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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme einer Platine, wobei die Platine ausgelegt ist, Daten eines angetriebenen Werkzeuges, insbesondere für CNC-Bearbeitungszentren oder-Drehmaschinen, aufzunehmen, über Sensoren zu empfangen, zu speichern und drahtlos weiterzuleiten. Sie kann auch die Daten mit einer CPU verarbeitend und intelligent verdichtend sein und beinhaltet in geeigneter Weise Schlüsse für ein Energieversorgungssystem, diverse Sensoren und ein Power-Management-System.
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Derartige angetriebene Werkzeuge in der spanabhebenden Fertigung, insbesondere Winkelbohr- und -fräsköpfe, weisen ein eigenes Gehäuse auf, in dem sich Antrieb, Spindellagerung, Kühlmittelzufuhr, Schnittstelle(n), Getriebe und weiteres befinden und an dem die Werkzeuge wechselbar angeordnet sind. Es ist mittlerweile wünschenswert geworden, in-situ-Prozessdaten dieser Werkzeuge zu erfassen, wie beispielsweise Temperatur, Umdrehungszahl, Schwingungen, Betriebszeit etc., um diese dann im Rahmen einer Fabrik 4.0 an zentraler Stelle auszuwerten. Hierzu werden Sensoren auf Platinen und Platinen eingesetzt, die zum einen möglichst dicht an den zu überwachenden Bauteilen sitzen müssen und die zum anderen in der rauen Umgebung des arbeitenden Werkzeuges überdauern müssen. Diese Platinen müssen über entsprechende elektrische Versorgungs- und Datenleitungen verfügen. Die Gehäuse der Werkzeuge bestehen aus Metall, was für das Senden der erfassten und ggf. Aufbereiteten Daten nachteilig ist. Diese Gehäuse sind recht voluminös, so dass deren Außenkonturen möglichst nicht noch größer werden sollten.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, diese Platinen und Sensoren in einem eigenen, außen am Werkzeuggehäuse angebrachten, Metallgehäuse anzubringen, welches eine lösbar mit diesem verbundene Keramikplatte als Deckel aufweist. Hierzu weisen Gehäuse und Keramikplatte korrespondierende Bohrungen auf, die von Verbindungsmittel durchsetzbar sind, Gehäuse und Keramikplatte sind mit Dichtmitteln gegeneinander gedichtet. Aufgrund ihrer Größe und ihrer Anordung außen auf den Werkzeuggehäusen sind bei diesen Metallgehäuse die Platinen und elektrischen Kabel ohne weiteres anbringbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gehäuse zu schaffen, das eine längere Lebensdauer aufweist, die Platine besser schützt und zudem besser handhabbar, insbesondere montierbar ist und ein entsprechendes Funktionselement anzugeben.
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Die Erfindung löst diese gehäusebezogene Aufgabe bei einem Gehäuse aufweisend einen Grundkörper, geeignet zur Aufnahme einer Platine, wobei die Platine mindestens eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor sowie mindestens einen Datenspeicher, mindestens einen Prozessor und mindestens eine Antenne umfasst, wobei der mindestens eine Sensor ausgebildet ist, Daten eines angetriebenen drehenden Werkzeuges aufzunehmen, zu verarbeiten und bereit zu stellen und über die Antenne die Daten an einen Empfänger zu übermitteln, wobei der Grundkörper eine Bodenfläche sowie eine die Bodenfläche umrandende Seitenfläche aufweist, wobei Bodenfläche die Seitenfläche einen offenen Innenraum ausbilden, wobei das Gehäuse weiter einen Deckel aufweist, dadurch, dass der Grundkörper eine erste Halteebene und wenigstens eine, dazu beabstandete, zweite Halteebene aufweist, wobei erste Halteebene und zweite Halteebene jeweils durch mindestens einen ersten Abstandshalter und einen zweiten Abstandshalter definiert sind.
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Ein derartig ausgestaltetes Gehäuse erlaubt das Anordnen von Platine und Deckel übereinander in einem sehr klein bauenden Gehäuse, wobei die Sicherung der Platine gegen mechanische Einflüsse durch eine, in den Zwischenraum noch einfüllbare Vergußmasse sichergestellt ist. Die Form und Anordnung der Abstandshalter ist zunächst frei wählbar, solange sie zwei zueinander parallele und voneinander beabstandete Halteebenen, bzw. Auflageebenen, definieren. Die Abstandshalter könnten beispielsweise als Zylinder unterschiedlicher Länge ausgebildet sein, als Würfel, Quader und anderes mehr. Ein Abstandshalter kann dabei entweder nur für eine Halteebene definierend sein, oder für zwei. In diesem Fall muß er entsprechend ausgestaltet sein, beispielsweise mit zwei Tragarmen in unterschiedlicher axialer Höhe des Abstandshalters, mit einer Ausnehmung und einer Auflagefläche oder anderes mehr. Die Bodenfläche ist dabei bevorzugt polygon, insbesondere quadratisch oder rechteckig, kann jedoch auch rund ausgebildet sein. Die Seitenfläche ist im ersten Fall aus vier Seitenwänden gebildet, im zweiten aus einer Seitenwand.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass erster Abstandshalter und/oder zweiter Abstandshalter an der Seitenfläche angeordnet, insbesondere angeformt, sind. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, das Gehäuse möglichst klein im Vergleich zur Platine zugestalten, da die Abstandshalter randständig angeordnet sind. Angeformt heißt in diesem Zusammenhang, das Seitenwand/wände und Abstandshalter einstückig sind.
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Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, wonach erster Abstandshalter und/oder zweiter Abstandshalter als umlaufende Stege an der Seitenfläche ausgebildet sind. Stege sind konstruktiv einfach, einfach herstellbar und geben mit ihrer großen Oberfläche eine gute Ablagemöglichkeit für Platine und Deckel.
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Weisen erster Abstandshalter und/oder zweiter Abstandshalter Unterbrechungen auf, insbesondere entlang ihrer Längsachse auf einer Seitenwand gesehen, so ermöglichen sie mit Vorteil einen leichten Übertritt einer Vergußmasse von einer Halteebene zur anderen. Hierbei ist die unterbrochene Auflagefläche zwar grundsätzlich nachteilig, jedoch aufgrund des geringen Gewichts einer Platine oder des Deckels akzeptabel.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Grundkörper des Gehäuses als Spritzgussteil ausgebildet ist. Zwar könnte er auch aus Metall bestehen, oder per rapid manufacturing aus entsprechenden Kunststoffen hergestellt sein, jedoch ist Spritzguß besonders günstig und bewährt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgsehen, dass der Grundkörper eine Seitenführung für eine Keramikplatte als Deckel aufweist, wobei die Seitenführung am, der Bodenfläche gegenüberliegenden, Ende der Seitenfläche angeordnet ist und als Übergriff ausgebildet ist, vorzugsweise zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Seitenfläche. Anstelle eines aufzulegenden Deckels wird hiermit ein einzuschiebender Deckel vorgeschlagen. Damit sind dessen empfindliche Kanten vor mechanischer Beschädigung durch das Material des Grundkörpers geschützt, der Deckel wird vor Ort gehalten und kann leicht vergossen werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung, wonach ein Abstand zwischen erster und zweiter Halteebene größer als die Dicke einer im Gehäuse aufgenommen Platine gewählt ist. Der so geschaffene Luftspalt ermöglicht, dass eine eingefüllte Vergußmasse die Platine und den Deckel und die Seitenwände und die Bodenfläche möglichst vollflächig kontaktieren, blasenfrei aushärten und damit schützen kann. Der Abstand zwischen der Keramikplatte und der Rückseite der Platine beträgt vorzugsweise zwischen 1 mm und 0,1 mm insbesondere zwischen 0,8 mm und 0,2 mm. Dies bietet den Vorteil, dass die Platine kontaktlos zum Deckel gelagert werden kann und dennoch einen schmalen Gesamtaufbau des Spritzgussteils ermöglicht.
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Weist der Grundkörper mindestens eine Durchgangsöffnung in seiner Seitenfläche auf, die senkrecht zur Bodenfläche orientiert ist, so können durch diese zum einen die Kabel von der Platine nach außen geführt werden, zum anderen läßt sich hierdurch Vergußmasse einfüllen.
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Weist der Grundkörper mindestens eine Durchgangsöffnung in seiner Seitenfläche auf, die waagerecht zur Bodenfläche orientiert sind, so kann er durch diese in oder an einem Gehäuse eines drehenden, angetriebenen Werkzeuges befestigt werden. Da das erfindungsgemäße Gehäuse sehr klein baut, ist es mit ganz großem Vorzug in dem Material des Werkzeuggehäuses anordenbar, insbesonder ein einer Aussparung desselben.
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Weist auch die Platine Ausnehmungen zur Aufnahme von Vergussmaterial weist, so ist der Durchtritt noch mehr erleichtert.
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Die Aufgabe bezüglich des Funktionselements wird gelöst durch die Merkmale, wonach dieses ein Gehäuse wie beschrieben aufweist, in dem eine Platine auf einer ersten Halteebene eines Grundkörpers angeordnet ist, zu dieser beabstandet auf einer zweiten Halteebene ein Keramikdeckel unter den Übergriffen als Seitenführung eingeschoben ist und wobei eine Vergußmasse den Innenraum ausfüllend ist. Die Vorteile und Variationsmöglichkeiten wurden zuvor beschrieben. Die Keramik besteht vorzugsweise aus einer hoch siliziumhaltigen technischen Keramik. Diese Keramik bietet gegenüber Metallen den Vorteil, dass sie sowohl eine hohe Härte aufweist, als auch korrosionsfest sowie oxidationsbeständig ist und dabei den im Betrieb des Werkzeugs herumfliegenden Spänen gut widerstehen kann und Funkwellen nicht abschirmt. Alternativ besteht der Deckel aus einem Glasfaserverstärktem Kunststoff. Vorzugsweise besteht der Keramikdeckel aus mindestens einer Keramikplatte, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 mm und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,9 mm und 0,8 mm aufweist. Durch diese Ausgestaltung ist ein möglichst schmaler Aufbau des Gehäuses möglich, wobei die Platine dennoch weitestgehend kontaktlos zum Gehäuse angeordnet ist. Der schmale Aufbau des Deckels trägt zu einem schmalen Gesamtaufbau des Gehäuses bei, wodurch das Gehäuse derart schmal ist, dass es im Inneren eines Werkzeuges angeordnet werden kann.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
- 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses
- 2: eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Gehäuses
- 3: eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gehäuses
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Das in der gezeigten Ausführungsform beschriebene Gehäuse dient zur Aufnahme einer Platine mit einer Sensoreinheit, die einen Sensor, einen Datenspeicher, einen Prozessor und eine Antenne aufweist. Der Sensor dient dazu, beispielsweise Zustandsdaten eines angetriebenen, drehenden Werkzeugs aufzunehmen, zu verarbeiten, bereit zu stellen und über die Antenne die erhobenen Daten an einen Empfänger zu übermitteln und dazu, eine entsprechende Funktionseinheit zu bilden.
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Selbstverständlich kann die Platine mehrere Sensoreinheiten und weitere Einheiten aufweisen.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Gehäuse 1, welches zur Aufnahme einer - in der Figur nicht gezeigten - Platine eingerichtet ist, gezeigt. Das Gehäuse 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der ein Spritzgussteil ist. Der Grundkörper 2 hat eine Seitenfläche 3a, 3b, 3c, 3d aus vier Seiten sowie eine Bodenfläche 4 und bildet somit einen nach oben offenen Innenraum 5 aus. Alternativ kann eine der vier Seitenflächen entfernbar ausgebildet sein, sodass sie zunächst entnommen werden kann, wodurch der Innenraum 5 geöffnet werden kann und anschließend nach dem Einlegen einer Platine oder eines Deckels wieder verschließbar ist. Der Grundkörper 2 weist dabei eine durch die Bodenfläche 4 vorgegebene quadratische Form auf und ist vorzugsweise an den Ecken 18 abgerundet. Alternativ kann die Bodenfläche 4 in einer anderen geometrischen Form ausgebildet sein.
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Der Grundkörper 2 zeigt eine erste Haltebene 7 und eine zweite Halteebene 8 auf, die durch einen ersten Abstandshalter 9 und einen zweiten Abstandshalter 10 ausgebildet werden, die an der Seitenfläche 3a, 3b, 3c, 3d ausgeformt sind. Diese sind als zwei aufeinander angeordnete Stege ausgebildet, deren unterer, bodenflächennäherer weiter in Richtung auf denjenigen der gegenüberliegenden Seite einspringt, als der darüber befindliche Steg. Sowohl die erste als auch die zweite Halteebene 7, 8 weisen dabei Unterbrechungen 12 auf, die senkrecht zur Bodenfläche 4 ausgebildet sind. Vorzugsweise sind an jeder Seitenfläche 3a, 3b, 3c, 3d zwei Unterbrechungen 12 ausgebildet, die die Abstandshalter 9, 10 der Halteebenen 7, 8 senkrecht zur Bodenfläche 4 unterbrechen. Die Abstandshalter 9,10 sind wie dargestellt im Querschnitt rechteckig ausgebildet, können erfindungsgemäß jedoch auch abgerundet oder in einer anderen geometrischen Form ausgebildet sein.
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Die erste und zweite Halteebene 7, 8 sind stufenartig zueinander angeordnet. Somit ragt die erste Halteebene 7 weiter in den Innenraum 5 des Grundkörpers 2 hinein als die zweite Halteebene 8. Vorzugsweise sind die Halteabschnitte 9,10 auf der zur offenen Seite des Innenraumes hinweisenden Seite in einer gleichen Geometrie ausgebildet. Alternativ können die Halteabschnitte 9,10 unterschiedliche Geometrien aufweisen. Der Grundkörper ist ein Spritzgußkörper.
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Die erste Halteebene 7 nimmt eine - in der 1 nicht gezeigte - Platine auf. Die Platine kann dabei mit großem Vorteil von oben in den Innenraum 5 des Grundkörperss 2 durch Absenken auf die erste Halteebene 7 aufgelegt werden oder durch eine - in der 1 nicht gezeigte - geöffnete Seitenwand eingelegt werden. Die elektronischen Bauteile der Platine weisen vorzugsweise in Richtung der Bodenfläche 4. Mit großem Vorteil können die elektrischen Leitungen bereits an die Platine montiert sein, ein Benutzer wird sie diese dann während des Einlegens durch die beiden Durchgangsöffnungen 14 nach außen führe. Die elektronischen Bauteile sind so auf der einen Seite vom Grundkörper und von der anderen Seite von der Platine geschützt.
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Der Grundkörper 2 weist eine Seitenführung 13 auf, die auf den Seitenflächen 3a, 3b, 3c, 3d des Spritzgussteils 2 und im Bereich der zweiten Halteebene 8 in Form von Umgriffen ausgebildet ist.
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Die zweite Halteebene 8 ist eingerichtet, einen - in der Figur nicht gezeigten - Deckel, insbesondere Keramikdeckel, aufzunehmen. Der Keramikdeckel wird in den Grundkörper 2 eingeschoben und zwar unter die Umgriffe, die dessen Ränder umgreifen. Der Deckel, insbesondere Keramikdeckel, verschließt dabei den Innenraum 5 des Grundkörpers 2, wodurch die Platine von oben vor Einflüssen geschützt wird.
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Durch die stufenartige Anordnung der Halteabschnitte 9, 10 halten die Halteebenen 7, 8, die die Platine und den Keramikdeckel aufnehmen und mit ihnen eine abschließende Ebene bilden, einen vorbestimmten Abstand zueinander ein. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der Rückseite der Platine und der Keramikplatte zwischen 1 mm und 0,2 mm. Durch diese Ausgestaltung ist ein möglichst schmaler Aufbau des Gehäuses 1 möglich, wobei die Platine dennoch weitestgehend kontaktlos zum Gehäuse 1 angeordnet ist. Der schmale Gesamtaufbau des Gehäuses 1 bietet den Vorteil, dass es im Inneren eines Werkzeuges angeordnet werden kann.
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Die Durchgangsöffnungen 14 sind bei eingelegter Platine durch diese teilweise verschlossen, jedoch kann durch sie Vergußmasse in den Innenraum 5 gegeossen werden. Dort gelangt sie mittels der Ausnehmungen 12 und der in der Platine ggf. vorhandenen Löcher zwischen die Grundfläche und erste Halteebene 7, zwischen erste und zweite Halteebene 8 bis an den Deckel. Die Vergußmasse härtet blasenfrei aus und stellt so eine stoffschlüssige, dichte und mechanisch widerstandsfähige Verbindung her.
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Des Weiteren weist mindestens eine Seitenfläche 3a, 3b, 3c oder 3d zwei senkrechte Durchgangsöffnungen 15 auf, wobei diese an der Seite der geöffneten Seite des Grundkörpers 2 Vertiefungen 16 aufweisen, um Verbindungselemente aufzunehmen. Als Verbindungselemente werden bevorzugt Schrauben oder Bolzen verwendet. Mittels der Ausnehmungen, die Verbindungselemente aufnehmen, kann das fertig ausgebildete Gehäuse mit dem Spritzgussteil 2 und der Platine im Inneren eines Werkzeuges befestigt werden, wodurch es optimal geschützt wird.
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In der 2 und in der 3 sind eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht der oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses 1 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Spritzgussteil
- 3
- Seitenflächen (3a, 3b, 3c, 3d)
- 4
- Bodenfläche
- 5
- Innenraum
- 6
- Deckel
- 7
- Erste Halteebene
- 8
- Zweite Halteebene
- 9
- Erster Abstandshalter
- 10
- Zweiter Abstandshalter
- 11
- Innenseite
- 12
- Unterbrechungen
- 13
- Seitenführung
- 14
- Durchgangsöffnung
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16
- Vertiefungen
- 17
- Keramikplatte
- 18
- Ecken des Grundkörpers
- 19
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