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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung eines Energiebedarfs bei einer Spannvorrichtung, ein Spannmittel für eine Spannvorrichtung sowie eine Werkzeugmaschine mit einer solchen Spannvorrichtung.
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Die Spannkraft einer Spannvorrichtung, wie beispielsweise eines Spannfutters oder eines Spannstocks, unterliegt im Betrieb diversen Störgrößen, insbesondere wirkender Reibung oder Verschleiß. Im Falle eines Drehspannfutters insbesondere auch Fliehkräften. Daher ist trotz der bekannten Betätigungskraft die auf das einzuspannende Werkzeug oder Werkstück wirkende Spannkraft nie genau bekannt, was nachteilig ist im Hinblick auf den Betrieb der Spannvorrichtung, da eine unzureichende Spannkraft dazu führen kann, dass der eingespannte Gegenstand weggeschleudert wird. Des Weiteren kann die Bearbeitungsgenauigkeit leiden, da eine zu hohe Spannkraft zu einer Deformation führen kann und eine zu geringe Spannkraft im Zweifelsfall die Lagesicherung nicht gewährleistet.
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Aus der
DE 10 2019 109 856 A1 derselben Anmelderin ist es bekannt, bei einem als Spannbacke gebildeten Spannmittel einen Sensor zur Erfassung der Spannkraft an einem Biegebalken anzuordnen, wobei im Backenkörper Aufnahmen für ein Elektronikgehäuse und einen Energiespeicher ausgebildet sind und weiterhin Energie- und Datenleitungen in der Spannbacke zur Verbindung der Komponenten eingebracht sind.
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Bei der konkreten Anwendung in einer als Drehfutter gebildeten Spannvorrichtung ist aber auch zu beachten, dass das als Spannbacke gebildete Spannmittel zusammen mit der Spannvorrichtung auch bei hohen Drehzahlen rotiert wird, so dass große Beschleunigungskräfte insbesondere während der Rotation wirken, die 5.000 g und mehr erreichen können.
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Es ist erscheint deshalb zweckmäßig, die bewegte Masse und die Dimensionen der Spannmittel möglichst gering zu halten, was den verfügbaren Bauraum im Spannmittelkörper für den Energiespeicher begrenzt und deshalb den Einsatz eines kleiner ausgelegten Energiespeichers bedingt; umgekehrt korreliert aber die Dimension des Energiespeichers positiv mit seiner verfügbaren Ladekapazität.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung des Energiebedarfs bei einer ein sensorintegriertes Spannmittel umfassenden Spannvorrichtung anzugeben, das dem vorstehend erwähnten Nachteil Rechnung trägt. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannmittel für eine Spannvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit einer solchen Spannvorrichtung bereitzustellen, die eine energiesparende Betriebsweise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Spannmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduzierung eines Energiebedarfs bei einer Spannvorrichtung, die zur mechanischen Spannung eines Werkstücks mindestens ein sensorintegriertes Spannmittel aufweist, in dessen Spannmittelkörper ein Energiespeicher, wenigstens einen Sensor zur Spannkraftmessung sowie eine einen Sender aufweisende Spannmittelelektronik aufgenommen sind, umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
- a) Betreiben der Spannvorrichtung in einem Arbeitsmodus, in welchem vom Sensor kontinuierlich oder getaktet Werte für die Spannkraft auf das Werkstück erfasst und an die Spannmittelelektronik übergeben werden, die die Daten des Sensors unter Nutzung der vom Energiespeicher bereitgestellten Energie mittels des Senders drahtlos an einen Empfänger einer Maschinensteuerung übermittelt, und
- b) Überführen der Spannvorrichtung aus dem Arbeitsmodus in einen Ruhemodus, wodurch der Energiespeicher galvanisch von der Spannmittelelektronik getrennt wird, wenn
- - sich die vom Sensor erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - sich die zeitliche Änderung der vom Sensor erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - die vom Sensor erfassten Werte ein Senken der Spannkraft unter einen Mindestwert ergeben.
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Auf diese Weise wird also die Spannvorrichtung in einen Ruhemodus versetzt, bei der der Energiespeicher galvanisch von der Spannmittelelektronik getrennt ist. Somit werden die energieintensiven Prozesse, die von der Spannmittelelektronik durchgeführt werden, zustandsabhängig unterbrochen, wodurch sich die maximale Einsatzdauer des Spannmittels und damit der gesamten Spannvorrichtung nach einem Ladezyklus des Energiespeichers verlängern lässt; letzterer muss also erst zu einem späteren Zeitpunkt erneut einem Ladezyklus unterzogen werden. Aufgrund der dadurch insgesamt verringerten Anzahl an durchzuführenden Ladezyklen, wird zudem die maximale Lebensdauer des Energiespeicher selbst verlängert.
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Es wird auf diese Weise also das Spannmittel der Spannvorrichtung nur dann mit elektrischer Energie des Energiespeichers versorgt, wenn diese auch tatsächlich benötigt wird. Daher ist es ferner von Vorteil, wenn die sich im Ruhemodus befindliche Spannvorrichtung beim Zuleiten eines elektrischen Impulses an die Spannmittelelektronik in den die galvanische Trennung aufhebenden Arbeitsmodus überführt wird. Ein solcher elektrischen Impuls kann beispielsweise mittels eines Tasters ausgelöst werden oder durch ein anderes untenstehend noch zu erläuterndes Element erfolgen.
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Die Spannmittelelektronik selbst umfasst vorzugsweise einen integrierten Schaltkreis, der insbesondere in Form eines Ein-Chip-Systems, vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers vorliegt, auf dem ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor für die Spannkraftmessung bereitgestellten Werte implementiert ist. Der integrierte Schaltkreis kann auch als FPGA (englisch: „field programmable gate array“) vorliegen, auf dem ebenfalls ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor zur Spannkraftmessung bereitgestellten Werte implementiert ist. Da in beiden Fällen ein Boot-Vorgang oder Startvorgang für das Mess- und/oder Auswertesystem der Spannmittelelektronik notwendig sein kann, ist es von Vorteil, wenn die Spannvorrichtung nur dann in den Arbeitsmodus überführt wird, wenn der elektrische Impuls eine vorgegebene Mindestpulsdauer aufweist, welche insbesondere mindestens der Startdauer des Betriebssystems entspricht.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mindestpulsdauer des elektrischen Impulses mit einer monostabilen Kippstufe verlängert wird, da auf diese Weise gewährleistet ist, dass die Spannmittelelektronik vollständig betriebsbereit und in den Arbeitsmodus überführbar und dann die galvanische Trennung zwischen dem Energiespeicher und der Spannmittelelektronik aufgehoben wird. Die galvanische Trennung wird vorzugsweise mittels eines Optokopplers bewirkt, der ebenfalls auf einer Platine der Spannmittelelektronik platziert ist. Auf diese Weise wird der geringe verfügbare Bauraum sehr effizient ausgenutzt.
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In vielen Fällen ist es wünschenswert, dass automatisch erkannt wird, wann die galvanische Trennung aufzuheben ist und die Spannkraftmessung zu erfolgen hat. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, wenn dem Spannmittel, insbesondere einer Spannbacke oder der Backe eines Schraubstocks, ein Piezoelement zugeordnet ist, durch welches beim Einlegen des Werkstücks in die Spannvorrichtung eine elektrische Spannung zum Triggern der monostabilen Kippstufe erzeugt wird. Das Piezoelement dient in dieser Konfiguration also als Signalgenerator für das Triggern der monostabilen Kippstufe, sodass diese eine Betriebsspannung bereitstellt, damit das Betriebssystem der Spannmittelelektronik „booten“ oder starten kann, um anschließend die galvanische Trennung zum Energiespeicher aufzuheben und eine vollständige Spannkraftüberwachung mit entsprechender Datenübertragung auch an die Maschinensteuerung zu bewirken.
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In diesem Zuge ist es von Vorteil, wenn die vom Piezoelement erzeugte elektrische Spannung im Wesentlichen der Betriebsspannung der monostabilen Kippstufe entspricht. Die vom Piezoelement gelieferte Spannung reicht insbesondere aus, um den Boot-Vorgang der Spannmittelelektronik sicher durchzuführen. Bei einer geeigneten Verschaltung kann sogar die Spannung des Piezoelements dazu genutzt werden, den elektrischen Impuls selbst derart auszuüben, dass die Spannmittelektronik aus dem Ruhemodus in den die galvanische Trennung aufhebenden Arbeitsmodus überführt wird.
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Für eine zuverlässige Verlängerung des elektrischen Impulses, insbesondere für die Dauer des der Boot-Vorgangs der Spannmittelelektronik, ist es von Vorteil, wenn der elektrische Impuls zur Überführung in den Arbeitsmodus durch die monostabile Kippstufe um das 100-fache bis zu dem 300-fachen verlängert wird. Hierbei wird bei Einsatz eines geeigneten Piezoelements der Spannungspuls mit einer Dauer von 0,5 Millisekunden (ms) bis zu 1 ms auf 100 ms bis 150 ms verlängert, was ausreicht, um den Boot-Vorgang zuverlässig abzuschließen, damit die Spannmittelelektronik aus dem Ruhemodus in den die galvanische Trennung aufhebenden Arbeitsmodus überführt wird.
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Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleichem Maße für ein Spannmittel, das bei einer entsprechend ausgebildeten Spannvorrichtung eingesetzt ist.
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Das erfindungsgemäße Spannmittel umfasst insbesondere einen Spannmittelkörper, in dem ein Energiespeicher, wenigstens einen Sensor zur Spannkraftmessung sowie eine einen Sender aufweisende Spannmittelelektronik aufgenommen sind, und welchem ein Piezoelement zugeordnet ist, das eingerichtet ist, beim Beaufschlagen oder Einsetzen eines Werkstücks elastisch zu deformieren, und dadurch einen elektrischen Impuls derart zu emittieren, dass die Spannmittelelektronik überführt wird aus einem Ruhemodus, in welchem der Energiespeicher galvanisch von der Spannmittelelektronik getrennt ist, in einen Arbeitsmodus, in welchem die galvanische Trennung aufgehoben ist.
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Die Spannmittelelektronik umfasst dabei vorzugsweise eine Platine, auf der ein integrierter Schaltkreis, insbesondere in Form eines Ein-Chip-Systems, vorzuweisen Form eines Mikrocontrollers vorliegt, auf dem ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor zur Spannkraftmessung bereitgestellten Werte implementiert ist. Der integrierte Schaltkreis kann dabei aber auch als FPGA (englisch: „field programmable gate array“) vorliegen, auf dem ebenfalls ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor zur Spannkraftmessung bereitgestellten Werte implementiert ist.
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Die wiederholte galvanische Trennung des Energiespeichers und die wiederholte Aufhebung der galvanischen Trennung lassen sich beispielsweise durch den Einsatz eines Optokopplers realisieren, der ebenfalls Bestandteil der Platine ist. Auf der Platine ist aber auch eine Kommunikationseinrichtung vorhanden, die den Sender umfasst, um drahtlos mit einem Empfänger einer Kommunikationseinrichtung einer Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine zu kommunizieren.
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Diese drahtlose Kommunikationsmöglichkeit kann realisiert sein durch eine Funkverbindung mittels Bluetooth (Standard gemäß IEEE 802.15.1) oder mittels WLAN (Englisch „wireless local area network“; Standard gemäß IEEE 802.11, IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11h, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac, IEEE 802.11 ad oder IEEE 802.11ax). Auch drahtlose Kommunikationsverbindungen mittels RFID (Englisch: „radiofrequency identification“), insbesondere mittels NFC (Englisch: „near field communication“) können dabei Einsatz finden. Die Kommunikation kann bevorzugt durch ein IO-Link-System (Standard gemäß IEC 61131-9; SDCI für die Bezeichnung „Sigle-drop digital communication interface for small sensors and actuators“), insbesondere durch „IO-Link wireless“ realisiert sein, welches ein Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an ein Automatisierungssystem bildet.
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Die Spannmittelelektronik kann dabei zustandsabhängig gesteuert sein, wobei beispielsweise das Betriebssystem ein Überführen der Spannvorrichtung aus dem Arbeitsmodus in einen Ruhemodus veranlassen kann, wenn
- - sich die vom Sensor erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - sich die zeitliche Änderung der vom Sensor erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - die vom Sensor erfassten Werte ein Senken der Spannkraft unter einen Mindestwert ergeben.
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Auf diese Weise ist auch das Spannmittel sehr energieeffizient nutzbar, wobei die maximale Einsatzdauer nach einem Ladezyklus des Energiespeichers realisieren lässt.
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Es ist von Vorteil, wenn das Piezoelement als Signalgenerator einer monostabilen Kippstufe gebildet ist, um eine Betriebsspannung der monostabilen Kippstufe für eine Mindestpulsdauer an der Spannmittelelektronik bereitzustellen, wodurch der Startvorgang oder der Boot-Vorgang der Spannmittelelektronik zuverlässig durchlaufen werden kann, bevor sie in den Arbeitsmodus wechselt.
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Die Ausrichtung des Piezoelements ist dabei vorzugsweise derart orientiert, dass beim Einlegen eines Werkstücks in die Spannvorrichtung automatisiert eine Deformation des Piezoelements erfolgt, wodurch dann die monostabile Kippstufe getriggert wird, und wobei dann der elektrische Impuls des Piezoelements durch die monostabile Kippstufe derart verlängert wird, dass dieser eine ausreichende Spannung an der Spannmittelelektronik für deren Boot-Vorgang bereitstellt.
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Die Ausrichtung des Piezoelements ist vorzugsweise radial, wenn es sich bei der Spannvorrichtung um einen Drehspannfutter handelt. Ist die Spannvorrichtung allerdings als Schraubstock oder Spannstock gebildet, so ist das Piezoelement derart ausgerichtet, dass bei einem Verstellen der Spannmittels des Spannstocks und dem anschließenden Beaufschlagen eines Werkstücks eine Deformation des Piezoelements eintritt, um den elektrischen Impuls auszulösen.
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Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Spannmittel erläuterten Vorteile, vorteilhaften Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleichem Maße für die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine, die mit wenigstens einer Spannvorrichtung mit wenigstens einem der vorangehend erläuterten Spannmittel ausgerüstet ist, und die eine Maschinensteuerung umfasst, der ein Empfänger für die drahtlose Kommunikation mit einem Sender des mindestens einen sensorintegrierten Spannmittels zugeordnet ist.
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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.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer als (Dreh-)Spannfutter gebildeten Spannvorrichtung mit drei als Spannbacken gebildeten Spannmitteln zur Werkstückspannung,
- 2 eine Schnittansicht durch eine sensorintegrierte Spannbacke aus 1,
- 3 ein exemplarisches Diagramm, in welchem oben zeitabhängig die vom Sensor zur Spannkraftmessung erfassten Signale dargestellt sind (Signalstärke LP), und in welchem unten zeitabhängig die dazu korrespondierenden Signale bei der Datenübertragung durch den Sender dargestellt ist, und
- 4 eine exemplarische Schaltungsanordnung einer monostabilen Kippstufe, in welcher das Piezoelement als Signalgenerator zum Triggern der monostabilen Kippstufe dient.
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In der 1 ist eine Spannvorrichtung 1 in Form eines Drehspannfutters dargestellt, das einen Futterkörper 2 aufweist, in dem vorliegend in gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Backenführungen 3 Spannbacken 4 angeordnet sind. Beispielhaft sind drei radiale Backenführungen 3 gezeigt, wobei aber eine andere Anzahl von radialen Backenführungen 3 mit zugeordneten Spannbacken 4 gleichfalls möglich ist, insbesondere auch ein Spannfutter mit zwei Spannbacken 4 oder mehr als drei Spannbacken 4 nämlich vier, fünf, sechs, sieben oder über sieben Spannbacken 4. Das Spannfutter wird im Regeleinsatz in üblicher Weise der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zugeordnet, wobei durch die Werkzeugmaschine der drehende Antrieb der Spannvorrichtung 1 erfolgt und die Bereitstellung der Betätigungskraft zur Erzeugung der gewünschten Spannkraft. Die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine umfasst dabei einen Empfänger 5, der ausgebildet ist, Daten kabellos zu empfangen, die von einem in 2 illustrierten Sender 11 einer Spannmittelelektronik 10 von einem in die Spannvorrichtung 1 eingesetzten sensorintegrierten Spannmittel, vorliegend einer sensorintegrierten Spannbacke 4. In die gezeigte Spannvorrichtung 1 kann ein Spannmittelsatz eingesetzt werden, der neben des sensorintegrierten Spannmittels auch sensorlose Spannmittel umfassen kann, wobei letztere hinsichtlich der Dimensionen und/oder hinsichtlich ihres Gewichts und/oder hinsichtlich ihrer Gewichtsverteilung an diejenigen der sensorintegrierten Spannmittel angepasst sind, um bei Drehspannfuttern die gewünschte Wuchtgüte zu bieten.
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Das als sensorintegrierte Spannbacke 4 gebildete Spannmittel nach 2 weist einen Backenkörper 6 auf, an dem eine Backenstufe 8 ausgebildet ist, mit einem Stufenkopf 7 zum Halten eines Spanneinsatzes 9. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei der Backenstufen 8 gezeigt, wobei gilt, dass eine abweichende Anzahl möglich ist, also auch eine Spannbacke 4 mit keiner, nur einer Backenstufe 8, mit zwei Backenstufen 8 oder mit vier oder fünf Backenstufen 8 realisiert werden kann, je nach den Anforderungen der erforderlichen Spannverhältnisse. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Backenkörper 8 der Spannbacke 4 als Stufen-Umkehrbacke gestaltet ist, also in einfacher Weise ein Wechsel zwischen einer Außenspannung zu einer Innenspannung durch einfaches Umdrehen der Spannbacken in den Backenführungen des Spannfutters möglich ist.
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Es ist zu erkennen, dass dem Spannmittel an einer an der Außenseite des Stufenkopfes 7 ausgebildeten Sensorstelle ein Sensor 12 zur Spannkraftmessung zugeordnet ist. Dabei ist die Sensorstelle aus einer Tasche gebildet, in der der Sensor 12 zur Spannkraftmessung angeordnet ist. Der Sensor 12 zur Spannkraftmessung selber ist als Dehnmessstreifen, insbesondere als Metall-Dehnmessstreifen gebildet, der in der Tasche aufgeschweißt ist, wobei die Kontaktierungsflächen über einem Durchgang 13 angeordnet sind, der zur Durchleitung einer Datenleitung und/oder einer Energieversorgungsleitung bereitgestellt ist.
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Schließlich ist auch ersichtlich, dass im Backenkörper 6 eine erste Aufnahme 14 für einen elektrischen Verbraucher, nämlich die Spannmittelelektronik 10 vorgesehen ist, die über den Durchgang 13 mit dem Sensor 12 verbunden ist. Die Spannmittelektronik 10 weist vorzugsweise eine Platine auf, auf der eine den Sender 11 umfassende Kommunikationseinrichtung platziert ist. Die Spannmittelektronik 10 umfasst aufgrund des geringen verfügbaren Bauraums innerhalb des Spannmittelkörpers ein integrierten Schaltkreises, insbesondere in Form eines Ein-Chip-Systems, vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers, auf dem ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor 12 bereitgestellten Werte, implementiert ist. Der integrierte Schaltkreis kann aber auch als FPGA (englisch: „Field Programmable Gate Array“) vorliegen, auf dem ebenfalls ein Echtzeitbetriebssystem zur Erfassung und Auswertung der vom Sensor 12 bereitgestellten Werte implementiert ist. Auch diese Weise steht die Spannmittelelektronik 10 also in einer spannmittelinternen Kommunikationsverbindung mit dem wenigstens einen Sensor 12 zur Spannkraftmessung. Die Spannmittelelektronik steht mit ihrer Kommunikationseinrichtung mittels des Senders 11 - abhängig vom vorherrschenden Betriebsmodus - außerdem in einer spannmittelexternen Kommunikationsverbindung mit dem Empfänger 5 der Werkzeugmaschine, der ebenfalls einen Teil einer maschinenseitigen Kommunikationseinrichtung bildet.
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In dem Spannmittel sind damit elektrische Verbraucher gegeben, für die eine Spannungsversorgung erforderlich ist. Dazu ist im Backenkörper 6 eine zweite Aufnahme 15 für einen Energiespeicher 16, insbesondere eine elektrische Speicherzelle wie einen Akkumulator oder einen Kondensator, vorgesehen, der die Spannmittelelektronik 10 elektrisch versorgt. Der Energiespeicher 16 ist mit einer Verschlusskappe 17 im Spannmittelkörper gesichert, vorzugsweise derart, dass eine Entnahme des Energiespeichers 16 möglich bleibt. Es ist aber bei einer unlösbar befestigten Verschlusskappe 17 auch die Möglichkeit gegeben, einen Anschluss zur elektrischen Anbindung des Energiespeichers 16 am Spannmittelkörper oder an der Verschlusskappe 17 selbst vorzusehen, über welchen ein Nachladen des Energiespeichers 16 erfolgen kann. Es ist bei geeigneter Werkstoffwahl des Spannmittelkörpers ferner die Möglichkeit vorhanden, den Energiespeicher 16 drahtungebunden, insbesondere induktiv nachzuladen.
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In 3 ist exemplarisch ein Diagramm dargestellt, in welchem oben zeitabhängig die vom Sensor 12 zur Spannkraftmessung erfassten Signale dargestellt sind, und in welchem unten die tatsächlich vom Sender 11 übertragenen Signale an den Empfänger 5 illustriert sind. Beim Vergleich zu den vom Sensor 12 erfassten Signalen mit den tatsächlich an die Maschinensteuerung übergebenen, gesendeten Daten, ist festzustellen, dass das tatsächliche Senden an die Maschinensteuerung mit einer geringeren Häufigkeit erfolgt als der Sensor 12 Werte übermittelt. Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Die Spannvorrichtung 1 wird nämlich mit einem energieeffizienten Verfahren betrieben, bei dem sie zustandsabhängig, insbesondere wiederkehrend, aus einem Arbeitsmodus in einen Ruhemodus überführt wird.
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Im Arbeitsmodus werden vom Sensor 12 kontinuierlich oder getaktet Werte für die Spannkraft auf das Werkstück erfasst und an die Spannmittelelektronik 10 übergeben, wobei die Spannmittelelektronik 10 die Daten des Sensors 12 zur Spannkraftmessung unter Nutzung der vom Energiespeicher 16 bereitgestellten Energie mittels des Senders 11 drahtlos an den Empfänger 5 der Maschinensteuerung übermittelt.
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Bei Überführen in den Ruhemodus wird jedoch der Energiespeicher 16 galvanisch von der Spannmittelelektronik 10 getrennt; letzter erfolgt zustandsabhängig insbesondere dann, wenn
- - sich die vom Sensor 12 erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - sich die zeitliche Änderung der vom Sensor 12 erfassten Werte der Spannkraft für eine vorgegebene Zeitdauer nicht über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus verändern, und/oder
- - die vom Sensor 12 erfassten Werte ein Senken der Spannkraft unter einen Mindestwert ergeben.
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Auf diese Weise wird also die Spannmittelelektronik zustandsabhängig umgeschaltet zwischen dem Ruhemodus, in welchem der Energiespeicher 16 insbesondere unter Nutzung eines Optokopplers galvanisch von der Spannmittelelektronik 10 getrennt ist, und dem Arbeitsmodus, in welchem die galvanische Trennung aufgehoben ist.
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Dabei kann es erforderlich sein, dass die Spannvorrichtung 1 nur bei Zuleiten eines elektrischen Impulses an die Spannmittelelektronik 10 aus dem Ruhemodus in den die galvanische Trennung aufhebenden Arbeitsmodus überführt wird.
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Es ist von Vorteil, wenn die Spannvorrichtung 1 nur dann in den Arbeitsmodus überführt wird, wenn der elektrische Impuls eine vorgegebene Mindestpulsdauer aufweist, da auf diese Weise ein sicheres Booten oder Starten der Spannmittelektronik 10 gewährleistet ist.
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Hierzu hat sich der Einsatz einer monostabilen Kippstufe 19 als vorteilhaft erwiesen, die in 4 illustrativ dargestellt ist. Beispielsweise kann ein Piezoelement 18 dem Spannmittel oder der Spannbacke 4 zugewiesen sein, das beim Einlegen eines Werkstücks in die Spannvorrichtung eine elektrische Spannung erzeugt. Es ist alternativ oder zusätzlich die Möglichkeit gegeben, dass die Kraft in das Piezoelement auch dann eingeleitet wird, wenn die Spannbacke 4 in die Backenführung 3 eingesetzt oder auf eine Planfläche der Spannvorrichtung 1 aufgesetzt wird. Eine mögliche Anordnung des Triggerelements 18 lässt sich der 2 entnehmen, wobei das Triggerelement 18 mit der Platine der Spannmittelelektronik mechanisch verbunden oder auch mechanisch von dieser entkoppelt sein kann. Eine Krafteinleitung in das Piezoelement 18 kann vom Backenkörper 6 bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend wird die Kraft über die Spanneinsätze 9 eingeleitet. Das Einlegen des Werkstücks ist in 2 durch die beiden Kraftpfeile F illustriert. Der Impuls des Piezoelements 18 wird dabei von der monostabilen Kippstufe 19 verlängert, sodass dessen bereitgestellte Spannung zugleich der Betriebsspannung (+V) entspricht, damit die benötigte Spannung für den Start- oder Boot-Vorgang der Spannmittelektronik 10, insbesondere des Betriebssystems zur Spannkraftmessung und zur Übertragung der Spannkraftdaten, ausreicht. Somit entspricht also die vom Piezoelement 18 erzeugte elektrische Spannung im Wesentlichen der Betriebsspannung der monostabilen Kippstufe 19. Der elektrische Impuls zur Überführung in den Arbeitsmodus durch die monostabile Kippstufe 19 wird dabei vorzugsweise um das 100-fache bis zu dem 300-fachen verlängert, wobei beim Einsatz des Piezoelements 18 der Spannungspuls von 0,5 ms bis 1 ms auf 100 ms bis 150 ms verlängert wird, was häufig für den zuverlässigen Bootvorgang ausreicht.
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Auf diese Weise ist also mit der vorliegenden Erfindung eine zustandsabhängige Steuerung der Spannvorrichtung 1, insbesondere deren Spannmittelelektronik 10, gegeben, die mit einer verlängerten Einsatzdauer der Spannvorrichtung 1 bei einer geringeren Anzahl an Ladezyklen des Energiespeichers 16 einhergeht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Futterkörper
- 3
- Backenführung
- 4
- Spannbacke (insbesondere sensorintegriert)
- 5
- Empfänger (Kommunikationseinrichtung Werkzeugmaschine)
- 6
- Backenkörper
- 7
- Stufenkopf
- 8
- Backenstufe
- 9
- Spanneinsatz
- 10
- Spannmittelektronik
- 11
- Sender
- 12
- Sensor zur Spannkraftmessung
- 13
- Durchgang
- 14
- erste Aufnahme
- 15
- zweite Aufnahme
- 16
- Energiespeicher
- 17
- Verschlusskappe
- 18
- Triggerelement (z.B. Piezoelement)
- 19
- monostabile Kippstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019109856 A1 [0003]
