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Die Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem, insbesondere Feinbohrsystem, für Werkzeugmaschinen mit einem mittels einer Maschinenspindel um eine Drehachse drehbaren, aus einem Metallkörper gebildeten Werkzeugkopf, einem an dem Werkzeugkopf in einer Führung quer zur Drehachse verstellbaren, ein Schneidwerkzeug aufnehmenden Schieber und einer Messelektronik zur Erfassung der momentanen Schieberstellung.
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Ziel des Feinbohrens sind passgenaue Bohrungen mit einer hohen Oberflächengüte und Formgenauigkeit. Während beim Einsatz von Reibahlen die vorgefertigte Bohrung als Führung des Werkzeugs dient, besteht beim Einsatz von Feinbohrwerkzeugen die Möglichkeit, Korrekturen der Bohrungsposition vorzunehmen. Zudem kann die Werkzeugschneide feinverstellt werden, um z. B. den Schneidenverschleiß auszugleichen. Bei einer geforderten Drehzahlfestigkeit von bis zu 20.000 min–1 ist es allerdings schwierig, die Digitalisierung solcher Werkzeuge voranzutreiben. Hinzu kommt, dass die aus Stahl gefertigten Grundkörper der Werkzeugköpfe eine drahtlose Übertragung von Daten und/oder Energie erschweren. Bei bekannten Systemen wurden daher spezielle Verstellschlüssel konzipiert, die durch Vernetzung mit einem zusätzlichen Display dem Bediener beim Einstellen der Schieberposition eine komfortablere Ablesemöglichkeit bieten sollen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Werkzeugsystem für die Fertigung hochgenauer Bauteile weiter zu verbessern und bei einfachem und flexiblem Handling fehlerhafte Einstellungen durch Bediener so gering wie möglich zu halten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, ein elektronisches Mehrzweckmodul direkt im Werkzeugkopf zu integrieren. Dementsprechend wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass die Messelektronik ein innerhalb des Werkzeugkopfs angeordnetes Bluetooth-Funkmodul zur drahtlosen Übertragung von erfassten Schieberstellungsdaten an ein externes Anzeigegerät aufweist. Damit lassen sich einfache handelsübliche Verstellwerkzeuge wie Inbusschlüssel zur Schiebereinstellung nutzen, während die erleichterte Ablesbarkeit der Feinverstellung für den Bediener erhalten bleibt. Vor allem bei schlechten Lichtverhältnissen im Maschinenraum oder schwerer Zugänglichkeit zum Werkzeug bietet die Möglichkeit, die Feinverstellung direkt vom Werkzeugkopf via Bluetooth auf ein externes Anzeigegerät zu übertagen, einen erheblichen Mehrwert. Einstellfehler, die zu falschen Bohrungsdurchmessern führen, werden somit weitestgehend vermieden. Weitere Vorteile ergeben sich auch dadurch, dass die Schieberposition unabhängig von einem Verstellinstrument ggf. auch im Maschinenbetrieb abrufbar ist.
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Vorteilhafterweise besitzt der Werkzeugkopf ein von metallischem Werkstoff freigehaltenes Fenster für eine Funkstrecke des Bluetooth-Funkmoduls, so dass eine hinreichende Übertragungsqualität und Reichweite erzielbar ist.
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In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn das Bluetooth-Funkmodul ein vorzugsweise durch eine Keramik-Antenne oder eine Leiterbahn auf einer Platine gebildetes Antennenelement aufweist, und wenn das Antennenelement innenseitig im Bereich einer durch Glas oder Kunststoff verschlossenen Öffnung des Werkzeugkopfs angeordnet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das das Bluetooth-Funkmodul nach einem Bluetooth-Low-Energy (Bluetooth Smart) Standard arbeitet, um den Energieverbrauch zu reduzieren.
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In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass das Bluetooth-Funkmodul über ein Energieversorgungsmittel in dem Werkzeugkopf, insbesondere eine Batterie, einen Akku oder einen Kondensator, mit elektrischer Energie versorgt ist.
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Vorteilhafterweise umfasst das Werkzeugsystem ein externes Anzeigegerät in Form eines Mobilgeräts mit Computerfunktionalität, insbesondere ein Smartphone, Tablet oder eine Smartwatch. Damit lassen sich ggf. Geräte mit einer Zusatzfunktion nutzen, die auf Bedienerseite häufig ohnehin zur Verfügung stehen.
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Ein weiterer Aspekt bzw. Variante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass an dem Werkzeugkopf ein zur berührungsempfindlichen Befehlseingabe und/oder zur Informationsanzeige ausgebildetes Touch/Display-Modul angeordnet ist. Damit lässt sich die Handhabung digitaler Werkzeugsysteme weiter vereinfachen, wobei auch komplexere Funktionalitäten realisierbar sind.
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In baulicher Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn das Touch/Display-Modul eine vor oder hinter einer berührungsempfindlichen Touchfolie liegende Displayfolie aufweist. Dabei lässt sich durch eine OLED-Displayfolie auch eine hohe Leuchtstärke und Drehzahlfestigkeit erreichen.
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Zur Abschirmung gegen schädliche externe Einflüsse ist es günstig, wenn das Touch/Display-Modul ein Glaselement zur Abdeckung einer Anzeigeöffnung aufweist.
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Eine besonders vorteilhafte Konstruktion sieht vor, dass das Bluetooth-Funkmodul und/oder das Touch/Display-Modul an einem von dem Werkzeugkopf abnehmbaren, vorzugsweise als Deckel auf eine Öffnung des Werkzeugkopfs aufgeschraubten Modulträger angeordnet ist.
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Eine weitere konstruktive Vereinfachung lässt sich dadurch erreichen, dass die Messelektronik eine mit dem Modulträger verbundene Steuerplatine aufweist.
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Um die Integration weiter zu optimieren, ist es möglich, dass der Modulträger einen Durchbruch als Anzeigeöffnung für das Touch/Display-Modul aufweist.
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Eine weitere ergonomische Verbesserung ergibt sich dadurch, dass das Touch/Display-Modul für eine drehbare Anzeigedarstellung eingerichtet ist, so dass die Ableserichtung an die Orientierung des Werkzeugkopfes anpassbar ist.
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Um die Bedienung besonders zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn das Touch/Display-Modul zur Menüsteuerung der Messelektronik ausgebildet ist, wobei zumindest das Vorhandensein einer Berührung und deren Dauer ausgewertet wird.
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In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft, wenn mittels des Touch/Display-Moduls mindestens eine Einstellung der Messelektronik aus der folgenden Gruppe auswählbar ist:
- – differentielle oder absolute Messwertanzeige der Schieberstellung;
- – Maßeinheit der Messwertanzeige für die Schieberstellung;
- – Drehausrichtung der Anzeige;
- – Ein/Ausschalten der Bluetooth-Funkverbindung;
- – Einschalten der Messelektronik.
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Vorteilhafterweise ist der Schieber durch ein mit einem Verstelltrieb des Werkzeugkopfs in Eingriff bringbares mechanisches Einstellwerkzeug, insbesondere durch einen Inbusschlüssel manuell verstellbar. Denkbar ist es allerdings auch, eine motorische Verstellung in den Werkzeugkopf zu integrieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Werkzeugkopf eines Feinbohrsystems mit verstellbarem Schieber und Mehrzweckmodul für eine interne Anzeige und externe Ausgabe der Schieberstellung auf ein Anzeigegerät in perspektivischer, teils schematischer Darstellung;
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2 einen Axialschnitt durch den Werkzeugkopf nach 1;
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3 und 4 das Mehrzweckmodul in perspektivischer Darstellung und in einem Längsschnitt.
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Das in 1 gezeigte Feinbohrsystem 10 umfasst einen Werkzeugkopf 12 mit eingebautem Mehrzweckmodul 14 und optional ein externes Anzeigegerät 16, beispielsweise ein Smartphone 18 mit Display 20, wobei Mehrzweckmodul 14 und Anzeigegerät 16 über eine Bluetooth-Verbindung 22 drahtlos miteinander vernetzbar sind.
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Wie auch aus 2 ersichtlich, besitzt der Werkzeugkopf 12 an seinem hinteren Ende eine Schnittstelle 24, hier eine ABS-Schnittstelle zum Anschluss an eine nicht gezeigte Maschinenspindel für einen rotatorischen Antrieb um eine Werkzeug- bzw. Drehachse 26.
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Am vorderen Kopfende ist ein mittels Deckel 28 axial fixierter Schieber 30 in einer Linearführung 32 radial in Richtung des Pfeils 34 verstellbar. Die Radialverstellung erfolgt über einen Spindeltrieb 36 mit Kulissenstein 38, der in eine Schrägverzahnung des Schiebers 30 eingreift. Der Spindeltrieb 36 ist über einen handelsüblichen Inbusschlüssel manuell betätigbar. In dem Schieber 30 befindet sich eine Aufnahme 40 für Schneidwerkzeug, beispielsweise eine mit Schneidplatte 42 versehene Bohrstange 44, die mittels eines Gewindestifts 46 an ihrem Zylinderschaft fixierbar ist. Bei Vorhandensein einer passenden Schnittstelle besteht auch die Möglichkeit einer Werkzeugverspannung mittels Spannschraube 48.
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Der Werkzeugkopf 12 umfasst einen metallischen Grundkörper 50, der eine Aussparung 52 für den Einbau des Mehrzweckmoduls 14 begrenzt. Dieses bildet zusammen mit einer Wegmesseinheit 54 eine in den Werkzeugkopf 12 integrierten Messelektronik für die Erfassung und Ausgabe der momentanen Schieberstellung bzw. Radialposition der Schneidplatte 42. Zur Spannungsversorgung der Messelektronik ist eine Batterie 56 in einer mittels Deckel 58 verschlossenen Batteriebohrung des Grundkörpers 50 eingesetzt. Dabei führt die Bohrung für die Batterie 56 direkt auf den Pluspol auf einer Controller-Platine 57 des Mehrzweckmoduls 14.
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Wie am besten aus 3 ersichtlich, ist das Mehrzweckmodul 14 als gesonderte selbsttragende Baueinheit ausgebildet, die sich in die Aussparung 52 des Grundkörpers 50 lösbar einbauen lässt. Zu diesem Zweck weist das Mehrzweckmodul 14 einen Modulträger in Form eines Metalldeckels 60 auf, der mit Schraubbohrungen 62 für in den Grundkörper 50 einschraubbare Verbindungsschrauben versehen ist. Durch den umlaufend abgedichteten Metalldeckel 60 wird eine robuste Abschirmung gegen äußere Einwirkungen wie beispielsweise ungewollte Stöße oder Zutritt von Kühlschmierstoff erreicht. Um dennoch eine möglichst ungestörte Bluetooth-Funkverbindung 22 zu einem externen Gerät 16 aufrechtzuerhalten, ist in den Metalldeckel 60 ein von metallischem Werkstoff freigehaltenes Fenster 64 eingebracht. Dieses wird rückseitig von einem Mineralglas 66 abgedeckt, welches zugleich eine Anzeigenöffnung 68 in dem Metalldeckel 60 nach innen verschließt. Dabei kann prinzipiell auch die Anzeigenöffnung 68 als weiteres Fenster für die Funkverbindung 22 wirken.
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4 zeigt die einzelnen Funktionselemente des Mehrzweckmoduls 14 in einem Längsmittelschnitt. Die Steuerplatine 57 ist mittels Schraube 70 rückseitig an dem Metalldeckel 60 befestigt. Darauf befindet sich ein Bluetooth-Funkmodul 72, das nach dem Bluetooth-Low-Energy-Standard (Bluetooth Smart) arbeitet und damit eine lange Batterielaufzeit gewährleistet. Das Bluetooth-Funkmodul 72 besitzt eine keramische 2,4 GHz-Chipantenne 74, die über das Fenster 64 aus der metallischen Abschirmung heraus abstrahlen kann.
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Daneben befindet sich auf dem Mehrzweckmodul 14 ein Touch/Display-Modul 76, das innenseitig direkt an dem Mineralglas 66 angebracht ist. Dieses umfasst eine berührungsempfindliche Touchfolie 76 und eine dahinterliegende OLED-Displayfolie 80. Zur Datenübertragung sind die Folien 78, 80 über ein Flexkabel 82 mit der Steuerplatine 57 verbunden. Die Anzeige auf der OLED-Displayfolie 80 lässt sich elektronisch drehen, so dass die Ableserichtung an die Ausrichtung des Werkzeugkopfs anpassbar ist.
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Die Touchfolie 76 ermöglicht eine einfache Menüsteuerung der Messelektronik, wobei nur das Vorhandensein und die Dauer einer Berührung kontextorientiert ausgewertet werden. So kann der Benutzer beispielsweise in einem Menü „Anzeige” durch langen Fingerdruck zwischen einer absoluten und einer differentiellen Messwertanzeige umschalten, während in letzterer durch kurzen Druck das Nullen einer Messwertdifferenz möglich ist. Nach einer vorgegebenen Timeout-Zeit kann ein selbständiges Umschalten in einen Ruhemodus erfolgen.
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Bei der Bedienung des Feinbohrsystems 10 kann durch Drehen des Spindeltriebs 36 mittels Inbusschlüssel eine gewünschte radiale Schneidkantenposition der Schneidplatte 42 eingestellt werden, wobei beispielsweise eine Verstellung in einem Bereich von einigen Millimetern mit einer Zustellgenauigkeit von bis zu 1 μm möglich ist. Die aktuelle Verstellposition lässt sich mittels einer magnetischen Wegmesseinheit 54 mit zweispurigem Maßstab als Absolutwert erfassen. Die Ausgabe der erfassten Messwerte kann auf der internen Displayfolie 80 und optional – via Bluetooth-Funkverbindung – zusätzlich auf dem externen Anzeigegerät 16 erfolgen. Wenn dieses als Smartphone ausgebildet ist, kann durch eine geeignete Anwendungssoftware (App) eine zusätzliche Funktionalität implementiert werden.
