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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines drehantreibbaren Schneidwerkzeugs, wie einem Bohrwerkzeug oder einem Fräswerkzeug, mit einem sich entlang einer Drehachse erstreckenden Grundkörper, der funktional in einen Spannabschnitt zum Aufnehmen und Spannen des Schneidwerkzeugs und einen den Spannabschnitt in Axialrichtung verlängernden Schaftabschnitt zum Ankoppeln an eine Werkzeugmaschinenspindel unterteilt ist. Die Axialrichtung entspricht einer Richtung entlang der Drehachse. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Konfigurator für die Werkzeugaufnahme sowie ein Verfahren zum Herstellen der Werkzeugaufnahme.
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Derartige Werkzeugaufnahmen werden eingesetzt, um das Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von einem Werkstück präzise zu fixieren. Für die Güte der spanenden Bearbeitung sind verschiedene Parameter ausschlaggebend. Beispielsweise können eine Schnittgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs, eine Temperatur des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder von Schneiden des Schneidwerkzeugs oder eine Schärfe der Schneiden die Oberflächenbeschaffenheit und somit die erreichte Bearbeitungsgüte beeinflussen. Diese können bisher jedoch nicht oder nur mit hohem Aufwand erfasst werden.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Werkzeugaufnahme bereitgestellt werden, bei der es auf besonders einfach Weise ermöglicht ist, Parameter bei der Werkstückbearbeitung zu erfassen, ohne dass eine Funktionsfähigkeit der Werkzeugaufnahme beeinträchtigt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Werkzeugaufnahme gemäß Patentanspruch 1, durch einen Konfigurator für eine solche Werkzeugaufnahme gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines drehantreibbaren Schneidwerkzeugs mit einem sich entlang einer Drehachse erstreckenden Grundkörpers gelöst. Erfindungsgemäß ist in dem Grundkörper ein Freiraum zur Aufnahme eines elektronischen Bauteils ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein elektronisches Bauteil in der Werkzeugaufnahme integriert werden kann und so beispielsweise Parameter der Werkstückbearbeitung direkt erfasst werden können. Eine Befestigung des elektronischen Bauteils außen an der Werkzeugaufnahme, was Einschränkungen hinsichtlich der Einsetzbarkeit der Werkzeugaufnahme bedingen kann, kann also vermieden werden. Der Bauraum der Werkzeugaufnahme wird dadurch optimal genutzt. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass das elektronische Bauteil vor einer aggressiven Umgebung und Medieneinflüssen geschützt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Freiraum als ein vollständig von Material des Grundkörpers umschlossener Hohlraum ausgebildet sein. Das heißt, dass der Freiraum keine Verbindung, wie beispielweise einen Außenverbindungskanal, zu einer Außenseite der Werkzeugaufnahme besitzt. Der Freiraum kann also als ein hohler Raum im Inneren des Grundkörpers der Werkzeugaufnahme ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Eindringen von Fremdkörpern, wie beispielsweise Späne oder Kühlmittel/Schmiermittel, in den Freiraum ausgeschlossen wird. So wird in einfacher Weise verhindert, dass die Funktionsfähigkeit des in dem Freiraum aufgenommenen elektronischen Bauteils beeinträchtigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann in dem Grundkörper ein den Freiraum mit einer Außenseite des Grundkörpers verbindender Kanal ausgebildet sein, dessen Querschnitt geringer als ein Querschnitt des Freiraums und/oder des aufzunehmenden elektronischen Bauteils ist. Das heißt, dass der Freiraum teilweise mit Material des Grundkörpers umschlossen ist. Der Kanal ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Kommunikation, beispielsweise über ein durch den Kanal hindurchgeführtes Kabel oder über ein Signal, so dass das aufgenommene elektronische Bauteil Daten an einen Empfänger außerhalb der Werkzeugaufnahme übertragen kann. Das Signal kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform als eine elektromagnetische Welle eines RFID-Signals ausgebildet sein. Dadurch, dass der Querschnitt des Kanals geringer als der Querschnitt des Freiraums und/oder des aufzunehmenden elektronischen Bauteils ist, wird sicher ausgeschlossen, dass das elektronische Bauteil durch den Kanal aus dem Freiraum herausfallen kann. Gleichzeitig wird dadurch sichergestellt, dass möglichst wenig Material des Grundkörpers zum Einbringen des Kanals entfernt werden muss, so dass Eigenschaften der Werkzeugaufnahme, wie beispielsweise Festigkeitseigenschaften, durch den Kanal kaum oder nicht verändert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Freiraum als eine Tasche ausgebildet sein, die zu einer radialen Innenseite, radialen Außenseite oder axialen Stirnseite des Grundkörpers oder eines Abschnitts des Grundkörpers, d.h. des Spannabschnitts oder des Schaftabschnitts, geöffnet ist. Beispielsweise kann der Freiraum einen runden, ovalen, polygonförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Freiraum ringförmig, ringsegmentförmig oder spiralförmig ausgebildet sein. In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Freiraum durch einen vorzugsweise integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Hinterschnitt zumindest teilweise begrenzt sein. Durch das Vorsehen des Hinterschnitts kann eine Position des in dem Freiraum anzuordnenden Bauteils in einer Richtung, beispielsweise in Radialrichtung festgelegt werden. Gleichzeitig kann das Bauteil über einen hinterschnittfreien Abschnitt, der den Freiraum begrenzt/abgrenzt, in den Freiraum eingesetzt werden. Auch ist es möglich, dass der Freiraum über ein separates Bauteil, wie einer Verschlussplatte, zu einer Außenseite des Grundkörpers verschlossen ist, was ein Herausfallen des elektronischen Bauteils verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Freiraum in einem Bereich eines radial äußeren Drittels des Durchmessers des Grundkörpers angeordnet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Freiraum radial außerhalb eines Spannfutters angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Freiraum in einer Planfläche um das Spannfutter angeordnet. Das Spannfutter kann als ein Schrumpffutter, eine Spannzange, ein Hydrodehnspannfutter oder ein Spanndorn ausgebildet sein. Somit wird der radial äußere Bereich des Grundkörpers, insbesondere des Spannabschnitts genutzt, um den Freiraum in diesem anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass der Freiraum besonders bauraumsparend innerhalb der Werkzeugaufnahme ausgebildet ist, so dass die Größe der Werkzeugaufnahme durch das Ausbilden des Freiraums gleich bleibt, d.h. nicht ansteigt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Freiraum vorzugsweise vollständig in dem Spannabschnitt angeordnet sein. Alternativ kann der Freiraum vorzugsweise vollständig in dem Schaftabschnitt angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Freiraum teilweise in dem Spannabschnitt und teilweise in dem Schaftabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Freiraum vollständig in dem Spannabschnitt oder in dem Schaftabschnitt ausgebildet ist, was den Vorteil hat, dass nur einer der beiden Abschnitte konstruktiv geändert oder nachträglich bearbeitet werden muss, um den Freiraum in dem entsprechenden Abschnitt einzubringen. So wird der Herstellungs- und/oder Bearbeitungsaufwand minimiert und gleichzeitig ermöglicht, dass zumindest einer des Schaftabschnitts und des Spannabschnitts unverändert bleibt. Wenn der Freiraum in dem Schaftabschnitt angeordnet ist, kann er insbesondere an einer radialen Innenseite des Schaftabschnitts, d.h. beispielsweise an einer Innenseite des Hohlschaftkegels, angeordnet sein. Somit ist der Freiraum zugänglich und platzsparend untergebracht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Spannabschnitt einen Ringabschnitt mit sich in Axialrichtung erstreckenden Schaufeln aufweisen. Vorzugsweise wird der Spannabschnitt mit einer hohen Drehzahl angetrieben, so dass durch eine Form der Schaufeln eine Späneabsaugvorrichtung geschaffen wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform kann der Freiraum in dem Ringabschnitt angeordnet sein, beispielsweise durch eine Tasche, die an einer radialen Außenseite angeordnet ist, gebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Freiraum zu einer axialen Stirnseite des Spannabschnitts, die dem Schaftabschnitt zugewandt ist, hin und/oder einer axialen Stirnseite des Schaftabschnitts, die dem Spannabschnitt zugewandt ist, hin offen/geöffnet sein. Zudem ist es besonders bevorzugt, wenn der Schaftabschnitt und der Spannabschnitt separat voneinander ausgebildet sind. Mit anderen Worten wird der Freiraum durch eine Tasche in dem Schaftabschnitt oder dem Spannabschnitt, deren Öffnung durch den jeweils anderen daran angrenzenden Abschnitt verschlossen wird, gebildet. Die Tasche erstreckt sich dabei von der axialen Stirnseite aus in Axialrichtung in den Spannabschnitt oder in den Schaftabschnitt hinein. Dies hat den Vorteil, dass der Freiraum einfach hergestellt werden kann. Zudem wird dadurch in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass der Freiraum zugänglich ist, wenn der Spannabschnitt und der Schaftabschnitt voneinander gelöst werden. So kann das elektronische Bauteil in dem Freiraum montiert und demontiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können/kann der Spannabschnitt und/oder der Schaftabschnitt in einem generativen Herstellungsverfahren, insbesondere in einem selektiven Laserschmelzverfahren, hergestellt sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform kann der Freiraum bei der Herstellung des Spannabschnitts und/oder des Schaftabschnitts mithergestellt sein. Das heißt, dass der Freiraum in demselben Bearbeitungsschritt wie der Spannabschnitt und/oder der Schaftabschnitt hergestellt ist. Insbesondere in einem generativen Herstellungsverfahren lassen sich komplexe Geometrien einfach herstellen. So ist es ohne konstruktiven Zusatzaufwand möglich, den Freiraum bei der Herstellung des Grundkörpers oder von Teilen des Grundkörpers, wie dem Spannabschnitt und dem Schaftabschnitt, ohne einen zusätzlichen Fertigungsschritt einzubringen. Der Freiraum kann beispielsweise eingebracht werden, indem ein zur Herstellung verwendetes Metallpulver in dem Freiraum nicht aufgeschmolzen wird und nach der Herstellung des Grundkörpers aus dem Freiraum entfernt wird.
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Eine generative Herstellung ermöglicht eine Ausbildung von geschlossenen oder nahezu geschlossenen Hohlräumen oder von Hohlräumen mit Hinterschneidungen, was in einem spanenden Herstellungsverfahren nicht herstellbar ist. Zudem bietet eine generative Herstellung die Möglichkeit, komplexe, beispielsweise speziell an das aufzunehmende Bauteil angepasste, Geometrien zu erzeugen. Somit kann das aufzunehmende elektronische Bauteil genau positioniert und sogar durch die Geometrie des Freiraums in seiner Position innerhalb des Freiraums, beispielsweise durch eine Hinterschneidung, festgelegt werden. Die Geometrie des Freiraums ist folglich nicht auf eine rotationssymmetrische Form wie bei der Herstellung durch Fräsen oder Bohren beschränkt, so dass beispielsweise gestufte, in der Breite variierende oder quaderförmige Bauteile besonders gut aufgenommen werden können, da die Kontur des Freiraums so ausgebildet werden kann, dass das elektronische Bauteil an dieser anliegt. Weiterhin kann durch die Möglichkeit, den Freiraum passgenau auszubilden, nur so viel Material des Grundkörpers, wie für den Freiraum oder das elektronische Bauteil nötig ist, ausgespart werden, was die Festigkeit und Belastbarkeit der Werkzeugaufnahme erheblich steigert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der generativ hergestellte Freiraum mechanisch nachbearbeitet, beispielsweise verbreitert oder vergrößert werden. So lassen sich Geometrien für den Freiraum schaffen, die weder durch generative Fertigung allein noch durch zerspanenden Fertigung allein hergestellt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Werkzeugaufnahme ein in dem Freiraum aufgenommenes elektronisches Bauteil besitzen. Das elektronische Bauteil kann als ein Sensor ausgebildet sein oder einen Sensor aufweisen. Der Sensor kann als ein Geschwindigkeitssensor, Drucksensor, Verformungssensor, Drehzahlsensor, Beschleunigungssensor, Kraftsensor, Schwingungssensor, Durchflusssensor/Strömungssensor oder Temperatursensor ausgebildet sein. Somit ist es möglich, ein elektronisches Bauteil in der Werkzeugaufnahme zu integrieren, ohne dass eine Funktionsfähigkeit der Werkzeugaufnahme beeinträchtigt wird. Durch das elektronische Bauteil oder die elektronischen Bauteile können verschiedene Bearbeitungsparameter erfasst und anschließend ausgewertet werden. So kann beispielsweise die Bearbeitungsgüte eines Werkstücks, das durch das in der Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeugs bearbeitet wurde, in einfacher Weise analysiert und optimiert werden. Dadurch ist es möglich, Fehlerquellen oder Schwachstellen, die sich auf die Bearbeitung auswirken, zu identifizieren. Durch das Anordnen einen Durchflusssensors in dem Freiraum kann beispielsweise die Menge und/oder die Strömungsrate von Kühlmittel erfasst und gesteuert werden. Durch das Anordnen einen Temperatursensor in dem Freiraum kann beispielsweise die Temperatur des Werkzeugs erfasst werden, durch die wiederum Rückschlüsse auf die Schärfe der Schneiden gezogen werden können. Wenn das elektronische Bauteil als ein Drehzahlsensor ausgebildet ist, kann eine Schnittgeschwindigkeit ermittelt werden, die einen wichtigen Parameter für die Bearbeitung darstellt. Wenn das elektronische Bauteil als ein Geschwindigkeitssensor ausgebildet ist, kann ein Vorschub, beispielsweise entlang der Axialrichtung, erfasst werden. Wenn das elektronische Bauteil als ein Kraftsensor ausgebildet ist, können beispielsweise Kräfte, die insbesondere in Axialrichtung auf das Werkzeug oder die Werkzeugaufnahme wirken, gemessen werden. Insbesondere wenn die Werkzeugaufnahme mit hoher Drehzahl, beispielsweise mit mehr als 1000 Umdrehungen/Minute, angetrieben wird, können Schwingungen durch das als Schwingungssensor ausgebildete elektronische Bauteil erfasst werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das elektronische Bauteil einen Senden und/oder Empfänger aufweisen. Es ist also ausgelegt, um Daten zu empfangen und/oder Daten zu senden. So wird eine Kommunikation mit einem externen Gerät, das die Daten verarbeitet, ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektronische Bauteil lösbar und/oder austauschbar in dem Freiraum angeordnet sein. Dadurch können Einzelteile, wie beispielsweise ein Energiespeicher, des elektronischen Bauteils ausgetauscht werden oder in dem elektronischen Bauteil gespeicherte Daten ausgelesen und/oder geändert werden. Somit ist es auch möglich, je nach Bedarf ein entsprechendes elektronisches Bauteil in den Freiraum einzusetzen. Beispielsweise kann so das elektronische Bauteil an den Anwendungsfall ausgewählt eingesetzt werden. Auch wird dadurch ermöglicht, beispielsweise wechselbare Antennen oder eine Energieversorgung modular zu verwenden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektronische Bauteil ortsfest in dem Freiraum angebracht sein. Wenn das elektronische Bauteil durch Umschäumen in dem Freiraum angebracht ist, wird verhindert, dass sich das elektronische Bauteil relativ zu der Werkzeugaufnahme verlagern kann. Zusätzlich können dadurch beispielsweise Wuchtungseigenschaften der Werkzeugaufnahme beeinflusst werden. Die Werkzeugaufnahme kann auch einen Verbindungsbereich aufweisen, mittels dem das elektronische Bauteil in dem Freiraum fixiert ist. Der Verbindungsbereich kann beispielsweise als eine Schraubverbindung ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können in dem Grundkörper mehrere Freiräume, in denen jeweils ein elektronisches Bauteil aufnehmbar ist, vorhanden sein. Dies hat den Vorteil, dass mehrere elektronische Bauteile in einer Werkzeugaufnahme angeordnet werden können und somit mehrere Parameter gleichzeitig erfasst werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die erfassten Parameter gegenseitig beeinflussen oder wenn mehrere Parameter ausschlaggebend sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können/kann die Größe und/oder Form und/oder die Position, insbesondere die Position in Radialrichtung, des Freiraums an das aufzunehmende elektronische Bauteil angepasst sein. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Größe und Form des Freiraums der Größe und Form des Bauteils entspricht, so dass eine Relativbewegung des Bauteils zu dem Freiraum konstruktiv ausgeschlossen ist. Zudem wird dadurch gewährleistet, dass die Freiräume nur so groß wie nötig sind, so dass die Festigkeit der Werkzeugaufnahme ausreichend hoch ist. Insbesondere ist es auch bevorzugt, wenn die Position des Freiraums an das elektronische Bauteil, beispielsweise an das Gewicht des Bauteils, angepasst ist. Dadurch kann eine Unwucht oder Schwingungen der Werkzeugaufnahme durch das Anbringen des Bauteils, trotz seiner exzentrischen Position, vermieden oder zumindest verringert werden. Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Freiräume in Umfangsrichtung gleichmäßig und/oder mit gleichem radialen Abstand zu der Drehachse angeordnet sind. Dadurch wird eine besonders austarierte Anordnung erreicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Konfigurator für eine solche Werkzeugaufnahme gelöst. Erfindungsgemäß ist der Konfigurator ausgelegt, um zumindest einen Freiraum in einem Grundkörper der Werkzeugaufnahme in Abhängigkeit von einer Festigkeitseigenschaft, Wuchtungseigenschaft, Gewichtsverteilung und/oder Größe des Grundkörpers auszugestalten und/oder anzuordnen. Dabei wird unter einem Anordnen ein Festlegen der Lage des Freiraums verstanden. Insbesondere ist der Konfigurator ausgelegt, um zumindest einen Freiraum in einem Grundkörper der Werkzeugaufnahme in Abhängigkeit von einer Festigkeitseigenschaft, Wuchtungseigenschaft, Gewichtsverteilung und/oder Größe des Grundkörpers und in Abhängigkeit eines Gewichts und/oder einer Größe eines elektronischen Bauteils anzuordnen, wobei das elektronische Bauteil in dem Freiraum anzuordnen oder angeordnet ist. So kann der Freiraum vorteilhafterweise besonders platzsparend und ausgewuchtet ausgestaltet und angeordnet werden. Beispielsweise berechnet der Konfigurator, welche Form der Freiraum aufweisen muss, um ein vorbestimmtes elektronisches Bauteil aufnehmen zu können, an welcher Position der Freiraum zur Aufnahme des elektronischen Bauteils in dem Grundkörper angeordnet werden kann, wie sich das Ausbilden des Freiraum auf die Festigkeitseigenschaften der Werkzeugaufnahme auswirkt und/oder wie sich das Gewicht durch die Aufnahme des elektronischen Bauteils auf die Wuchtungseigenschaften der Werkzeugaufnahme auswirkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können mehrere Freiräume so in dem Grundkörper angeordnet werden, dass ein Schwerpunkt der Werkzeugaufnahme auf der Drehachse des Grundkörpers oder innerhalb eines radial inneren Drittels des Durchmessers des Grundkörpers liegt. Dadurch kann ein Schwingen oder Vibrieren der Werkzeugaufnahme verhindert oder verringert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Werkzeugaufnahme gelöst. Erfindungsgemäß wird in dem Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugaufnahme mit einem Grundkörper, in dem ein Freiraum zur Aufnahme eines elektronischen Bauteils ausgebildet ist, zumindest ein Abschnitt des Grundkörpers, in dem der Freiraum angeordnet ist, durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt. Das heißt, dass der Freiraum zusammen mit einem Abschnitt des Grundkörpers, beispielsweise zusammen mit einem Spannabschnitt, hergestellt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird selektives Laserschmelzen als das generative Fertigungsverfahren, d.h. als 3D-Druckverfahren, eingesetzt. Beispielsweise kann der Freiraum mithergestellt werden, indem Metallpulver innerhalb eines Bereichs, in dem der Freiraum ausgebildet wird, nicht aufgeschmolzen wird. Das (unverflüssigte) Metallpulver kann nach der Herstellung aus dem Freiraum vollständig oder teilweise entfernt werden. Es können auch andere generative Fertigungsverfahren wie beispielsweise selektives Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen, Schmelzschichtung oder Layer Laminated Manufacturing verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann ein elektronisches Bauteil in dem Freiraum angeordnet und vorzugsweise ortsfest darin angebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Abschnitt des Grundkörpers, in dem der das elektronische Bauteil aufnehmende Freiraum ausgebildet ist, in einem nachfolgenden Montageschritt mit einem anderen Abschnitt des Grundkörpers, beispielsweise dem Schaftabschnitt, verbunden werden. Vorzugsweise werden die Abschnitte des Grundkörpers so miteinander verbunden, dass der Freiraum vorzugsweise vollständig von Material des Grundkörpers umschlossen ist. Das heißt, dass ein als Hohlraum ausgebildeter Freiraum durch die Montage der beiden Abschnitte aneinander hergestellt wird. Mit anderen Worten ist der Freiraum an eine Schnittstelle zwischen den beiden Abschnitten angrenzend angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Abschnitt des Grundkörpers, in dem der Freiraum angeordnet ist, in dem generativen Fertigungsverfahren ausgebildet werden und ein anderer Abschnitt des Grundkörpers in einem konventionellen Fertigungsverfahren, wie einem Zerspanungsverfahren oder einem Gussverfahren, hergestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Halbschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme,
- 2 ist eine Längsschnittdarstellung der Werkzeugaufnahme mit einem in einem Grundkörper der Werkzeugaufnahme ausgebildeten Freiraum,
- 3 ist eine Querschnittsdarstellung der Werkzeugaufnahme,
- 4 ist eine Längsschnittdarstellung eines Spannabschnitts der Werkzeugaufnahme in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 5 ist eine Längsschnittdarstellung eines Spannabschnitts der Werkzeugaufnahme in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme 2. Die Werkzeugaufnahme 2 ist zum Aufnehmen eines drehangetriebenen Schneidwerkzeugs, wie eines Fräswerkzeugs oder Bohrwerkzeugs, ausgelegt. Die Werkzeugaufnahme 2 hat einen um eine Längsmittelachse bzw. Drehachse drehantreibbaren Grundkörper 4. Der Grundkörper 4 ist funktional in einen Spannabschnitt 6 und in einen Schaftabschnitt 8 unterteilt. Der Spannabschnitt 6 ist ausgelegt, um das Schneidwerkzeug aufzunehmen und einzuspannen. Der Spannabschnitt 6 weist ein Spannfutter 10 auf, das in den dargestellten Ausführungsformen als ein Hydrodehnspannfutter 12 ausgebildet ist, aber darauf nicht beschränkt ist.
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Der Spannabschnitt 6 wird in Axialrichtung, die sich entlang der Drehachse erstreckt, durch den Schaftabschnitt 8 verlängert. Der Schaftabschnitt 8 ist ausgelegt, um die Werkzeugaufnahme 2 an eine Werkzeugmaschinenspindel eines (nicht dargestellten) Werkzeugmaschinensystems anzukoppeln. Der Schaftabschnitt 8 kann mit einer Schnittstelle der Werkzeugmaschinenspindel verbunden werden, um den Grundkörper 4 um die Drehachse anzutreiben. Der Schaftabschnitt 8 weist in den dargestellten Ausführungsformen einen Hohlschaftkegel (HSK) 14 auf. Der Schaftabschnitt 8 kann aber auch beispielsweise einen Steilkegelschaft oder einen Zylinderschaft zum Verbinden der Werkzeugaufnahme 2 mit dem Werkzeugmaschinensystem aufweisen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Spannabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 8 separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden. Der Spannabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 8 können auch integral, d.h. einstückig, ausgebildet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
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Der Grundkörper 4 der Werkzeugaufnahme 2 ist zumindest teilweise durch ein generatives Herstellungsverfahren hergestellt. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Spannabschnitt 6 durch selektives Laserschmelzen hergestellt. Dabei wird der Spannabschnitt 6 auf den Schaftabschnitt 8 schichtweise aufgetragen und aufgeschmolzen. Der Schaftabschnitt 8 kann in einem konventionellen Herstellungsverfahren, wie in einem Gussverfahren oder einem Zerspanungsverfahren, hergestellt werden und anschließend mit dem Spannabschnitt 6 verbunden werden. Der Schaftabschnitt 8 kann auch als von dem Spannabschnitt 6 separates Bauteil in einem generativen Herstellungsverfahren hergestellt werden und anschließend mit dem Spannabschnitt 6 verbunden werden.
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In dem Grundkörper 4 ist ein Freiraum 16 ausgebildet. In dem Freiraum 16 kann ein elektronisches Bauteil (vergleiche 4) aufgenommen werden. Der Freiraum 16 ist in dem generativen Herstellungsverfahren hergestellt. Der Freiraum 16 weist einen parabelförmigen Abschnitt auf, der sich in Richtung von dem Schaftabschnitt 8 weg verjüngt. Dadurch kann der Freiraum 16 durch das generative Fertigungsverfahren schichtweise, von der Seite des Schaftabschnitts aus beginnend, hergestellt werden. Die Form des Freiraums 16, die Größe des Freiraums 16 und/oder die Position innerhalb des Grundkörpers 4 sind an das aufzunehmende elektronische Bauteil angepasst.
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Der Freiraum 16 ist im Inneren des Grundkörpers 4 angeordnet. Das heißt, der Freiraum 16 ist radial von einer Außenseite des Grundkörpers 4 beabstandet angeordnet. Der Freiraum 16 ist exzentrisch zu der Drehachse der Werkzeugaufnahme 2 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Freiraum 16 in einem radial äußeren Bereich, beispielsweise einer radial äußeren Hälfte des Durchmessers, des Grundkörpers 4 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Freiraum 16 radial außerhalb des Spannfutters 10 angeordnet.
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Der Grundkörper 4 der Werkzeugaufnahme 2 ist mehrteilig aufgebaut. Der Freiraum 16 ist an einer Schnittstelle bzw. Verbindungsstelle zwischen einem ersten Abschnitt 18 und einem zweiten Abschnitt 20 des Grundkörpers 4 angeordnet. Das heißt, dass der Freiraum 16 zu einer Außenseite des ersten Abschnitts 18 und/oder des zweiten Abschnitts 20 hin geöffnet ist. Der erste Abschnitt 18 und der zweite Abschnitt 20 sind aneinander befestigbar und voneinander lösbar. Somit ist der Freiraum 16 vollständig innerhalb des Grundkörpers 4 angeordnet, aber gleichzeitig zugänglich, wenn die beiden Abschnitte 18, 20 voneinander getrennt sind. Dadurch kann ein elektronisches Bauteil in dem Freiraum 16 montiert werden. Der Freiraum 16 wird also sowohl von Material des ersten Abschnitts 18 als auch von Material des zweiten Abschnitts 20 umgeben.
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In den dargestellten Ausführungsformen wird der erste Abschnitt 18 durch den Spannabschnitt 6 und der zweite Abschnitt 20 durch den Schaftabschnitt 8 gebildet. Der Freiraum 16 ist in dem Spannabschnitt 6 angeordnet und weist eine Öffnung an einer axialen Stirnseite des Spannabschnitts 6, die dem Schaftabschnitt 8 zugewandt ist, auf. Die Öffnung wird durch eine axiale Stirnseite des Schaftabschnitts 8 bedeckt. Der erste Abschnitt 18 und der zweite Abschnitt 20 können aber beispielsweise auch durch einen ersten Teil des Spannabschnitts 6 und einen davon separaten zweiten Teil des Spannabschnitts 6 gebildet werden, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
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Der Freiraum 16 ist zusammen mit dem Spannabschnitt 6, in dem der Freiraum angeordnet ist, hergestellt. In einem generativen Herstellungsverfahren ist dies auf besonders einfache Weise möglich. Daher kann der Freiraum 16 auch als ein 3D-gedruckter Freiraum oder als ein generativ hergestellter Freiraum bezeichnet werden.
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In 2 ist die Werkzeugaufnahme 2 in einer Längsschnittansicht dargestellt. Die Werkzeugaufnahme 2 weist zwei Freiräume 16 auf, die jeweils in dem Spannabschnitt 6 angeordnet sind.
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Ein erster Freiraum 22 ist vollständig von Material des Grundkörpers 4 umschlossen. Der erste Freiraum 22 ist als ein Hohlraum ausgebildet und besitzt keine Verbindung zu einer Außenseite der Werkzeugaufnahme 2. Ein zweiter Freiraum 24 ist teilweise, insbesondere größtenteils, d.h. nicht vollständig, von Material des Grundkörpers 4 umschlossen. Der zweite Freiraum 24 ist über einen Kanal 26 mit der Außenseite der Werkzeugaufnahme 2 verbunden. Der Kanal 26 erstreckt sich in Radialrichtung der Werkzeugaufnahme 2. Der Kanal 26 weist einen kleineren Querschnitt als der zweite Freiraum 24 auf. In den dargestellten Ausführungsformen beträgt der Querschnitt des Kanals 26 weniger als die Hälfte des Querschnitts, beispielsweise weniger als ein Viertel des Querschnitts, des zweiten Freiraums 24.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht der Werkzeugaufnahme 2 entlang der Linie III-III aus 1.
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4 zeigt eine Längsschnittdarstellung einen Spannabschnitt 6 einer Werkzeugaufnahme 2 in einer zweiten Ausführungsform. Die Werkzeugaufnahme der zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Werkzeugaufnahme 2 der ersten Ausführungsform. Daher werden nachfolgend lediglich die Unterschiede beschrieben.
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Die Werkzeugaufnahme 2 der zweiten Ausführungsform weist ein elektronisches Bauteil 28 auf. Die Werkzeugaufnahme 2 der zweiten Ausführungsform weist zwei Freiräume 16 auf. Das elektronische Bauteil 28 ist in einem der Freiräume 16 in dem Spannabschnitt 6 der Werkzeugaufnahme 2 angeordnet. Der Freiraum 16 ist als ein vollständig von Material des Grundkörpers 4 umschlossener Hohlraum ausgebildet, wenn der Spannabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 8 aneinander befestigt sind.
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Das elektronische Bauteil 28 kann einen Sensor 30, zum Beispiel als einen Drehzahlsensor, einen Temperatursensor, einen Kraftsensor, einen Beschleunigungssensor, einen Geschwindigkeitssensor oder einen Durchflusssensor, aufweisen. Das elektronische Bauteil 28 ist ortsfest in dem Freiraum 16 angebracht. Dadurch entsprechen/entspricht eine Verlagerung und/oder eine Drehung der Werkzeugaufnahme einer Verlagerung und/oder einer Drehung des elektronischen Bauteils 28. Beispielsweise kann so eine Drehzahl der Werkzeugaufnahme 2 über das elektronische Bauteil 28 erfasst werden, wenn das elektronische Bauteil 28 als Drehzahlsensor ausgebildet ist oder einen Drehzahlsensor aufweist. Das elektronische Bauteil 28 kann beispielsweise durch Umschäumen oder durch eine Montageverbindung, wie eine Schraubverbindung, in dem Freiraum 16 angebracht sein.
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Das elektronische Bauteil 28 weist einen Energiespeicher 32, wie eine Batterie, auf. Das elektronische Bauteil 28 besitzt einen Datenspeicher 34, in dem die durch den Sensor 30 erfassten Daten gespeichert werden können. Der Datenspeicher 34 besitzt eine Schnittstelle 36, mittels der die Daten aus dem Datenspeicher 34 ausgelesen und an ein externes Gerät übertragen werden können.
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Das elektronische Bauteil 28 ist lösbar in dem Freiraum 16 angebracht. Das heißt, dass das elektronische Bauteil 28 oder zumindest der Energiespeicher 32 des elektronischen Bauteils 28 ausgetauscht werden kann. Dazu werden die beiden Abschnitte 18, 20 voneinander gelöst und das elektronische Bauteil 28 kann aus dem Freiraum 16 herausgelöst werden.
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Zur Analyse der durch das elektronische Bauteil 28 erfassten Daten werden die Daten über die Schnittstelle 36 ausgelesen. Dazu wird das elektronische Bauteil 28 oder zumindest der Datenspeicher 34 aus dem Freiraum 16 gelöst und die Schnittstelle 36 mit einem externen Gerät verbunden.
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In dem anderen der Freiräume 16 ist ein zweites elektronisches Bauteil 36 angeordnet. Das zweite elektronische Bauteil 38 hat eine andere Funktion als das erste elektronische Bauteil 28. Die Form der Freiräume 16 ist an die Form des jeweils aufzunehmenden elektronischen Bauteils 28, 38 angepasst.
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5 zeigt eine Werkzeugaufnahme 2 in einer dritten Ausführungsform. Die Werkzeugaufnahme 2 der dritten Ausführungsform entspricht der Werkzeugaufnahme 2 der ersten Ausführungsform, abgesehen davon, dass in der Werkzeugaufnahme 2 der dritten Ausführungsform zusätzlich das elektronische Bauteil 28 in einem der beiden Freiräume 16 angeordnet ist. Das elektronische Bauteil 28 entspricht dem elektronischen Bauteil 28 aus der zweiten Ausführungsform.
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In der dritten Ausführungsform ist das elektronische Bauteil 28 in dem zweiten Freiraum 24 angeordnet, der durch den Kanal 26 mit der Außenseite der Werkzeugaufnahme 2 verbunden ist. Dadurch können die Daten des elektronischen Bauteils 28 ausgelesen werden, auch wenn der Datenspeicher 34 in dem zweiten Freiraum 24 ortsfest verbleibt. Dazu stellt beispielsweise ein Übertragungsmittel, wie ein Kabel oder ein Signal, wie eine elektromagnetische Welle, die Übertragung von der Schnittstelle 36 zu einem externen Gerät außerhalb der Werkzeugaufnahme 2 her. Das Übertragungsmittel kann die Schnittstelle 36 über den Kanal 26 mit dem externen Gerät oder einem Empfänger außerhalb der Werkzeugaufnahme 2 verbinden.
