnet. Dadurch erfasst der Messaufnehmer wirklich nur die an der Spanneinrichtung wirksamen Spannkräfte. Das Messergebnis wird also nicht von Spannkraftverlusten in der Kraftkette vom Antriebsglied zur Spanneinrichtung beeinträchtigt. Dazu empfiehlt es sich insbesondere, den Messaufnehmer für die Spannkraft im vorderen, die Spannfläche aufweisenden Spannbackenteil anzuordnen.
Wie bereits zuvor dargelegt, ist es ein Vorteil der Erfindung, dass mit Hilfe der Messeinrichtung nicht nur kontinuierlich die tatsächlich wirkende Spannkraft erfasst wird, sondern dass auch die erfassten Messwerte in der Spanneinrichtung mit Hilfe der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung einen Messwertumsetzer zum Umwandeln der mit dem mindestens einen Messaufnehmer gemessenen physikalischen Größe in eine Spannkraft und zum Abspeichern der umgewandelten Spannkraft als Ist-Spannkraft in mindestens einem Speicher aufweist.
Es empfiehlt sich, wenn die für den Betrieb der Messeinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung erforderliche elektrische Energie berührungslos (elektrooptisch) von einer relativ zu dem Spannfutter stationären Energiequelle auf das Spannfutter übertragen wird. Hierzu ist es beispielsweise denkbar, ein Induktionsspulenpaar vorzusehen, mit welchem eine berührungslose Energieübertragung realisierbar ist.
Schließlich ist es noch von Vorteil, wenn die mindestens eine Spanneinrichtung ferner eine Identifikatoreinrichtung zum eindeutigen Identifizieren der Spanneinrichtung aufweist.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannfutters anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1: eine Draufsicht auf ein kraftbetätigtes Spannfutter gemäß einer Aus führungsform der Erfindung; und
2: eine perspektivische Ansicht auf eine Aufsatzbacke für ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das in 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Spannfutter 100 weist einen Futterkörper 11 auf, in welchem drei Spanneinrichtungen 10a–c radial verschiebbar in Backenführungen 9 geführt sind. Zu diesem Zweck sind in den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Backenführungen 9 eine Mehrzahl von Führungsnuten sowie auf den Seitenflächen der Spanneinrichtungen 10a–c komplementär zu diesen Führungsnuten ausgebildete Führungsleisten vorgesehen, die mit den Führungsnuten formschlüssig zusammenwirken. Die radiale Verstellung der Spanneinrichtungen 10a–c geschieht durch einen Spannkolben, der in einer Bohrung des Futterkörpers 11 in axialer Richtung verschiebbar ist.
Zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken weist der in einer Bohrung des Futterkörpers 11 angeordnete Spannkolben eine mittige Durchgangsbohrung auf.
Jede Spanneinrichtung 10a–c, welche im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Stufenbacke ausgebildet ist, kann eine Mess- und Auswerteeinrichtung aufweisen, wie es anschließend unter Bezugnahme auf die Darstellung in 2 näher beschrieben wird. Die Mess-/Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise als modulare Baugruppe in einer in der entsprechenden Spanneinrichtung ausgebildeten Aussparung austauschbar aufgenommen.
Diesbezüglich wird auf die Darstellung in 2 verwiesen, welche eine perspektivische Ansicht einer Spanneinrichtung 10 zeigt, die – im Unterschied zu den bei der in 1 gezeigten Ausführungsform zum Einsatz kommenden Spanneinrichtungen (Stufenbacken) – eine Aufsatzbacke 8 und eine daran angeschraubte Spannbacke 7 aufweist.
Wie es insbesondere der Darstellung in 2 entnommen werden kann, ist eine Aussparung 6 in einer Seitenfläche der zur Spanneinrichtung gehörenden Aufsatzbacke 8 ausgebildet, welche der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche 5 der an der Aufsatzbacke 8 lösbar befestigten Spannbacke 7 gegenüberliegt.
Die in der Aussparung 6 der Aufsatzbacke 8 aufgenommene und als modulares Bauteil ausgeführte Auswerteeinrichtung 12 weist eine Schnittstelle 13 zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung 12 und einem in 2 nicht explizit dargestellten externen Gerät auf. Im Einzelnen ist bei der dargestellten Ausführungsform die Schnittstelle 13 als drahtgebundene Schnittstelle ausgeführt, über welche Daten zwischen der Auswerteeinrichtung 12 und dem vorzugsweise als Handgerät ausgebildeten externen Gerät im Spindelstillstand übertragen werden können. Denkbar ist es selbstverständlich aber auch, dass die in 2 als drahtgebundene Schnittstelle ausgeführte Schnittstelle 13 ausgebildet ist, um auch im Spindelbetrieb Daten zwischen der Auswerteeinrichtung 12 und dem externen Gerät übertragen zu können. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Schnittstelle 13 als drahtlose Schnittstelle, insbesondere als Funk-Schnittstelle oder als optische bzw. elektrooptische Schnittstelle ausgeführt ist.
Obwohl in 2 nicht explizit erkennbar, weist bei der dort dargestellten Ausführungsform die Auswerteeinrichtung 12 einen Speicher mit einem ersten Speicherbereich auf zum Speichern von mindestens einer für die Durchführung eines vorab festgelegten oder festlegbaren Spannvorganges erforderlichen Soll-Spannkraft. Dieser Sollwert der Spannkraft wurde vorab über die Schnittstelle 13 zur Auswerteeinrichtung 12 übertragen. Ferner weist die Auswerteeinrichtung 12 einen Mikroprozessor auf zum Vergleichen der von der Messeinrichtung 14 gemessenen Spannkraft mit der mindestens einen in dem Speicher abgelegten Soll-Spannkraft.
Gleichwohl weist der zur Auswerteeinrichtung 12 gehörende Speicher einen zweiten Speicherbereich auf zum Speichern der von der Messeinrichtung 14 vorzugsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten oder Ereignissen gemessenen Spannkräfte.
Der zu der Auswerteeinrichtung 12 gehörende Mikroprozessor ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der vorzugsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten oder Ereignissen gemessenen Spannkräfte eine Prognose zu erstellen, welche die Anzahl von Spannvorgängen voraussagt, bis wann eine Unterschreitung der Soll-Spannkraft eintritt.
Wie in 2 angedeutet, weist die Messeinrichtung 14 mindestens einen Spannkraft-Messaufnehmer 15 aufweist, welcher an der Aufsatzbacke 8 der Spanneinrichtung 10 im Kraftschluss zwischen dem Futterkörper 11 und der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche 5 der mit der Aufsatzbacke 8 lösbar befestigten Spannbacke 7 angeordnet ist. Der Spannkraft-Messaufnehmer 15 kann als ein die von der Spannkraft hervorgerufene Längenveränderung der die Spannkraft auf die Spannbacke 7 übertragenden Aufsatzbacke 8 und/oder als ein den Verstellweg der Spanneinrichtung 10 (Aufsatzbacke 8 mit daran lösbar befestigten Spannbacke 7) im Futterkörper 11 erfassender Messaufnehmer ausgebildet sein.
Im Einzelnen ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Messaufnehmer 15 von einem an der Aufsatzbacke 8 geeignet angeordneten Dehnungsmessstreifen gebildet.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es selbstverständlich aber auch denkbar, dass der Spannkraft-Messaufnehmer 15 als Kraftaufnehmer ausgebildet ist, wobei es dann bevorzugt ist, wenn der Kraftaufnehmer einen Quarzkristall aufweist.
Obwohl der Darstellung in 2 nicht explizit entnehmbar, weist bei der dargestellten Ausführungsform die Messeinrichtung 14 einen Messwertumsetzer auf, mit welchem die mit dem mindestens einen Messaufnehmer gemessenen physikalischen Größe in eine Spannkraft umgewandelt werden. Diese von dem Messwertumsetzer umgewandelten Werte werden anschließend als Istwerte der Spannkraft in dem bereits erwähnten Speicher der Auswerteeinrichtung 12 abgelegt.
Die Erfindung ist nicht auf die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2150885 B1 [0008]
EP 0074524 A1 [0012]

Claims

Kraftbetätigtes Spannfutter (100) für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, mit einem Futterkörper (11) und mindestens einer in einer radialen Führung des Futterkörpers (11) geführten Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c), welche zum Ausüben einer gewünschten Spannkraft auf ein in dem Spannfutter (100) eingespanntes Werkstück von einem Spannkrafterzeuger über mindestens ein im Futterkörper (11) angeordnetes Antriebsglied relativ zum Futterkörper (11) verstellbar ist, wobei die mindestens eine Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) eine Messeinrichtung (14) zum Messen einer von der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) auf das in dem Spannfutter (100) eingespannten Werkstück ausgeübten Spannkraft und eine Auswerteeinrichtung (12) zum Auswerten der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Spannkraft aufweist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (12) als modulare Baugruppe in einer in der mindestens einen Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) ausgebildeten Aussparung (6) vorzugsweise austauschbar aufgenommen ist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 2, wobei die Aussparung (6) in einer Seitenfläche der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) ausgebildet ist, welche der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche (5) der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) gegenüberliegt.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswerteeinrichtung (12) eine Schnittstelle (13) zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung (12) und einem externen Gerät, vorzugsweise externen Handgerät aufweist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 4, wobei die Schnittstelle (13) eine drahtgebundene Schnittstelle ist zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung (12) und dem externen Gerät im Spindelstillstand.
Spannfutter (100) nach Anspruch 4, wobei die Schnittstelle (13) eine drahtlose Schnittstelle, insbesondere eine Funk-Schnittstelle oder eine optische bzw. elektrooptische Schnittstelle ist zum Übertragen von Daten zwischen der Auswerteeinrichtung (12) und dem externen Gerät im Spindelstillstand oder im Spindelbetrieb.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Auswerteeinrichtung (12) einen ersten Speicher oder einen Speicher mit einem ersten Speicherbereich aufweist zum Speichern von mindestens einer für die Durchführung eines vorab festgelegten oder festlegbaren Spannvorganges erforderlichen Soll-Spannkraft, und wobei die Auswerteeinrichtung (12) ferner einen Mikroprozessor aufweist zum Vergleichen der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Spannkraft mit der mindestens einen in dem Speicher abgelegten Soll-Spannkraft.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Auswerteeinrichtung (12) einen zweiten Speicher oder einen Speicher mit einem zweiten Speicherbereich aufweist zum Speichern der von der Messeinrichtung (14) vorzugsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten oder Ereignissen gemessenen Spannkräfte.
Spannfutter (100) nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinrichtung (12) ausgebildet ist, unter Berücksichtigung der vorzugsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten oder Ereignissen gemessenen Spannkräfte eine Prognose zu erstellen, welche die Anzahl von Spannvorgängen voraussagt, bis wann eine Unterschreitung der Soll-Spannkraft eintritt.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Messeinrichtung (14) mindestens einen Spannkraft-Messaufnehmer (15) aufweist, welcher an der mindestens einen Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) im Kraftschluss zwischen dem Futterkörper (11) und der am Werkstück zur Anlage kommenden Spannfläche (5) der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) angeordnet ist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 10, wobei der Spannkraft-Messaufnehmer (15) ausgebildet ist, eine von der Spannkraft hervorgerufene Längenänderung eines der die Spannkraft übertragenden Glieder (8) aufzunehmen.
Spannfutter (100) nach Anspruch 11, wobei der Spannkraft-Messaufnehmer (15) von einem Dehnungsmessstreifen gebildet ist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 10, wobei der Spannkraft-Messaufnehmer (15) unmittelbar als Kraftaufnehmer ausgebildet ist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 13, wobei der Kraftaufnehmer von einem Quarzkristall gebildet ist.
Spannfutter (100) nach Anspruch 10, wobei der Spannkraft-Messaufnehmer (15) als Druckaufnehmer ausgebildet ist.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Messeinrichtung (14) und/oder die Auswerteeinrichtung (12) min destens einen Messwertumsetzer zum Umwandeln der mit dem mindestens einen Spannkraft-Messaufnehmer (15) gemessenen physikalischen Größe in eine Spannkraft und zum Abspeichern der umgewandelten Spannkraft als Ist-Spannkraft in mindestens einem Speicher aufweist.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ferner ein Induktionsspulenpaar vorgesehen ist zum berührungslosen Übertragen von Energie zu der mindestens einen Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) für die elektrische Versorgung der Messeinrichtung (14) und/oder Auswerteeinrichtung (12).
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die mindestens eine Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) ferner eine Identifikatoreinrichtung zum eindeutigen Identifizieren der Spanneinrichtung (10, 10a, 10b, 10c) aufweist.
Spannfutter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Spanneinrichtung (10) eine Aufsatzbacke (8) und eine daran lösbar befestigte Spannbacke (7) aufweist.