DE102020112167A1 - Elektrische Betätigungseinheit für Werkzeugmaschinen - Google Patents

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Martin Stangl
Christian Neubauer
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Roehm GmbH Darmstadt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Betätigungseinheit (1) für Werkzeugmaschinen, mit einem Gehäuse (2), in dem eine axial verstellbare Zugstange (3) mit einem Spindelgewinde zur Verstellung der Spannmittel eines Spannfutters gelagert ist, auf der eine Spindelmutter (4) angeordnet ist, die mittelbar oder unmittelbar in der Spannstellung an dem Gehäuse (2) abgestützt ist. Zur Erfassung der Spannkraft ist in der Kraftübertragungskette von der Zugstange (3) zu dem Gehäuse (2) mindestens ein Kraftsensor (7) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Betätigungseinheit für Werkzeugmaschinen, mit einem Gehäuse, in dem eine axial verstellbare Zugstange mit einem Spindelgewinde zur Verstellung der Spannmittel eines Spannfutters gelagert ist, auf der eine Spindelmutter angeordnet ist, die mittelbar oder unmittelbar in der Spannstellung an dem Gehäuse abgestützt ist, wobei zur Erfassung der Spannkraft in der Kraftübertragungskette von der Zugstange zu dem Gehäuse mindestens ein Kraftsensor angeordnet ist.
  • Den Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen zugeordnete Spannfutter dienen dazu, mit ihren Spannmitteln Werkstücke oder Werkzeug sicher einzuspannen. In der DE 197 52 084 A1 ist dazu eine Spanneinrichtung mit einem axial unverschiebbaren, mit einer Arbeitsspindel umlaufenen Spannzylinder und einem darin mitumlaufend angeordneten, axial verschiebbaren Spannkolben offenbart. Der Spannkolben ist mit einer Kolbenwelle verbunden, die eine Spannstange beaufschlagt, die wiederum an dem Futterkolben des Spannfutters angreift. In der Kraftübertragungskette von Kolbenwelle, Spannstange und Futterkolben ist ein Kraftsensor angeordnet, die um auf den Futterkolben des Spannfutters einwirkende Kraft möglichst exakt bestimmen zu können und über ein Kriterium zu verfügen, ob eine sichere Einspannung gegeben ist. Derartige druckmittelbetätigte Spanneinrichtungen stehen vermehrt, in Konkurrenz zu elektrisch betätigten Spanneinrichtungen. Ein derartiger Elektrospanner ist beispielsweise in der DE 10 2009 044 167 A1 offenbart, der ein an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine befestigbares Gehäuse aufweist, in dem axial verstellbar eine Gewindestange zur Verstellung der Spannmittel eines Spannfutters gelagert ist. Der Rotor eines elektrischen Stellmotors steht in Antriebsverbindung mit einem die Spindelmutter der Gewindestange verstellenden Antriebsrad. Ein erster Sensor ist der Gewindestange zur Erfassung von deren axialer Position und der Spindelmutter ein zweiter Sensor zur Erfassung von deren axialer Position zugeordnet, um die Probleme zu mildern, dass das für die Steuerung der erreichten Spannkraft genutzte Drehmoment zu einer relativ hohen Ungenauigkeit bezüglich der tatsächlich gegebenen Spannkraft führt und die Nutzung der bei druckmittelbetätigten Spanneinrichtung verwendeten Kraftsensoren nicht in einfacher Weise auf die elektrische Betätigungseinheit übertragen werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Betätigungseinheit bereitzustellen, mit der eine verbesserte Bestimmung der Spannkraft möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Betätigungseinheit für Werkzeugmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der elektrischen Betätigungseinheit der eingangs genannten Art ist in der Kraftübertragungskette zwischen der Zugstange und dem Gehäuse mindestens ein Kraftsensor zugeordnet, mit dem die erzeugte Betätigungskraft und die daraus resultierende Spannkraft mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
  • Dabei besteht die Möglichkeit, dass der Kraftsensor dem Gehäuse zugeordnet ist, auf dem auf große Auswahl möglicher Positionen bei guter Zugänglichkeit gegeben ist.
  • Bevorzugt ist dabei, wenn der Kraftsensor auf dem Gehäuse angeordnet ist in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Einschnürung einer Gehäusewandung, wobei die Einschnürung benachbart zu dem Bereich der Krafteinleitung in das Gehäuse ausgebildet ist. Diese Messstelle liegt unmittelbar im Kraftfluss und ermöglicht ein hinreichend großes Messsignal.
  • Gleichfalls bevorzugt ist es, wenn zwischen der Spindelmutter und dem Gehäuse mindestens eine Feder angeordnet ist, die den mindestens einen Kraftsensor trägt, da bei dieser Ausführungsform die Feder als Kraftspeicher genutzt werden kann und keine weiteren Bauteile und keine Modifikation bestehender Bauteile erforderlich sind.
  • Die mindestens eine Feder ist dabei vorzugsweise durch ein aus Tellerfedern gebildetes Federpaket gebildet.
  • Der Spindelmutter ist eine fest mit der Spindelmutter verbundene Welle zugeordnet, die mindestens eine Lagerbuchse für das Federpaket trägt, die in einer Gehäuseaufnahme aufgenommen ist, wobei die Gehäuseaufnahme in axialer Richtung der Zugstange länger als die axiale Erstreckung der Lagerbuchse bemessen ist, so dass eine Verstellung der Lagerbuchse in der Gehäuseaufnahme ermöglicht ist zwischen zwei Extrempositionen, in denen die Lagerbuchse mittelbar oder unmittelbar sich an der Wandung der Gehäuseaufnahme abstützt. Bei dieser Ausführungsform ist die Verwendung eines einzigen Federpakets ausreichend.
  • Vorgesehen ist weiterhin, dass das Federpaket mit axialen Spiel in einer Buchsenaufnahme der Lagerbuchse aufgenommen ist, und dass auf der Lagerbuchse benachbart zu beiden Seiten des Federpakets jeweils ein Lagerring angeordnet ist, der in der Gehäuseaufnahme relativ zu der Lagerbuchse verstellbar ist. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau mit wenig Bauraumbedarf, der auch eine einfache Montage ermöglicht.
  • Auf einer der Tellerfedern des Federpakets ist der Kraftsensor angeordnet, der vom äußeren Rand dieser Tellerfeder radial nach innen versetzt und/oder benachbart zu diesem Rand angeordnet ist.
  • Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Kraftsensor der Zugstange zugeordnet ist und/oder direkt auf der Zugstange angeordnet ist.
  • Wenn ein Zugstangenadapter als Träger des mindestens einen Kraftsensors der Zugstange zugeordnet, kann dieser Zugstangenadapter genutzt werden kann, um den Kraftsensor an geeigneter Stelle innerhalb der Kraftübertragungskette zu positionieren, ohne dass in den grundsätzlichen Aufbau der elektrischen Betätigungseinheit eingegriffen werden muss. Bei allen Ausführungsformen ist bevorzugt, dass der mindestens eine Kraftsensor über eine flexible Leiterbahn zur Energie- und Datenübertragung mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, so dass die erforderliche axiale Verstellung der Zugstange erfolgen kann, ohne dass die Kontaktierung des Kraftsensors mit seiner Auswerteelektronik beeinträchtigt wird. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Zugstangenadapter als Hülse gestaltet ist, wobei zum einen die Möglichkeit besteht, dass die Hülse im Inneren des Gehäuses in einer die Zugstange umfassenden Stellung befestigt ist mit dem in dem Kraftfluss zwischen der Zugstange und der Spindelmutter positionierten Kraftsensor. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftsensor direkt im Kraftfluss montiert ist, im Bereich der Kraftübertragung zwischen der Zugstange und der Spindelmutter.
  • Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Zugstangenadapter außerhalb des Gehäuses auf einem freien Ende der Zugstange befestigt ist, so dass unmittelbar die auf die Zugstange wirkende und über die Zugstange vermittelte Kraft erfasst werden kann. Dabei bietet sich dann an, dass in dem Zugstangenadapter eine Zugstangenaufnahme für das freie Ende der Zugstange ausgebildet ist, der Zugstangenadapter damit als Koppelglied zwischen der Zugstange und dem krafterzeugenden Elektromotor angeordnet ist. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass der Zugstangenadapter eine Außenhülse mit mindestens einer Tasche für einen durch eine Feder beaufschlagten Schieber aufweist, der die flexible Leiterbahn abstützt, wobei durch diese Ausgestaltung wiederum die Energie- und Datenübertragung über den gesamten Arbeitshub der Zugstange innerhalb der Außenhülse ermöglicht wird.
  • Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Außenhülse mehrteilig gebildet ist mit einem Bundteil und einem Hülsenkörper. Dadurch wird die Montage der einzelnen mechanischen Komponenten und das Einstecken der Energie- und Datenleitungen durch eine Steckverbindung erleichtert. Die Elektronik und die Energieversorgung befinden sich bei dieser Ausführungsform im Gehäuse der elektrischen Betätigungseinheit.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass an dem Gehäuse ein Zwischenflansch befestigt ist, in den der Zugstangenadapter hineinragt. Dieser Zwischenflansch bietet die einfache Möglichkeit der Erweiterung der Betätigungseinheit zur Integration des sensorintegrierten Zugstangenadapters, der mit seinem den mindestens einen Kraftsensor enthaltenden Teil in dem Zwischenflansch geschützt angeordnet ist. Auf dem Zugstangenadapter in dem in dem Zwischenflansch angeordneten Bereich ist ein Ring mit einem Gehäuse für die Elektronik und/oder Energieversorgung des Kraftsensors befestigt, wobei insbesondere in dem Ring eine erste Aufnahme für eine elektrische Speicherzelle und/oder eine zweite Aufnahme für eine Platine ausgebildet ist. In die Zugstangenaufnahme ist eine Abstimmscheibe eingelegt, um die relative Ausrichtung von der Zugstange und dem Zugstangenadapter optimieren zu können.
  • Mindestens einer der Kraftsensoren ist durch einen Dehnmessstreifen oder durch eine Druckkammer oder durch einen Piezokristall gebildet, wobei insbesondere die Nutzung eines Dehnmessstreifens bevorzugt ist, da so ein bewährtes Bauteil mit geringem Platzbedarf unmittelbar die in die Zugstange oder in den Zugstangenadapter durch die Krafteinwirkung des Elektromotors induzierte Längenänderung erfassen kann.
  • Möglich ist auch, dass der Kraftsensor mehrfach vorgesehen ist, und dass mindestens zwei der Bauteile aus der Gruppe, die die Zugstange, das Gehäuse, die Feder umfasst, jeweils einen der Kraftsensoren tragen.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzeleinheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 die schematische Darstellung eines Längsschnittes durch eine elektrische Betätigungseinheit,
    • 2 einen Ausschnitt aus der elektrischen Betätigungseinheit gemäß 1 in der Neutralstellung der Zugstange, mit dem durch eine Linie symbolisierten Kraftfluss,
    • 3 eine der 2 entsprechende Darstellung in einer dem Ziehen entsprechenden Maximalstellung mit Pfeilen für die Symbolisierung der Bewegung der Zugstange und der Spindelmutter,.
    • 4 eine der 2 entsprechende Darstellung in der dem Drücken entziehenden Maximalstellung mit Pfeilen für die Symbolisierung der Bewegung der Zugstange und der Spindelmutter,
    • 5 eine der 2 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform, bei der der Kraftsensor direkt an der Zugstange angebracht ist, und die Energie- und Datenleitungen über eine Hülse geführt sind.
    • 6 eine weitere Ausführungsform, bei der der Zugstangenadapter außerhalb des Gehäuses auf dessen dem Spannfutter zugewandten Seite angeordnet ist,
    • 7 eine perspektivische Darstellung des isolierten Zugstangenadapters aus 6,
    • 8 eine perspektivische Darstellung des an dem Gehäuse befestigten Zwischenflansches mit dem einen Ring tragenden Zugstangenadapter,
    • 9 einen Längsschnitt durch die isolierte Darstellung des Ringes mit der ersten Aufnahme für eine elektrische Speicherzelle und der zweiten Aufnahme für eine Platine,
    • 10 ein Detail einer elektrischen Betätigungseinheit mit dem einem Federpaket zugeordneten Kraftsensor,
    • 11 ein Detail einer elektrischen Betätigungseinheit mit dem dem Gehäuse zugeordneten Kraftsensor, und
    • 12 eine der 2 entsprechende Darstellung mit den dem Gehäuse zugeordneten Kraftsensoren, nämlich jeweils einem durch einen ölbefüllten Kolbenraum beaufschlagten Drucksensor.
  • In der 1 ist eine elektrische Betätigungseinheit dargestellt, wie diese für die Verstellung der einem Spannfutter zugeordneten Spannmittel vorgesehen ist, wobei das Spannfutter auf der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine montiert ist. In der 1 ist die linke Seite des Gehäuses 2 der elektrischen Betätigungseinheit 1 dem Spannfutter zugewandt. In dem Gehäuse 2 ist eine axial verstellbare Zugstange 3 mit einem Spindelgewinde zur Verstellung der Spannmittel des Spannfutters geführt. Auf der Zugstange 3 mit dem Spindelgewinde ist als weiterer Teil des Planetenrollgewindetriebes eine Spindelmutter 4 angeordnet. Die Spindelmutter 4 ist mit einer Welle 28 fest verbunden, und zwar in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Passfeder 29, einen Sprengring 30 und eine Stützscheibe 31. Andere Verbindungsmittel sind gleichfalls nutzbar. Eine Wellenmutter 32 dient als Vorspannung der Kegelrollenlager 33, die eine Lagerbuchse 34 tragen. Mit axialen Spiel ist in einer Buchsenaufnahme 35 der Lagerbuchse 34 eine Feder aufgenommen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein aus einer Mehrzahl von Tellerfedern 36 gebildetes Federpaket 5 besteht.
  • Die Lagerbuchse 34 ist in einer Gehäuseaufnahme 37 aufgenommen, wobei die Gehäuseaufnahme 37 in axialer Richtung der Zugstange 3 länger als die axiale Erstreckung der Lagerbuchse 34 bemessen ist, so dass eine Verstellung der Lagerbuchse 34 in der Gehäuseaufnahme 37 ermöglicht ist zwischen zwei Extrempositionen, in denen die Lagerbuchse 34 mittelbar oder unmittelbar sich an der Wandung der Gehäuseaufnahme 37 abstützt.
  • In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist auf der Lagerbuchse 34 benachbart zu beiden Seiten des Federpakets 5 jeweils ein Lagerring 38 angeordnet, der in der Gehäuseaufnahme 37 relativ zu der Lagerbuchse 34 verstellbar ist und so eine mittelbare Abstützung der Lagerbuchse 34 an der Wandung der Gehäuseaufnahme 37 bewirkt.
  • Werden nun durch die elektrische Betätigungseinheit 1 die Spannbacken des Spannfutters in Spannrichtung verstellt, so kommen die Spannbacken bei diesem Vorgang in Kontakt mit dem zu spannenden Werkstück oder Werkzeug. Die sich translatorisch verstellende Zugstange 3 als Spindel des Planetenrollgewindetriebes 27 erfährt dadurch einen Widerstand und die Spindelmutter 4 beginnt sich zu verschrauben. Die Schraubrichtung hängt dabei davon ab, ob eine Innenspannung oder eine Außenspannung erfolgt und ob ein Rechtsgewinde oder ein Linksgewinde für die Gewindeverbindung zwischen der Zugstange 3 und der Spindelmutter 4 genutzt wird. Da die Spindelmutter 4 mit der Welle 28 fest verbunden ist, nehmen die sich drehenden Bauteile die Lagerbuchse 34 und den in Spannrichtung liegenden Lagerring 39 um den in der 3 mit „s“ bezeichneten Weg mit. Der Lagerring 39 drückt das Federpaket 5 wiederum um den Weg „s“ zusammen (3), wodurch die Kraft in dem als Kraftspeicher fungierenden Federpaket 5 entsteht. Das Lösen der Einspannung erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.
  • Im Ergebnis ist die Spindelmutter 4 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittelbar in der Spannstellung an dem Gehäuse 2 abgestützt, wobei das Federpaket 5 als Kraftspeicher beaufschlagt ist. Durch die axiale Hubbewegung der Zugstange 3 legen sich die Spannbacken des Spannfutters an das Werkstück an. Sobald die Spannbacken am Werkstück anliegen, kann sich die Zugstange 3 nicht mehr axial bewegen. Trotz Stillstand der Zugstange 3 wird die Spindelmutter 4 weiter gedreht und kann sich deshalb nur axial zur Zugstange 3 den in der Lagerbuchse 34 integrierten Kraftspeicher, also in das Federpaket 5 verschieben. Dadurch wird eine Betätigungskraft in der Zugstange 3 aufgebaut.
  • Für den sicheren Betrieb der Werkzeugmaschine ist eine genaue Kenntnis der erzeugten Spannkraft wichtig, so dass bei der elektrischen Betätigungseinheit 1 zur Erfassung der Spannkraft in der Kraftübertragungskette von der Zugstange 3 zu dem Gehäuse 2 mindestens ein Kraftsensor 7 angeordnet ist.
  • Es bestehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Positionierung des mindestens einen Kraftsensors 7, wobei nachstehend bevorzugte Anordnungen näher erläutert werden, die eine besondere Eignung für die Platzierung des mindestens einen Kraftsensors 7 besitzen. Dabei kann mehr als ein Kraftsensor 7 genutzt werden, also der Kraftsensor 7 mehrfach vorgesehen sein. Die Kraftsensoren 7 müssen dabei nicht immer dem gleichen Bauteil oder der gleichen Baugruppe zugeordnet sein, sondern können auch unterschiedlichen Bauteilen oder Baugruppen zugeordnet werden. Insbesondere können mindestens zwei der Bauteile aus der Gruppe, die die Zugstange 3, das Gehäuse 2, die Feder umfasst, jeweils einen der Kraftsensoren 7 tragen. Mindestens einer der Kraftsensoren 7 ist dabei durch einen Dehnmessstreifen 41 oder durch eine Druckkammer 40 oder einen Piezokristall gebildet, wobei für unterschiedliche Positionierungen auch unterschiedliche Typen von Kraftsensoren 7 genutzt werden können.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Feder beziehungsweise das Federpaket 5 zwischen der Spindelmutter 4 und dem Gehäuse 2 den Kraftsensor 7 trägt, der als Dehnmessstreifen 41 gebildet ist. Dabei ist auf einer der Tellerfedern 36 des Federpakets 5 der Kraftsensor 7 angeordnet, der vom äußeren Rand dieser Tellerfeder radial nach innen versetzt und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel benachbart zu diesem Rand angeordnet ist.
  • Die 11 und 12 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der Kraftsensor 7 dem Gehäuse 2 zugeordnet ist., und zwar ist in 11 der Kraftsensor 7 auf dem Gehäuse 2 angeordnet in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Einschnürung 42 einer Gehäusewandung, wobei die Einschnürung 42 benachbart zu dem Bereich der Krafteinleitung in das Gehäuse 2 ausgebildet ist.
  • 12 zeigt eine Ausführungsform mit den dem Gehäuse 2 zugeordneten Kraftsensoren 7, nämlich jeweils einem durch einen ölbefüllten Raum mit einem Kolben 44 beaufschlagten Drucksensor 43.
  • In den 5 bis 9 ist gezeigt, dass der Kraftsensor 7 der Zugstange 3 zugeordnet ist und/oder direkt auf der Zugstange 3 angeordnet ist. Es ist gezeigt ein Zugstangenadapter 6 als Träger des mindestens einen Kraftsensors 7. In dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kraftsensor 7 direkt auf der Zugstange 3 angeordnet. Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine Hülse 8 in einer die Zugstange 3 umfassenden Stellung befestigt. Über diese werden die Energie- und Datenleitungen 26 zum Kraftsensor 7 geführt und die axiale Relativbewegung durch den Betätigungshub ermöglicht.
  • Bei den in den 6 bis 9 gezeigten Ausführungsformen ist der Zugstangenadapter 6 außerhalb des Gehäuses 2 an einem freien Ende der Zugstange 3 befestigt, wobei in diesen Ausführungsformen in dem Zugstangenadapter 6 eine Zugstangenaufnahme 9 für das freie Ende der Zugstange 3 ausgebildet ist. Die 6 lässt dabei erkennen, dass der Zugstangenadapter 6 eine Außenhülse 10 mit mindestens einer Tasche 11 für einen durch eine Feder 12 beaufschlagten Schieber 13 aufweist, der die flexible Leiterbahn 26 führt und abstützt. Durch diese Ausgestaltung wird wiederum die Energie- und Datenübertragung über den gesamten Arbeitshub der Zugstange 3 innerhalb der Außenhülse 10 ermöglicht. Die 6 zeigt dabei auch die beiden möglichen Stellungen der Zugstange 3. Die Außenhülse 10 kann dabei mehrteilig gebildet sein mit einem Bundteil 14 und einem Hülsenkörper 15. Dadurch wird die Montage der einzelnen mechanischen Komponenten und das Einstecken der Energie- und Datenleitungen durch eine Steckverbindung 16 erleichtert. Die Elektronik und Energieversorgung befinden sich in dieser Ausführungsform im Gehäuse 2 der elektrischen Betätigungseinheit 1. 6 lässt auch erkennen, dass das Bundteil 14 an der Außenwand des Gehäuses 2 abgestützt ist.
  • 7 verweist auf die Möglichkeit, wie Versorgungs- und Signaldrähte über den Hülsenkörper 15 in den Zugstangenadapter 6 geführt werden können.
  • Die 8 und 9 gehören zu einer Ausführungsform, bei der an dem Gehäuse 2 ein Zwischenflansch 17 befestigt ist, in dem der Zugstangenadapter 6 hineinragt, wobei auf dem Zugstangenadapter 6 in dem in dem Zwischenflansch 17 angeordneten Bereich ein Ring 18 mit einem Gehäuse 19 für die Elektronik, die Energieversorgung des Kraftsensors 7 und die berührungslose Datenübertragung befestigt ist. 9 zeigt, dass in dem Ring 18 eine erste Aufnahme für eine elektrische Speicherzelle 21 ausgebildet ist, wobei diese elektrische Speicherzelle 21 insbesondere als ein Akkumulator oder ein Kondensator gebildet sein kann und in die radial orientierte Tasche eingesetzt ist. Weiterhin ist in 9 die zweite Aufnahme 22 für eine Platine 23 ausgebildet, wobei die Aufnahme 22 durch einen Deckel 24 verschlossen ist.
  • In allen Ausführungsformen ist der Kraftsensor 7 über eine flexible Leiterbahn mit der Auswerte- und Übertragungselektronik verbunden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Betätigungseinheit
    2
    Gehäuse
    3
    Zugstange
    4
    Spindelmutter
    5
    Federpaket
    6
    Zugstangenadapter
    7
    Kraftsensor
    8
    Hülse
    9
    Zugstangenaufnahme
    10
    Außenhülse
    11
    Tasche
    12
    Feder
    13
    Schieber
    14
    Bundteil
    15
    Hülsenkörper
    16
    Steckverbindung
    17
    Zwischenflansch
    18
    Ring
    19
    Gehäuse
    20
    erste Aufnahme
    21
    elektrische Speicherstelle
    22
    zweite Aufnahme
    23
    Platine
    24
    Deckel
    25
    Abstimmscheibe
    26
    Leiterbahn
    27
    Planetenrollgewindetrieb
    28
    Welle
    29
    Passfeder
    30
    Sprengring
    31
    Stützscheibe
    32
    Wellenmutter
    33
    Kegelrollenlager
    34
    Lagerbuchse
    35
    Buchsenaufnahme
    36
    Tellerfeder
    37
    Gehäuseaufnahme
    38
    Erster Lagerring
    39
    Zweiter Lagerring
    40
    Druckkammer
    41
    Dehnmessstreifen
    42
    Einschnürung
    43
    Drucksensor
    44
    Kolben
    s
    Verstellweg
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19752084 A1 [0002]
    • DE 102009044167 A1 [0002]

Claims (20)

  1. Elektrische Betätigungseinheit (1) für Werkzeugmaschinen, mit einem Gehäuse (2), in dem eine axial verstellbare Zugstange (3) mit einem Spindelgewinde zur Verstellung der Spannmittel eines Spannfutters gelagert ist, auf der eine Spindelmutter (4) angeordnet ist, die mittelbar oder unmittelbar in der Spannstellung an dem Gehäuse (2) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Betätigungskraft in der Kraftübertragungskette von der Zugstange (3) zu dem Gehäuse (2) mindestens ein Kraftsensor (7) angeordnet ist.
  2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (7) dem Gehäuse (2) zugeordnet ist.
  3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (7) auf dem Gehäuse (2) angeordnet ist in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Einschnürung (42) einer Gehäusewandung, und dass die Einschnürung (42) benachbart zu dem Bereich der Krafteinleitung in das Gehäuse (2) ausgebildet ist.
  4. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spindelmutter (4) und dem Gehäuse (2) mindestens eine Feder angeordnet ist, die den mindestens einen Kraftsensor (7) trägt.
  5. Betätigungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder durch ein aus Tellerfedern (36) gebildetes Federpaket (5) gebildet ist.
  6. Betätigungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmutter (4) eine fest mit der Spindelmutter (4) verbundene Welle (28) zugeordnet ist, die mindestens eine Lagerbuchse (34) für das Federpaket (5) trägt, die in einer Gehäuseaufnahme (37) aufgenommen ist, dass die Gehäuseaufnahme (37) in axialer Richtung der Zugstange (3) länger als die axiale Erstreckung der Lagerbuchse (34) bemessen ist, so dass eine Verstellung der Lagerbuchse (34) in der Gehäuseaufnahme (37) ermöglicht ist zwischen zwei Extrempositionen, in denen die Lagerbuchse (34) mittelbar oder unmittelbar sich an der Wandung der Gehäuseaufnahme (37) abstützt.
  7. Betätigungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket (5) mit axialen Spiel in einer Buchsenaufnahme (35) der Lagerbuchse (34) aufgenommen ist, und dass auf der Lagerbuchse (34) benachbart zu beiden Seiten des Federpakets (5) jeweils ein Lagerring (38,39) angeordnet ist, der in der Gehäuseaufnahme (37) relativ zu der Lagerbuchse (34) verstellbar ist.
  8. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Tellerfedern (36) des Federpakets (5) der Kraftsensor (7) angeordnet ist, der vom äußeren Rand dieser Tellerfeder (36) radial nach innen versetzt und/oder benachbart zu diesem Rand angeordnet ist.
  9. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (7) der Zugstange (3) zugeordnet ist und/oder direkt auf der Zugstange (3) angeordnet ist.
  10. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstange eine Hülse (8 zur Führung der Energie- und Datenleitung zugeordnet ist, die im Inneren des Gehäuses (2) in einer die Zugstange (3) umfassenden Stellung befestigt ist mit dem in dem Kraftfluss zwischen der Zugstange (3) und der Spindelmutter (4) positionierten Kraftsensor (7).
  11. Betätigungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugstangenadapter (6) als Träger des mindestens einen Kraftsensors (7) der Zugstange (3) zugeordnet ist.
  12. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstangenadapter (6) außerhalb des Gehäuses (2) auf einem freien Ende der Zugstange (3) befestigt ist, und dass in dem Zugstangenadapter (6) eine Zugstangenaufnahme (9) für das freie Ende der Zugstange (3) ausgebildet ist.
  13. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstangenadapter (6) eine Außenhülse (10) mit mindestens einer Tasche (11) für einen durch eine Feder (12) beaufschlagten Schieber (13) aufweist, der die flexible Leiterbahn (26) führt und abstützt.
  14. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (10) mehrteilig gebildet ist mit einem Bundteil (14) und einem Hülsenkörper (15), an dem eine Steckverbindung angeordnet ist, und dass das Bundteil (14) an der Außenwand des Gehäuses (2) abgestützt ist.
  15. Betätigungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (2) ein Zwischenflansch (17) befestigt ist, in den der Zugstangenadapter (6) hinein ragt.
  16. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zugstangenadapter (6) in dem in dem Zwischenflansch (17) angeordneten Bereich ein Ring (18) mit einem Gehäuse (19) für die Elektronik und/oder Energieversorgung des Kraftsensor (7) befestigt ist.
  17. Betätigungseinheit (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ring (18) eine erste Aufnahme (20) für eine elektrische Speicherzelle (21) und/oder eine zweite Aufnahme (22) für eine Platine (23) ausgebildet ist.
  18. Betätigungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kraftsensor (7) über eine flexible Leiterbahn (26) mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.
  19. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (7) mehrfach vorgesehen ist, und dass mindestens zwei der Bauteile aus der Gruppe, die die Zugstange (3), das Gehäuse (2), die Feder umfasst, jeweils einen der Kraftsensoren (7) tragen.
  20. Betätigungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kraftsensoren (7) durch einen Dehnmessstreifen (41) oder durch eine Druckkammer (40) oder einen Piezokristall gebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19752084A1 (de) 1997-11-25 1999-06-02 Roehm Gmbh Spanneinrichtung
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DE102011100126A1 (de) 2011-04-30 2012-10-31 Ott-Jakob Spanntechnik Gmbh Arbeitsspindel mit einer Spannvorrichtung

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