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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Einsetzen in eine Werkzeugaufnahme einer Werkzeugspannvorrichtung, mit einem Messkörper, und mit einer Spannungsquelle und mit einer Sensoreinheit zur Erfassung eines Messwerts einer Messgröße in Kontakt stehenden Steuer-und Erfassungseinheit.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Messwerts einer Messgröße mittels einer Messvorrichtung.
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Solche Messvorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der DE 10 2010 01 8706 B4 bekannt, in der eine Messvorrichtung zur Messung der Spannkraft einer Werkzeugspannvorrichtung beschrieben wird. Dabei ist der Messvorrichtung eine Zeitmesseinheit zugeordnet, die die Spannungsquelle von einem deaktivierten in einen aktivierten Zustand umschaltet. Eine der Messvorrichtung zugeordnete Empfangseinheit wird dabei in periodischen Abständen eingeschaltet, um festzustellen, ob eine Messung durchgeführt werden soll. Dieses periodische Ein- und Ausschalten der Empfangseinheit benötigt aber viel Energie aus dem Energiespeicher, dessen Lebensdauer dadurch erheblich reduziert wird. Dies kann auch dazu führen, dass eine Messung aufgrund des zu geringen Ladestandes des Energiespeichers nicht durchgeführt werden kann und die Produktion dadurch behindert wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine energieeffizientere Messvorrichtung und ein energieeffizienteres Verfahren bereitzustellen, mittels derer eine verlängerte Nutzungsdauer des Messgerätes erreicht werden kann.
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Die Aufgabe, die Messvorrichtung betreffend, wird bei einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Messkörper ein Verstellglied angeordnet ist, das verstellbar ist in eine Aktivierungsstellung, in der die Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Sensoreinheit sowie der Steuer-und Erfassungseinheit aktivierbar ist und/oder in eine Messstellung zur Erfassung des Messwerts einer Messgröße durch die Steuer-und Erfassungseinheit und durch die Sensoreinheit.
Indem das Verstellglied in eine Aktivierungsstellung verstellbar ist, kann eine energieeffiziente Aktivierung im Bedarfsfall erfolgen. Eine periodisch erfolgende, energieintensive Abfrage wird damit unnötig. Die Steuer- und Erfassungseinheit steuert dabei den Messprozess und erfasst so den Messwert einer Messgröße. Die Sensoreinheit ist bevorzugt gebildet als Dehnungsmessstreifen und/oder als Abstandsensor und/oder als Kolbenstangensensor. Die Spannungsquelle ist im Rahmen der Erfindung gebildet als Akkumulator oder als Batterie. Außerdem ist das Verstellglied bevorzugt als ein Kolben mit einer Kolbenstange oder als ein Bolzen gebildet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Messkörper einenends einen Bund - also einen einseitig offenen Hohlzylinder - aufweist, in dem das Verstellglied geführt ist und dass das Verstellglied derart im Bund positioniert ist, dass es durch ein Bauteil der Werkzeugspannvorrichtung beaufschlagbar ist. Hierdurch wird eine mechanische Lösung zur Verstellung des Verstellglieds ermöglicht, die keine zusätzliche Energieversorgung durch die Spannungsquelle bedarf. Das Bauteil kann dabei gebildet sein als ein in der Werkzeugaufnahme der Werkzeugspannvorrichtung angeordneter Spannkopf, oder als eine Spindel oder als ein an einer Spindel der Werkzeugspannvorrichtung ausgebildetes Druckstück oder dergleichen. Die Beaufschlagung des Verstellglieds erfolgt dabei bevorzugt durch das Kontaktieren des Bauteils mit dem Verstellglied.
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Zur Anzeige des ermittelten Messwerts ist es vorteilhaft, wenn am Griff und/oder amMesskörper eine mit der Steuer-und Erfassungseinheit in Kontakt stehende Anzeigeneinheit angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass der Werkzeugspannvorrichtung eine Anzeigenvorrichtung zur Anzeige des Messwerts zugeordnet ist.
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Zur Übertragung des Messwerts auf die Anzeigeneinheit oder die Anzeigenvorrichtung ist es vorgesehen, dass der Sensoreinheit oder der Steuer-und Erfassungseinheit ein Sender zugeordnet ist. Die Übertragung des Messwerts erfolgt dabei vorzugsweise drahtlos über Funk, insbesondere über Bluetooth. Ist die Anzeigeeinheit direkt im Messkörper integriert, ist eine Übertragung via Funk nicht erforderlich.
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Um die Energieentnahme aus der Spannungsquelle weiter zu reduzieren, ist es insbesondere von Vorteil, wenn dem Verstellglied eine Feder zur Verstellung in die Messstellung mittels der durch die Feder auf das Verstellglied ausgeübten Rückstellkraft zugeordnet ist. Die Verstellung des Verstellglieds in die Messstellung erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform ausschließlich durch die Rückstellkraft der Feder. In einer alternativen Ausführungsform kann die Verstellung auch lediglich teilweise durch die Rückstellkraft der Feder erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist um einen Teil der Kolbenstange des als Kolben gebildeten Verstellglieds eine Spiralfeder angeordnet.
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Zur Deaktivierung der Energieentnahme aus der Spannungsquelle ist es vorgesehen, dass der Steuer- und Erfassungseinheit ein Zeitmesser oder eine Verzögerungseinheit zugeordnet ist. Dabei kann in der Steuer- und Erfassungseinheit eine Messdauer hinterlegt sein, nach deren Ablauf sich die Messvorrichtung automatisch deaktiviert. Dies erhöht ebenfalls die Energieeffizienz der Messvorrichtung
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Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass das Verstellglied verstellbar ist in eine Deaktivierungsstellung, in der die Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Sensoreinheit sowie der Steuer-Erfassungseinheit deaktivierbar ist. Die Verstellung des Verstellglieds in die Deaktivierungsstellung kann dabei entweder über einen Zeitmesser bzw. Verzögerungseinheit erfolgen und/oder wird durch ein Signal an die Steuer-und Erfassungseinheit bei der Verstellung des Verstellglieds initiiert. Alternativ kann auch die erneute Verstellung des Verstellglieds in die Aktivierungsstellung, d.h. die Beaufschlagung des Verstellglieds- eine Deaktivierung der Energieentnahme ermöglichen.
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Die Aufgabe das Verfahren betreffend wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen eines Messwerts einer Messgröße in einer ein Druckstück aufweisenden Werkzeugaufnahme einer Werkzeugspannvorrichtung mittels einer Messvorrichtung, die einen Messkörper und eine mit einer Spannungsquelle und einer Sensoreinheit in Kontakt stehenden Steuer- und Erfassungseinheit aufweist und mit einem im Messkörper angeordneten Verstellglied umfassend die folgenden Schritte:
- A) Einsetzen der Messvorrichtung in die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugspannvorrichtung;
- B) Verstellen des Verstellglieds in eine Aktivierungsstellung durch das Druckstück und damit Aktivierung der Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Sensor-, sowie der Steuer- und Erfassungseinheit;
- C) Spannen der Messvorrichtung in der Werkzeugspannvorrichtung und damit verbundenes Verstellen des Verstellglieds in eine Messstellung;
- D) Messung des Messwerts einer Messgröße mittels der Sensoreinheit;
- E) Übertragen des Messwerts an die Steuer- und Erfassungseinheit;
- F) Lösen der Messvorrichtung;
- G) Entnahme der Messvorrichtung aus der Werkzeugaufnahme.
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Hierdurch wird eine Aktivierung der Messvorrichtung bereitgestellt, die keine zusätzliche Energie durch die Spannungsquelle benötigt. Eine energieintensive periodische Abfrage ist nicht mehr notwendig. Die Lebensdauer der Spannungsquelle kann dadurch verlängert werden und die Messvorrichtung wird länger nutzbar. Die Verstellung des Verstellglieds in die Aktivierungsstellung erfolgt dabei bevorzugt durch Kontaktieren mit dem Druckstück, wodurch das Verstellglied beaufschlagt wird. Dabei kann es auch ausreichen, wenn lediglich ein Teil des dem Druckstück zugewandten Teils des Verstellglieds mit dem Druckstück kontaktiert. In einer alternativen Ausführungsform kann die Beaufschlagung d.h. die Verstellung des Verstellglieds in die Aktivierungsstellung auch über andere in der Werkzeugspannvorrichtung ausgebildete Bauteile wie die Spindel oder der Spannkopf oder dergleichen erfolgen. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte muss dabei nicht streng der Auflistung folgen; so kann Schritt A) und B) zusammen erfolgen und auch Schritt E) kann erst nach G) durchgeführt werden.
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Die Verstellung des Verstellglieds in eine Messstellung erfolgt dabei bevorzugt durch eine dem Verstellglied zugeordnete Feder. Durch die auf das Verstellglied wirkende Rückstellkraft der Feder beim Spannvorgang durch die Werkzeugspannvorrichtung erfolgt die Verstellung in die Messstellung.
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Zur Anzeige des Messwertes ist der zumindest Schritt D) folgende Schritt vorgesehen:
- - Anzeige des Messwertes über die Steuer- und Erfassungseinheit an einer am Messkörper oder Griff ausgebildeten Anzeigeeinheit und/oder
- - Übertragen des Messwertes über einen in der Steuer- und Erfassungseinheit ausgebildeten Sender an eine der Werkzeugspannvorrichtung zugeordneten Anzeigenvorrichtung oder direkt übergeordnete Maschinensteuerung. Dadurch kann der Messwert entweder an der Messvorrichtung selber und/oder an der Werkzeugspannvorrichtung angezeigt werden. Desweiteren kann der Messwert auch an eine eigens für diesen Zweck zur Verfügung gestellten externen Anzeigeeinrichtung über den Sender auf dieser dargestellt werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn Schritt A) automatisiert erfolgt durch Ergreifen der Messvorrichtung, mittels eines Werkzeugwechslers aus einem Werkzeugmagazin und Einsetzen in die Werkzeugaufnahme der Werkzeugspannvorrichtung und dass Schritt G) automatisiert erfolgt durch Entnahme der Messvorrichtung aus der Werkzeugaufnahme mittels des Werkzeugwechslers und Einsetzen oder Ablegen in das Werkzeugmagazin. Dies beschleunigt den Messvorgang erheblich und ermöglicht den Verschleiß regelmäßig zu überprüfen, um Ausfälle der Werkzeugspannvorrichtung zu vermeiden.
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Zur Vermeidung von Messfehlern und zur genaueren Ermittlung des Messwerts der Messgröße ist es bevorzugt, wenn der Schritt D) mehrfach durchgeführt wird und dass zumindest dem Schritt D) der Schritt folgt:
- - Bilden eines Mittelwertes aus der Vielzahl der Messwerte durch die Steuer-und Erfassungseinheit.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass in der Messstellung als Messgröße eine Einzugskraft einer der Werkzeugspannvorrichtung zugeordneten Spindel und/oder ein Hub des Druckstücks ermittelt wird.
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Zur Überprüfung des Ladestands der Spannungsquelle ist es insbesondere bevorzugt, wenn der aktuelle Ladestand der Spannungsquelle ermittelt wird, und wenn der Ladestand an die Anzeigeneinheit und/oder die Anzeigenvorrichtung übermittelt wird.
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Zur Verbesserung der Energieeffizienz ist es vorgesehen, dass nach Übertragung des Messwerts an die Anzeigeneinheit oder die Anzeigenvorrichtung der Schritt folgt:
- - Deaktivierung der Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Steuer- und Erfassungseinheit sowie der Sensoreinheit. Alternativ kann die Deaktivierung der Energieentnahme auch über einen der Steuer- und Erfassungseinheit zugeordneten Zeitmesser erfolgen, der nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeit zur automatischen Deaktivierung der Energieentnahme und damit zur Deaktivierung der Messvorrichtung führt.
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Alternativ oder ergänzend ist der folgenden Schritt vorgesehen:
- - Verstellen des Verstellglieds in eine Deaktivierungsstellung in der die Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Steuer- und Erfassungseinheit sowie der Sensoreinheit deaktiviert wird. Die Deaktivierungsstellung kann dabei in einer Ausführungsform mit der Aktivierungsstellung übereinstimmen, so dass die Deaktivierung der Energieentnahme und damit der Messvorrichtung mit dem Lösevorgang der Messvorrichtung aus der Werkzeugspannvorrichtung erfolgt.
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Im Folgenden wird die Erfindung exemplarisch an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der ersten Messvorrichtung,
- 2 eine teilgeschnittene Ansicht der ersten Messvorrichtung und des korrespondierenden Teils der Werkzeugspannvorrichtung,
- 3 einen Ausschnitt eines Längsschnittschnitts der ersten Messvorrichtung und der Werkzeugspannvorrichtung in gelöstem Zustand,
- 4 einen Ausschnitt eines Längsschnittschnitts der ersten Messvorrichtung und der Werkzeugspannvorrichtung in der Aktivierungsstellung,
- 5 einen Ausschnitt eines Längsschnittschnitts der ersten Messvorrichtung in der Werkzeugaufnahme in der Messstellung,
- 6 eine teilgeschnittene Ansicht der Messvorrichtung und des korrespondierenden Teils der Werkzeugspannvorrichtung; in der Messstellung dargestellt,
- 7 ein Schema des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens mit kombinierter Einzugskraft- und Hubmessung und
- 8 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Hubmessung.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung 1 mit einem Messkörper 2, der einenends einen Griff 3 aufweist und anderenends einen Bund 4 aufweist zur Aufnahme in eine Werkzeugaufnahme 6 einer Werkzeugspannvorrichtung 5.
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2 zeigt einen Teilabschnitt der Messvorrichtung 1 aus 1 und ein teilgeschnittenes Fragment einer Spindel 7 der Werkzeugspannvorrichtung 5, welches an dem der Messvorrichtung 1 zugewandten Ende ein Druckstück 8 aufweist. Im Messkörper 2 ist im Bund 4 ein als Kolben 9 mit einer Kolbenstange 11 gebildetes Verstellglied 10 geführt. Die Kolbenstange 11 wird teilweise von einer als Spiralfeder gebildeten Feder 12 umfasst. Im Griff 3 der Messvorrichtung 1 ist eine nicht dargestellte, als ein Akkumulator oder als eine Batterie gebildete Spannungsquelle angeordnet. Darüber hinaus sind im Messkörper 2 eine nicht näher dargestellte Steuer- und Erfassungseinheit angeordnet, die in Kontakt steht mit der Spannungsquelle und mit einem Kraftmesssystem, beispielsweise einer als Dehnungsmessstreifensensor (DMS) gebildeten, nicht dargestellten Sensoreinheit. Die Steuer-, und Erfassungseinheit weist eine am Griff 3 ausgebildete Anzeigeneinheit 13 auf. Alternativ oder ergänzend kann auch an der Werkzeugspannvorrichtung 5 eine nicht dargestellte Anzeigenvorrichtung ausgebildet sein, sodass ein nicht dargestellter Sender den Messwert auch an die Anzeigenvorrichtung übertragen kann. Die Steuer-und Erfassungseinheit dient dabei der Steuerung des Messvorgangs der Messgröße durch die Sensoreinheit, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ermittlung der Einzugskraft bzw. der Spannkraft. Optional kann die Steuer-und Erfassungseinheit auch noch eine Auswerteeinheit umfassen, mit deren Hilfe der Messwert oder im Fall einer Mehrzahl von Messvorgängen, ein Mittelwert aus den einzelnen Messwerten gebildet werden kann.
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Anhand der 3 bis 5 und anhand der schematischen Darstellungen der 7 und 8 können das erfindungsgemäße Verfahren, d.h. die Aktivierung, der Messvorgang und die Deaktivierung der Messvorrichtung nachvollzogen werden. Zunächst wird die Messvorrichtung 1 automatisch durch einen nicht dargestellten Werkzeugwechsler aus einem nicht dargestellten Werkzeugmagazin in das Bearbeitungszentrum gebracht. Die Messvorrichtung 1 ist deaktiviert, d. h. eine Energieentnahme aus dem Energiespeicher findet nicht statt.
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Die Messvorrichtung 1 wird in die Werkzeugaufnahme 6 der Werkzeugspannvorrichtung eingeführt. Dabei kontaktieren der Kolben 9 der Messvorrichtung 1 und ein Bauteil 14 der Werkzeugspannvorrichtung 5, nämlich das Druckstück 8, wie in 4 dargestellt. Das Druckstück 8 beaufschlagt dabei den Kolben 9, so dass eine gegen die Federkraft der Feder 12 wirkende Kraft auf den Kolben 9 ausgeübt wird. Der Kolben 9 wird in Richtung der Feder 12 in die Aktivierungsstellung verstellt, wobei die Feder 12 komprimiert wird. In der Aktivierungsstellung wird die Energieentnahme aus der Spannungsquelle zur Versorgung der Sensoreinheit und der Steuer-und Erfassungseinheit aktiviert. Die Erkennung der Aktivierungsstellung erfolgt dabei über eine positive Flankenerkennung.
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Anschließend wird die Messvorrichtung in der Werkzeugspannvorrichtung 5 gespannt. Dabei wird das Druckstück 8 entgegen der Richtung des Kolbens 9 verstellt. Wie 5 zeigt, wird der Kolben 9 aufgrund der Rückstellkraft der Feder 12 in die Messstellung verstellt. Die Elektronik der Steuer- und Erfassungseinheit wird mit beginnender Aktivierungsstellung hochgefahren und die Steuer- und Erfassungseinheit steuert die Durchführung einer vordefinierten Anzahl von Messungen einer Messgröße, in diesem Ausführungsbeispiel die Einzugskraft der Werkzeugspannvorrichtung 5. Die Einzugskraft wird durch die Dehnung der Dehnungsmessstreifen der Sensoreinheit gemessen und durch die Steuer- und Erfassungseinheit erfasst. Die so ermittelten Messwerte werden über die Steuer- und Erfassungseinheit an die Anzeigeneinheit 13 oder die Anzeigenvorrichtung über eine Funkverbindung drahtlos übertragen. Gleichzeitig wird der Ladezustand der Spannungsquelle ermittelt und an die Anzeigeneinheit 13 und/oder die Anzeigenvorrichtung übertragen. Die Messvorrichtung 1 wird gelöst. Dabei wird der Kolben 9 wieder in die Aktivierungsstellung verstellt. Aus der Mehrzahl an Messungen kann ein Mittelwert entweder durch die Steuer- und Erfassungseinheit ermittelt werden, die eine als Microcontroller gebildete Auswerteeinheit umfasst, oder der Mittelwert wird in einer der Werkzeugspannvorrichtung 5 zugeordneten Auswerteeinheit ermittelt. Im zweiten Fall erfolgt die Deaktivierung der Energieentnahme aus der Spannungsquelle im Anschluss an die Datenübertragung d.h. durch die nochmalige Verstellung des Kolbens 9 in die Aktivierungsstellung, die nun eine Deaktivierungsstellung ist. Im ersten Fall ist der Steuer- und Erfassungseinheit ein nicht dargestellter Zeitmesser zugeordnet, so dass die Deaktivierung der Energieentnahme nach einer vorher in der Steuer- und Erfassungseinheit hinterlegten Zeit automatisch erfolgt.
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Alternativ oder ergänzend ist es möglich, nicht nur die Einzugskraft durch die Messvorrichtung 1 zu ermitteln, sondern gleichzeitig auch den Hub des Druckstücks 8, um Rückschlüsse auf den Verschleiß der Werkzeugspannvorrichtung 5 ziehen zu können. Hierbei ist, wie 6 zeigt, die Länge des als Kolben 9 gebildeten Verstellglieds 10 mindestens so lang wie der maximal ausführbare Hub des Druckstücks 8. Der Anzeigeneinheit 13 oder der Anzeigenvorrichtung ist dabei ein Bedienfeld 15 zugeordnet, in der zwischen einer Hubmessung oder eine Einzugskraftmessung gewählt werden kann. Die Sensoreinheit weist dabei zusätzlich ein wegmessendes System wie zum Beispiel einen Kolbenstangensensor oder einen Abstandssensor auf. Die Messung läuft analog zu dem weiter oben beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der Einzugskraft ab. Dabei können die Steuer- und Erfassungseinheit und/oder die Auswerteeinheit aus dem Abstand zwischen dem Verstellglied 10 und dem Druckstück 8 auf den Hub des Druckstücks 8 schließen. Eine Verlängerung des Hubs sind erste Anzeichen für Verschleißerscheinungen, während bei einer Verringerung des Hubs auf eine unzureichende Schmierung geschlossen werden kann.
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Die Messwerte werden gleichzeitig unabhängig voneinander aufgenommen und können auch gleichzeitig angezeigt werden. Die Kombination aus Einzugskraft und Hub ist ein guter Indikator für Verschleiß.
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Eine weitere Besonderheit ist, dass die Einzugskraftmessung und/oder die Hubmessung unter Rotation durchgeführt werden kann. Die Messungen können bei unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Spindelbeschleunigungen und/oder Spindelabbremsen erfolgen, wie 8 verdeutlicht. Außerdem kann das Verfahren wie 7 zeigt Kontrollschritte umfassen: Nach der Beaufschlagung der Sensoreinheiten d.h. nach der Verstellung des Verstellglieds 10 in die Messstellung wird durch die Steuer-und Erfassungseinheit überprüft, ob die Verstellung erfolgt ist. Ist dies nicht der Fall wird die Messvorrichtung 1 deaktiviert, d.h. die Energieentnahme deaktiviert. Ist die Verstellung dagegen erfolgt, so werden nach einer kurzen Verweilzeit zum booten einer den Messvorgang steuernden Elektronik der Steuer- und Erfassungseinheit, die Messwerte ermittelt. Weiterhin wird nach der Übertragung des Mittelwerts auf die Anzeigeneinheit 13 in einem weiteren Schritt abgefragt, ob die Übertragung erfolgreich war.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung
- 2
- Messkörper
- 3
- Griff
- 4
- Bund
- 5
- Werkzeugspannvorrichtung
- 6
- Werkzeugaufnahme
- 7
- Spindel
- 8
- Druckstück
- 9
- Kolben
- 10
- Verstellglied
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Feder
- 13
- Anzeigeneinheit
- 14
- Bauteil
- 15
- Bedienfeld
