DE102021124907A1

DE102021124907A1 - Spanneinrichtung, Sensormodul und Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102021124907A1
Application number: DE102021124907.4A
Authority: DE
Inventors: Moritz Wiedmann; Daniel Schöttle; Martin Kasemann; Robert Tannhäuser
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023046552A1

Abstract

Spanneinrichtung (1) zum Spannen eines Bauteils, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich (3) für ein zu spannendes Bauteil, insbesondere für einen Werkzeugschaft angeordnet ist, einem Sensormodul (10), welches als Baueinheit ausgebildet ist, wobei das Sensormodul (10) in den Aufnahmeraum (9) eingesetzt und in diesem gehalten ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Sensormodul (10), insbesondere für eine solche Spanneinrichtung (1), und eine Sensoranordnung (40) mit einem solchen Sensormodul (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum Spannen eines Bauteils, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse definierenden Grundkörper, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich für ein zu spannendes Bauteil, insbesondere für einen Werkzeugschaft angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensormodul, insbesondere für eine solche Spanneinrichtung, sowie eine Sensoranordnung.
Derartige Spanneinrichtungen zum Fixieren beispielsweise eines Werkzeuge in einer Werkzeugmaschine sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, ein Werkzeug wie beispielsweise ein Fräs- oder Bohrwerkzeug zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Eine solche Spanneinrichtung umfasst üblicherweise einen Grundkörper, der eine Spannachse definiert, und in einem vorderen Endbereich einen Spannbereich, in welchem das zu spannende Bauteil, kraftschlüssig gehalten ist. Die Spanneinrichtung kann dabei als Spannfutter ausgebildet sein, was bedeutet, dass der Spannbereich eine Aufnahme beispielsweise für einen Werkzeugschaft aufweist. Alternativ kann die Spanneinrichtung auch als Spanndorn ausgebildet sein. In diesem Fall besitzt der Spannbereich eine radial nach außen weisende Spannfläche, um ein Bauteil von innen kraftschlüssig zu fixieren.
Zunehmend werden derartige Spanneinrichtungen mit Sensoren versehen, um während eines Bearbeitungsvorganges verschiedene Betriebsparameter erfassen zu können. Beispielsweise kann eine derartige Spanneinrichtung einen Beschleunigungssensor aufweisen, um Vibrationen bei einem Bearbeitungsvorgang zu erfassen. Derartige Vibrationen können auftreten, wenn ein in die Spanneinrichtung eingesetztes Werkzeug zur spanenden Bearbeitung verschlissen ist.
Ebenso kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, um eine möglicherweise unzureichende Kühlung eines eingesetzten Werkzeugs zu erkennen. Ferner können mittels geeigneter Sensoren Verformungen des Grundkörpers bestimmt werden, woraus Rückschlüsse auf die auftretenden Zerspanungskräfte möglich sind. Die von derartigen Sensoren ermittelten Daten können über eine geeignete Übertragungsvorrichtung an eine zentrale Maschinensteuerung gesendet werden, so dass gegebenenfalls die Bearbeitungsparameter angepasst werden können.
Eine derartige, als Werkzeughalter ausgebildete Spanneinrichtung ist aus der DE 10 2015 220 533 A1 vorbekannt. Diese dient dem Fixieren eines Werkzeugs an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine und umfasst einen eine Spannachse definierenden Grundkörper. An dessen vorderem Endbereich ist ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offenen zentralen Aufnahme für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs ausgebildet. An verschiedenen Stellen im Grundkörper sind Sensoren angeordnet. Diese sind wiederum über elektrische Leitungen mit nach außen offenen Ausnehmungen zur Unterbringung einer Signalübertragungsvorrichtung verbunden. An anderen Positionen im Grundkörper können wiederum Energieversorgungseinrichtungen vorgesehen sein, die über elektrische Leitungen mit den Sensoren verbunden sind.
Auch wenn sich derartige Werkzeughalter grundsätzlich bewährt haben, so wird zu Teilen als nachteilig angesehen, dass ein Wechsel der Sensoren aufwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine alternative Spanneinrichtung zum Spannen eines Bauteils, sowie ein Sensormodul für eine solche Spanneinrichtung bereitzustellen, bei welcher insbesondere die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe ist bei einer Spanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem Grundkörper ein Aufnahmeraum für ein Sensormodul ausgebildet ist, welcher zu einer Umfangsfläche des Grundkörpers offen ist und sich ausgehend von dieser radial in den Grundkörper erstreckt. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spanneinrichtung ein Sensormodul umfasst, welches als Baueinheit ausgebildet ist und ein rohrförmiges Sensorgehäuse, welches eine Sensorachse definiert, einen Verschlussdeckel, welcher das Sensorgehäuse an einer Stirnseite fest verschließt, ein innerhalb des Sensorgehäuses untergebrachtes Sensorelement zur Erfassung von Betriebsparametern und eine mit dem Sensorelement verbundene Datenübertragungsvorrichtung zum kabellosen Übertragen von mit dem Sensorelement erfassten Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung liegenden Empfänger aufweist, wobei das Sensormodul derart in den Aufnahmeraum eingesetzt und in diesem gehalten ist, dass der Verschlussdeckel nach außen weist.
Ferner ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Sensormodul für eine solche Spanneinrichtung, wobei das Sensormodul als Baueinheit ausgebildet ist und ein rohrförmiges Sensorgehäuse, welches eine Sensorachse definiert, einen Verschlussdeckel, welcher das Sensorgehäuse zu einer Stirnseite fest verschließt, ein innerhalb des Sensorgehäuses untergebrachtes Sensorelement zur Erfassung von Messdaten und eine mit dem Sensorelement verbundene Datenübertragungsvorrichtung zum kabellosen Übertragen von mit dem Sensorelement erfassten Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung liegenden Empfänger aufweist.
Der Erfindung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, ein als Baueinheit ausgebildetes Sensormodul, welches in einen Aufnahmeraum einer Spanneinrichtung eingesetzt ist, mit einem nach außen offenen Verschlussdeckel zu versehen. Dadurch kann der Verschlussdeckel mit funktionalen Komponenten versehen werden, die von außen zugänglich sein sollen. Gleichzeitig können weitere Komponenten wie ein Sensorelement oder eine Energieversorgungseinrichtung geschützt im Inneren des Aufnahmeraums untergebracht werden. Darüber hinaus kann ein solches Sensormodul als Baueinheit schnell und einfach ausgewechselt werden, ohne dass ein aufwendiges Demontieren einzelner Sensoren erforderlich ist.
Konkret kann das Sensorelement einen Temperatursensor und/oder einen Bewegungssensor, insbesondere einen Sensor zur Erfassung der Drehzahl der Spanneinrichtung und/oder einen Drucksensor und/oder einen Verformungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor umfassen. Grundsätzlich kann das Sensorelement einen oder mehrere Sensoren umfassen. Beispielsweise kann über einen Drehzahlsensor indirekt die Schnittgeschwindigkeit ermittelt werden, wenn die erfindungsgemäße Spanneinrichtung zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine verwendet wird. Des Weiteren kann ein Sensorelement, welches einen Beschleunigungssensor enthält, auftretende Vibrationen erfassen. Ein Temperatursensor ermöglicht es, zu hohe Temperaturen des Grundkörpers zu erkennen. Insbesondere wenn das Sensorelement in der Nähe von Kühlmittelleitungen angeordnet ist, kann über einen Temperatursensor die Kühlmitteltemperatur relativ genau erfasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Datenübertragungsvorrichtung in den Verschlussdeckel integriert. Dadurch, dass die Datenübertragungsvorrichtung von außen direkt zugänglich ist, findet nur eine schwache Dämpfung der übertragenen Signale statt, so dass auf einfache Weise Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung liegenden Empfänger übertragen werden können. Durch eine drahtlose Übertragung wird die Störanfälligkeit gegenüber einer kontaktierenden Übertragung, die beispielsweise über Schleifkontakte stattfinden kann, erheblich minimiert. Die Datenübertragung kann dabei insbesondere zu einer Maschinensteuerung hin erfolgen, wodurch eine Regelung wichtiger Betriebsparameter ermöglicht wird. Erkennt das Sensorelement beispielsweise, dass aufgrund des Verschleißes eines in die Spanneinrichtung eingesetzten Werkzeugs Vibrationen auftreten, so können die Betriebsparameter, beispielsweise die Drehzahl und/oder die Vorschubgeschwindigkeit, angepasst werden, um trotzdem eine qualitativ hochwertige Werkstückbearbeitung zu gewährleisten. Dabei ist die Datenübertragungsvorrichtung insbesondere zur Verwendung in einem drahtlosen Netzwerk und/oder zur Verbindung mit dem Internet geeignet.
Die Datenübertragungsvorrichtung kann eine insbesondere in den Verschlussdeckel eingegossene Antenne mit einem Massepol und einem Antennenpol umfassen. Der Verschlussdeckel kann dabei im Wesentlichen aus Kunststoff bestehen, wodurch die von der Antenne emittierten Signale nur schwach gedämpft werden. Die Antenne dient dazu, elektromagnetische Wellen zur drahtlosen Übermittlung von Signalen abzustrahlen. Dazu wird zwischen dem Massepol und dem Antennenpol eine sich verändernde elektrische Spannung angelegt.
In weiterer Ausgestaltung kann der Massepol elektrisch leitend mit dem Sensorgehäuse verbunden oder verbindbar sein. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass das Sensorgehäuse und insbesondere auch der Grundkörper der Spanneinrichtung auf einem Massepotential gehalten werden und der Antennenpol mit einem relativ dazu veränderlichen Potential beaufschlagt wird, um Signale zu emittieren. Denkbar ist auch, dass insbesondere bedarfsweise keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Massepol und dem Antennenpol besteht. Bevorzugt ist der Massepol für den zur Übertragung von Messdaten genutzten Frequenzbereich elektrisch leitend mit dem Sensorgehäuse verbunden.
In konkreter Ausgestaltung können der Massepol und der Antennenpol scheibenförmig insbesondere mit einer kreisförmigen Außenform im Verschlussdeckel ausgebildet sein, wobei sich die beiden Pole insbesondere parallel zueinander, bevorzugt senkrecht zur Sensorachse erstrecken. Mit anderen Worten können im Verschlussdeckel zwei in Richtung der Sensorachse beabstandet zueinander angeordnete metallische Scheiben ausgebildet sein, die den Massepol und den Antennenpol bilden. Durch eine solche scheibenförmige Ausgestaltung können Signale nach außen emittiert werden.
In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann der Antennenpol benachbart zur nach außen weisenden Stirnfläche des Verschlussdeckels angeordnet sein und der Massenpol innenseitig zu dem Antennenpol im Verschlussdeckel liegen, insbesondere im Bereich eines ringförmig umlaufenden Außenbunds des Verschlussdeckels liegen. Eine Anordnung des Antennenpols in der Nähe der nach außen weisenden Stirnfläche des Verschlussdeckels ermöglicht eine gute Übertragung von Signalen, da nur eine geringe Materialstärke zwischen dem Antennenpol und der Umgebung verbleibt, so dass nur eine geringe Dämpfung der Signale auftritt. Demgegenüber ist der Massepol bevorzugt in einem inneren Endabschnitt des Verschlussdeckels angebracht.
Um entsprechende Signale emittieren zu können, ist bevorzugt der Antennenpol mit einem elektrischen Leiter verbunden, der ausgehend vom Antennenpol in das Innere des Sensorgehäuses insbesondere zu einer Platine führt. Dementsprechend ist vorgesehen, dass der Massepol eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der elektrische Leiter vom Massepol elektrisch isoliert verläuft. Diese Ausgestaltung basiert auf der Notwendigkeit, dass das entsprechende Signal, das heißt die entsprechende Spannung im Inneren des Sensorgehäuses beispielsweise auf einer Platine erzeugt wird und der Antennenpol mit dieser elektrisch leitend verbunden werden muss. Dementsprechend ist vorgesehen, dass der Massepol eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche ein solcher elektrischer Leiter zum Antennenpol geführt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung können der Antennenpol und/oder der Massepol wabenförmige Öffnungen aufweisen, welche mit Material, insbesondere mit einem Kunststoff ausgefüllt sind. Der Verschlussdeckel und damit der Antennenpol und der Massepol sind bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung außerhalb der Spannachse angeordnet, so dass erhebliche Fliehkräfte wirken. Um die Festigkeit der beiden Komponenten im Verschlussdeckel zu erhöhen, sind dementsprechend wabenförmige Öffnungen vorgesehen, welche mit Material gefüllt sind. Insbesondere kann der Verschlussdeckel hergestellt werden, indem der Antennenpol und der Massepol eingegossen werden. In diesem Fall werden die Öffnungen mit Material gefüllt, so dass die Pole fest im Verschlussdeckel verankert werden und eine Beständigkeit gegen Fliehkräfte erzielt wird.
In weiterer Ausgestaltung kann die Spanneinrichtung ferner eine Energieversorgungseinheit umfassen, um das Sensormodul mit Strom zu versorgen. Dabei ist die Energieversorgungseinheit bevorzugt als separates Bauelement im Aufnahmeraum untergebracht. Konkret kann die Energieversorgungseinheit am inneren Ende des Aufnahmeraums angeordnet sein, so dass sie durch das Sensormodul im Aufnahmeraum gehalten wird. Zwischen der Energieversorgungseinheit und dem Sensormodul kann eine Passscheibe vorgesehen sein, um das Sensorelement auf der Spannachse zu positionieren.
Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, sich direkt an das Sensormodul anschließend eine Energieversorgungseinheit vorzusehen. Dabei kann es sich insbesondere um eine Batteriezelle, bevorzugt um eine aufladbare Batteriezelle handeln. Solche Batteriezellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkus ausgebildet sein. Eine derartige Energiequelle ist erforderlich, um ein Sensorelement autark von einer Werkzeugmaschine oder anderen externen Energieversorgungen mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Verwendung einer wiederaufladbaren Batteriezelle hat dabei den Vorteil, dass diese nicht ausgetauscht werden muss, sondern wiederholt aufgeladen werden kann, insbesondere wenn die Spanneinrichtung gerade nicht in Gebrauch ist. Durch eine Passscheibe kann sichergestellt werden, dass das Sensorelement exakt auf der Spannachse liegt.
Zum Laden der Energieversorgungseinheit kann das Sensormodul zwei von außen zugängliche elektrische Ladekontakte aufweisen, die jeweils mit entsprechenden Kontakten an der Energieversorgungseinheit elektrisch verbunden oder verbindbar sind und untereinander elektrisch isoliert sind, um durch Kontaktieren der beiden elektrischen Ladekontakte mit den Polen eines Ladegeräts die Energieversorgungseinheit mit Spannung und/oder Strom versorgen und aufladen zu können. Mit anderen Worten ist vorgesehen, in einem von außen zugänglichen Bereich des Sensormoduls entsprechende Kontakte vorzusehen, sodass durch ein Ladegerät von außen über das Sensormodul die Energieversorgungseinheit aufgeladen werden kann, ohne dass das Sensormodul demontiert werden muss und/oder die Energieversorgungseinheit aus dem Aufnahmeraum entnommen werden muss.
In konkreter Ausgestaltung kann ein erster elektrischer Ladekontakt insbesondere zum Anlegen eines Minuspols eines Ladegeräts in dem Verschlussdeckel, bevorzugt mittig in dem Verschlussdeckel angeordnet und ein zweiter elektrischer Ladekontakt, insbesondere zum Anlegen eines Pluspols eines Ladegeräts wird durch die von außen zugängliche Stirnfläche des Sensorgehäuses gebildet. Mit anderen Worten ist ein elektrischer Ladekontakt an dem Verschlussdeckel elektrisch isoliert von dem Sensorgehäuse, so dass ein Pol eines Ladegeräts am Verschlussdeckel angelegt werden kann und ein anderer Pol bezogen auf die Sensorachse außenliegend an der vorderen Stirnfläche des Sensorgehäuses. Die beiden Ladekontakte können dabei bezogen auf die Sensorachse axial versetzt zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann der auf dem Verschlussdeckel angeordnete Ladekontakt gegenüber der Stirnfläche des Sensorgehäuses vorragen.
Der erste elektrische Ladekontakt kann mit dem Antennenpol elektrisch leitend verbunden sein, insbesondere durch einen auf dem Antennenpol ausgebildeten Kontaktbereich, der nach außen offen ist, gebildet werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der Antennenpol selbst gleichzeitig den ersten elektrischen Ladekontakt bildet. Konkret kann sich dieser über einen Teilbereich des Antennenpols erstrecken, der insbesondere mittig im Antennenpol ausgebildet ist. In diesem kann eine entsprechende Erhebung ausgebildet sein, die nach außen offen ist, das heißt nicht durch das elektrisch isolierende Material des Verschlussdeckels überdeckt wird. Gleichermaßen kann im Bereich des ersten elektrischen Ladekontakts auf einen Überzug, z.B. eine elektrisch isolierende Schicht verzichtet worden sein, so dass der Antennenpol direkt von außen zugänglich ist.
Bevorzugt ist das Sensorgehäuse mit einem korrespondierenden elektrischen Kontakt an der Energieversorgungseinheit verbunden und der Verschlussdeckel mit einem anderen elektrischen Kontakt der Energieversorgungseinheit. Beispielsweise kann die Energieversorgungseinheit scheibenartig ausgebildet sein und an einer zum Sensormodul weisenden Stirnseite einen äußeren Kontaktring, der direkt oder über die Passscheibe mit dem Sensorgehäuse in Kontakt steht, und eine innenliegende, insbesondere kreisförmige Kontaktfläche, der elektrisch leitend mit dem Ladekontakt des Verschlussdeckels verbunden ist, aufweisen. Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Sensormodul dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsvorrichtung in den Verschlussdeckel integriert ist und/oder dass das Sensormodul zwei von außen zugängliche elektrische Ladekontakte aufweist, die jeweils mit entsprechenden Kontakten einer Energieversorgungseinheit elektrisch verbindbar sind und untereinander elektrisch isoliert sind, um durch Kontaktieren der elektrischen Ladekontakte mit einem Ladegerät die Energieversorgungseinheiten mit Spannung und/oder Strom versorgen und aufladen zu können, wobei bevorzugt ein erster elektrischer Ladekontakt insbesondere zum Anlegen eines Minuspols eines Ladegeräts in dem Verschlussdeckel, bevorzugt mittig in dem Verschlussdeckel angeordnet ist, und ein zweiter elektrischer Ladekontakt, insbesondere zum Anlegen eines Pluspols eines Ladegeräts, durch die verschlussdeckelseitige Stirnfläche des Sensorgehäuses gebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung ist vorgesehen, dass der Aufnahmeraum die Spannachse schneidet, jedoch den Grundkörper radial nicht vollständig durchsetzt. Mit anderen Worten erstreckt sich der Aufnahmeraum ausgehend von einer radialen Umfangsfläche über die Spannachse hinaus und endet in einem von dem offenen Ende gegenüberliegenden radialen Bereich des Grundkörpers. Dabei kann der Aufnahmeraum einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und insbesondere abgestuft ausgebildet sein, d.h. Bereiche mit verschiedenen Durchmessern aufweisen.
Bevorzugt ist das Sensorelement derart innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet, dass es auf der Spannachse liegt bzw. auf der Spannachse einer Spanneinrichtung platzierbar ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass auf ein solches zentrisch zur Spannachse angeordnetes Sensorelement keine Fliehkraft wirkt, was die Funktionsweise und/oder die Lebensdauer des Sensorelements verbessert.
In weiterer Ausgestaltung kann das Sensormodul eine Platine aufweisen, die innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet ist und das Sensorelement trägt, wobei die Platine bevorzugt parallel zur Sensorachse verläuft und Datenverarbeitungsmittel zur Verarbeitung der von dem Sensorelement bereitgestellten Messsignale beinhaltet. Eine Platine mit elektronischen Bauelementen hat dabei den Vorteil, dass sie auf einfache Weise vorzufertigen ist und somit leicht in ein Sensorgehäuse eingebaut werden kann. Die Datenverarbeitungsmittel können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass Messsignale, die das Sensorelement bereitstellt, aufbereitet werden und in einer aufbereiteten Form der Datenübertragungseinheit zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann ein Temperatursensor, der als Thermoelement ausgebildet ist, eine geringe Spannung als Messsignal bereitstellen, welches dann durch die Datenverarbeitungsmittel entsprechend in ein übertragbares Signal umgesetzt wird.
Der Grundkörper kann wenigstens einen Kühlmittelkanal aufweisen, um Kühlmittel von einer rückseitigen Maschinenschnittstelle des Grundkörpers nach vorne zu dem Spannbereich zu leiten. Dabei kann mindestens ein Kühlmittelkanal, welcher bevorzugt als zentrale axiale Durchgangsbohrung ausgebildet ist, den Aufnahmeraum schneiden, so dass der Aufnahmeraum den Kühlmittelkanal in einen vorderen Kanalabschnitt und einen hinteren Kanalabschnitt unterteilt. Dementsprechend kann in der äußeren Umfangsfläche des Sensorgehäuses eine ringförmig umlaufende Kühlmittelnut ausgebildet sein, so dass Kühlmittel, welches zu dem Spannbereich geleitet wird, vom hinteren Kanalabschnitt zum vorderen Kanalabschnitt durch die Kühlmittelnut an dem Sensorgehäuse vorbeiströmen kann. Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass bei einem insbesondere zentral angeordneten Kühlmittelkanal der Aufnahmeraum diesen durchsetzt und somit grundsätzlich ein eingesetztes Sensorelement das Strömen des Kühlmittels behindert. Dementsprechend ist in der Außenwandung des Sensorgehäuses eine Kühlmittelnut vorgesehen, durch welche das Kühlmittel an dem Sensorgehäuse vorbeiströmen kann. Bevorzugt ist die Breite der Kühlmittelnut dabei auf den Durchmesser, bzw. den Strömungsquerschnitt des mindestens einen Kühlmittelkanals abgestimmt, um eine ungestörte Durchströmung zu ermöglichen. Insbesondere kann die Breite der Kühlmittelnut dem Durchmesser des betreffenden Kühlmittelkanals entsprechen.
Um den Spalt zwischen dem Sensorgehäuse und der Wandung des Aufnahmeraums zu beiden Seiten der Kühlmittelnut abzudichten, können entsprechende Dichtungsmittel vorgesehen sein. Konkret können beiderseits der Kühlmittelnut jeweils eine ringförmig umlaufende Dichtungsnut in dem Sensorgehäuse ausgebildet sein, in welche Dichtringe eingesetzt sind oder eingesetzt werden können und gegen die Wandung des Aufnahmeraums gequetscht werden. Dadurch wird verhindert, dass Kühlmittel durch den Spalt zwischen dem Sensorgehäuse und der Wandung des Aufnahmeraums austreten kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Sensormodul in den Grundkörper eingeschraubt, wobei insbesondere an dem Sensorgehäuse ein Außengewinde ausgebildet ist, welches in ein korrespondierendes Innengewinde des Aufnahmeraums eingeschraubt ist.
Um das Sensormodul auf einfache Weise in den Aufnahmeraum einschrauben zu können, können entsprechende Eingriffsmittel für ein Werkzeug ausgebildet sein. Diese können mehrere, insbesondere drei über den Umfang verteilte und zur verschlossenen Stirnseite und radial zur Sensorachse nach außen offene Ausnehmungen umfassen, welche sich bevorzugt in das Außengewinde erstrecken. Dementsprechend kann ein Werkzeug dazu korrespondierende Vorsprünge aufweisen, die in den Ausnehmungen in Eingriff gebracht werden, so dass eine Drehbewegung des Werkzeugs auf das Sensormodul übertragen werden kann. Wenn es sich um drei über den Umfang verteilt angeordnete Ausnehmungen handelt, wird gleichzeitig das Werkzeug relativ zum Sensormodul zentriert.
In weiterer Ausgestaltung kann an dem verschlossenen Endbereich des Sensorgehäuses ein radial nach innen ragender Ringbund vorgesehen sein, welcher einen korrespondierenden ringförmig umlaufenden Außenbund des Verschlussdeckels hintergreift, so dass der Verschlussdeckel formschlüssig an dem Sensorgehäuse gehalten ist. Zur Abdichtung kann der Verschlussdeckel auch mit dem Sensorgehäuse zusätzlich oder alternativ verklebt, verlötet, verschweißt oder verpresst sein.
In weiterer Ausgestaltung kann der Grundkörper der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung in seinem hinteren axialen Endbereich eine Maschinenschnittstelle mit einem Befestigungskonus und einem Ringflansch aufweisen. Derartige Maschinenschnittstellen sind beispielsweise als Hohlschaftkegel (HSK) ausgebildet und nach der DIN 69893-1 normiert. Alternativ kann der Grundkörper auch einen Steilkegel (SK) nach DIN 2080 als Maschinenschnittstelle umfassen.
Bevorzugt ist der Aufnahmeraum für ein Sensorelement in einem axial vor der Maschinenschnittstelle liegenden Abschnitt des Grundkörpers angeordnet. Dadurch wird eine einfache Zugänglichkeit für ein mögliches Empfangsgerät für die von der Datenübertragungsvorrichtung gesendeten Signale geschaffen.
Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung kann als Warmschrumpffutter ausgebildet sein. In diesem Fall beinhaltet der Spannbereich eine zumeist als Bohrung ausgebildete Aufnahme, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser eines zu spannenden Bauteils. Soll das Bauteil in die Aufnahme eingebracht werden, so wird der Grundkörper erwärmt, so dass sich infolge der Wärmedehnung der Durchmesser der Aufnahme vergrößert. Das Bauteil kann dann mit Spiel in die Aufnahme eingesetzt werden, bevor es beim Abkühlen des Grundkörpers kraftschlüssig gespannt wird. Derartige Warmschrumpffutter sind bei wiederholtem Spannen von Bauteilen einem Verschleiß unterworfen, welcher zu Vibrationen führen kann. In diesem Fall kann ein Sensorelement beispielsweise dazu eingesetzt werden, diese Vibrationen und somit den Verschleiß frühzeitig zu erkennen und somit entweder ein rechtzeitiges Austauschen der Spanneinrichtung oder die Korrektur von Betriebsparametern zu ermöglichen.
Alternativ kann die Spanneinrichtung als Hydrodehn-Spannfutter ausgebildet sein, wobei eine Aufnahme für ein Bauteil von einer mit einem Hyraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer ringförmig umgeben ist, wobei zwischen der Aufnahme und der Druckkammer eine dünne Wandung vorgesehen ist, die durch eine Erhöhung des Drucks in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren. Bei einem derartigen Hydrodehn-Spannfutter ist die Aufnahme üblicherweise ebenfalls als Bohrung ausgebildet. Dabei ist der Durchmesser der Bohrung geringfügig größer als der Durchmesser des zu spannenden Bauteils, so dass dieses ohne Probleme in die Aufnahmebohrung eingesetzt werden kann. Zum Spannen wird das in der Druckkammer befindliche Hydraulikmittel durch geeignete Spannmittel mit einem Druck beaufschlagt, so dass sich die Wandung der Aufnahmebohrung radial nach innen verformt und das in die Aufnahmebohrung eingesetzte Bauteil kraftschlüssig fixiert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Sensoranordnung zum Anbringen an einem Bauteil, insbesondere an einem Werkzeughalter oder an einem Werkzeug, bevorzugt an einem Drehstahl, mit einem Basiskörper, der Befestigungsmittel zum Anbringen an ein Bauteil aufweist und in welchem ein Aufnahmeraum für ein Sensormodul ausgebildet ist, welcher zu einer Außenseite des Basiskörpers offen ist, und einem erfindungsgemäßen Sensormodul, welches in den Aufnahmeraum eingesetzt, insbesondere eingeschraubt ist.
Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, nachträglich eine solche Sensoranordnung an einem Bauteil anzubringen, um beispielsweise auftretende Vibrationen erfassen zu können. Dementsprechend ist der Basiskörper mit Befestigungsmitteln versehen, um diesen an einem Bauteil anbringen zu können. Eine solche Sensoranordnung eignet sich insbesondere zum Anbringen an feststehenden und/oder nicht rotierenden Werkzeugen wie Drehstählen oder Drehmeißelhaltern. Bei einem erhöhten Werkzeugverschleiß können bei der Bearbeitung Vibrationen auftreten, die mit dem in den Aufnahmeraum eingeschraubten Sensormodul erkannt werden können. Die erfassten Daten können dabei mittels der Datenübertragungsvorrichtung an einen externen Empfänger, der beispielsweise mit der Maschinensteuerung verbunden ist, übertragen werden, so dass die Bearbeitungsparameter entsprechend angepasst werden können.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann diese ferner eine Energieversorgungseinheit umfassen, um das Sensormodul mit Strom zu versorgen, wobei die Energieversorgungseinheit insbesondere im Aufnahmeraum untergebracht ist, bevorzugt an einem inneren Ende des Aufnahmeraums angeordnet ist.
Die Befestigungsmittel können eine Aufnahmeöffnung zum Aufsetzen auf ein Bauteil umfassen. Beispielsweise kann die Aufnahmeöffnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, so dass der Basiskörper auf einen Drehmei-ßelhalter mit einem entsprechenden Querschnitt aufgeschoben werden kann. Die Befestigungsmittel können ferner derart ausgestaltet sein, dass der Basiskörper an einem Bauteil fixiert werden kann. Dazu können entsprechende Gewindebohrungen vorgesehen sein, welche in die Aufnahmeöffnung münden, um beispielsweise dem Basiskörper mittels mehrerer Klemmschrauben kraftschlüssig an einem Bauteil befestigen zu können.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigen

1 eine Spanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;
2 die Spanneinrichtung aus 1 in einer partiellen Längsschnittansicht;
3 die Spanneinrichtung aus 1 in einer partiellen Längsschnittansicht mit eingezeichneten Feldlinien;
4 die Spanneinrichtung aus 1 in einer weiteren detaillierten Längsschnittansicht;
5 die Darstellung aus 4 mit eingezeichneten Feldlinien;
6 einen Ausschnitt des Grundkörpers der Spanneinrichtung aus 1 in einer Detailschnittansicht;
7 ein Sensormodul gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;
8 das Sensormodul aus 7 in einer perspektivischen Längsschnittansicht;
9 das Sensormodul aus 7 in einer Längsschnittansicht;
10 der verschlussdeckelseitige Endbereich des Sensormoduls aus 7 in einer Detailschnittansicht;
11 die Antenne des Sensormoduls aus 7 in perspektivischer Darstellung;
12 eine Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung; und
13 die Sensoranordnung aus 11 in einer Schnittansicht.

Die 1 bis 5 zeigen eine als Spannfutter ausgebildete Spanneinrichtung 1 zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst einen eine Spannachse X definierenden Grundkörper 2, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich 3 für einen Werkzeugschaft angeordnet ist. Dieser umfasst eine Aufnahme 4, in welche ein Werkzeugschaft eines zu spannenden Werkzeugs eingesetzt werden kann.
Vorliegend ist die Spanneinrichtung 1 als Hydrodehnspannfutter ausgebildet. Das bedeutet, dass die Aufnahme 4 geringfügig größer ist als der zu spannende Werkzeugschaft, so dass dieser mit Spiel in die Aufnahme 4 eingesetzt werden kann. Durch eine dünne Wandung 5 ist die Aufnahme 4 von einer ringförmig umlaufenden und mit einem Hydraulikmittel gefüllten Druckkammer 6 getrennt. Durch Erhöhung des Drucks in der Druckkammer 6 kann die dünne Wandung 5 radial nach innen verformt werden, um einen eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig in der Aufnahme 4 zu fixieren. Konkret ist dazu eine Spannschraube 7 vorgesehen, welche in einem nicht dargestellten Hydraulikmittelzuführkanal bewegbar ist, um den Druck in der Druckkammer 6 zu erhöhen bzw. zu verringern.
An seinem rückseitigen Ende besitzt der Grundkörper 2 eine Maschinenschnittstelle 8, welche als Hohlschaftkegel (HSK) nach DIN 69893 ausgebildet ist.
In dem Grundkörper 2 ist ferner ein Aufnahmeraum 9 zur Aufnahme eines Sensormoduls 10 ausgebildet. Bei den 1 bis 5 ist ein Sensormodul 10 in den Aufnahmeraum 9 eingesetzt. In 6 ist der Aufnahmeraum 9 im Detail ohne eingesetztes Sensormodul dargestellt. Der Aufnahmeraum 9 ist zu einer Umfangsfläche des Grundkörpers 2 offen und erstreckt sich ausgehend von dieser radial in den Grundkörper 2. Dabei schneidet der Aufnahmeraum 9, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, die Spannachse X, durchsetzt den Grundkörper 2 jedoch radial nicht vollständig.
In dem Grundkörper 2 ist ferner ein Kühlmittelkanal 11 ausgebildet, um Kühlmittel von der rückseitigen Maschinenschnittstelle 8 nach vorne zu dem Spannbereich 3 zu leiten. Der Kühlmittelkanal 11 ist koaxial zur Spannachse X angeordnet, so dass der Aufnahmeraum 9 den Kühlmittelkanal 11 schneidet und in einen vorderen Kanalabschnitt 12 und einen hinteren Kanalabschnitt 13 unterteilt.
Das Sensormodul 10, welches vorliegend als Baueinheit ausgebildet und in den 7 bis 9 separat dargestellt ist, umfasst ein rohrförmiges Sensorgehäuse 14, welches eine Sensorachse Y definiert. Mit dem Sensorgehäuse 14 ist das Sensormodul 10 in den Aufnahmeraum 9 des Grundkörpers 2 eingeschraubt. Dazu ist in dem Aufnahmeraum 9 im nach außen offenen Endbereich ein Innengewinde 15 ausgebildet, welches radial innenseitig in einen Freistich 16 mündet. Dementsprechend ist in dem Sensorgehäuse 14 ein korrespondierendes Außengewinde 17 vorgesehen. Die beiden Gewinde 15, 17 sind vorliegend als metrische Feingewinde ausgebildet.
Um das Sensormodul 10 in den Aufnahmeraum 9 einschrauben zu können, sind an dem Sensorgehäuse 14 Eingriffsmittel für ein Werkzeug ausgebildet. Diese umfassen vorliegend drei über den Umfang verteilte und zur Stirnseite und radial zur Sensorachse nach außen offene Ausnehmungen 18, die sich in das Außengewinde erstrecken.
Da der Durchmesser des Aufnahmeraums 9 vorliegend größer ist als der Durchmesser des Kühlmittelkanals 11, ist in der äußeren Umfangsfläche des Sensorgehäuses 14 eine ringförmig umlaufende Kühlmittelnut 19 ausgebildet. Die Breite der Kühlmittelnut 19 entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser des Kühlmittelkanals 11. Dadurch kann Kühlmittel, welches zu dem Spannbereich 3 geleitet wird, vom hinteren Kanalabschnitt 13 durch die Kühlmittelnut 19 an dem Sensorgehäuse 14 vorbei in den vorderen Kanalabschnitt 12 strömen.
Um den Spalt zwischen dem Sensorgehäuse 14 des Sensormoduls 10 und der Wandung des Aufnahmeraums 9 abzudichten, sind beiderseits der Kühlmittelnut 19 jeweils eine ringförmig umlaufende Dichtungsnut 20, 21 ausgebildet. In diese Dichtungsnuten sind, wie insbesondere in 3 erkennbar ist, Dichtringe 22 eingesetzt, welche gegen die Wandung des Aufnahmeraums 9 gequetscht werden.
Der Aufnahmeraum 9 ist abgestuft ausgebildet, um die Dichtringe 22 beim Einsetzen des Sensormoduls 10 in den Aufnahmeraum 9 nicht zu beschädigen. Das bedeutet, dass der von dem Kühlmittelkanal 11 zum offenen Ende verlaufende Bereich des Aufnahmeraums 9, welcher in der 4 oberhalb der Spannachse X dargestellt ist, einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Bereich, welcher sich ausgehend von dem Kühlmittelkanal 11 zum geschlossenen Ende erstreckt und in der 4 unterhalb der Spannachse X angeordnet ist. Dementsprechend ist auch der Durchmesser des Nutgrunds der Dichtungsnut 20 etwas größer als der Durchmesser des Nutgrunds der Dichtungsnut 21.
Das Sensormodul 10 umfasst ferner einen Verschlussdeckel 23, welcher das Sensorgehäuse 14 an einer Stirnseite fest verschließt. In der 2 ist erkennbar, dass der Verschlussdeckel 23 zum nach außen offenen Ende des Aufnahmeraums 9 weist. Konkret ist an dem verschlossenen Endbereich des Sensorgehäuses 14 ein radial nach innen ragender Ringbund 24 vorgesehen, welcher einen korrespondierenden ringförmig umlaufenden Außenbund 25 des Verschlussdeckels 23 hintergreift. Auf diese Weise wird der Verschlussdeckel 23 formschlüssig an dem Sensorgehäuse 14 gehalten.
Ferner umfasst die Spanneinrichtung 1 eine Energieversorgungseinheit 26, um das Sensormodul 10 mit Strom zu versorgen. Vorliegend ist die Energieversorgungseinheit 26, welche als wiederaufladbare Batterie ausgebildet ist, als separates Bauelement im Aufnahmeraum untergebracht. Konkret befindet sich die Energieversorgungseinheit 26 am inneren Ende des Aufnahmeraums 9. Zwischen der Energieversorgungseinheit 26 und dem Sensorgehäuse 14 ist eine Passscheibe 27 angeordnet.
Um die Energieversorgungseinheit 26 aufladen zu können, weist das Sensormodul 10 zwei von außen zugängliche elektrische Ladekontakte auf. Ein erster elektrischer Ladekontakt 28, insbesondere zum Anlegen eines Minuspols eines Ladegeräts, ist in dem Verschlussdeckel 23, vorliegend mittig in dem Verschlussdeckel 23 angeordnet. Ein zweiter elektrischer Ladekontakt 29, insbesondere zum Anlagen eines Pluspols eines Ladegeräts, wird durch die von außen zugängliche ringförmige Stirnfläche des Sensorgehäuses 14 gebildet. Das bedeutet, dass zwischen dem Sensorgehäuse 14 und dem im Verschlussdeckel 23 angeordneten ersten Ladekontakt 28 eine Potentialdifferenz angelegt werden kann. Der zweite Ladekontakt 29 ist dabei über das Sensorgehäuse 14 und die Passscheibe 27 mit einem entsprechenden Kontakt an der Energieversorgungseinheit 26 elektrisch verbunden. Darüber hinaus besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Ladekontakt 28, welcher im Verschlussdeckel 24 angeordnet ist, und einem entsprechenden Kontakt der Energieversorgungseinheit 26. Auf diese Weise kann die Energieversorgungseinheit 26 von außen mit Spannung und/oder Strom versorgt werden.
Das Sensormodul 10 besitzt ferner eine Platine 30, die innerhalb des Sensorgehäuses 14 angeordnet ist und parallel zur Sensorachse Y verläuft. Die Platine 30 trägt dabei ein Sensorelement 31 zur Erfassung von Betriebsparametern. Das Sensorelement 31 kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, beispielsweise einen Beschleunigungssensor, um auftretende Vibrationen zu erkennen, und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Bewegungssensor und/oder einen Drucksensor und/oder einen Verformungssensor. Um fliehkraftbedingten Einflüssen entgegenzuwirken, ist das Sensorelement 31 durch die Wahl einer geeigneten Passscheibe 27 derart innerhalb des Sensorgehäuses 14 angeordnet, dass es auf der Spannachse X liegt, bzw. positionierbar ist.
Die Platine 30 beinhaltet ferner Datenverarbeitungsmittel zur Verarbeitung der von dem Sensorelement 31 bereitgestellten Messsignale und ist wiederum mit einer Datenübertragungsvorrichtung 32 zum kabellosen Übertragen von mit dem Sensorelement 31 erfassten Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung 1 liegenden Empfänger verbunden. Vorliegend ist die Datenübertragungsvorrichtung 32 in den Verschlussdeckel 22 integriert, so dass eine weitgehend störungsfreie Übertragung nach außen möglich ist.
Konkret umfasst die Datenübertragungsvorrichtung 32 eine in den Verschlussdeckel 23 eingegossene Antenne 33. Diese weist einen scheibenförmigen Massepol 34, welcher im Bereich des ringförmig umlaufenden Außenbunds 25 liegt und mit dem Sensorgehäuse 14 elektrisch leitend verbunden ist, und einen scheibenförmigen Antennenpol 35 auf, welcher benachbart zur nach außen weisenden Stirnfläche des Verschlussdeckels 23 angeordnet ist. Der Massepol 34 und der Antennenpol 35 sind in den Schnittdarstellungen jeweils als gestrichelte Linien dargestellt. Wie insbesondere in 10 erkennbar ist, ist der Durchmesser des scheibenförmigen Massepols 34 geringfügig größer als der Durchmesser des Verschlussdeckels 23 an seinem außenliegenden Ende und damit auch größer als der Durchmesser des Antennenpols 35. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Massepols 34 mindestens 80 % des Durchmessers des äußeren Endbereichs des Verschlussdeckels beträgt, insbesondere mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 %.
Sowohl der Antennenpol 35, als auch der Massepol 34 besitzen eine Vielzahl von wabenförmigen Öffnungen 36, welche mit dem Kunststoff, aus welchem der Verschlussdeckel 23 im Wesentlichen besteht, gefüllt sind. Auf diese Weise werden der Massepol 34 und der Antennenpol 35 in besonders günstiger Weise im Verschlussdeckel 23 verankert, so dass sie auch hohen mechanischen Belastungen durch Fliehkräfte standhalten können.
Um ein Potential an dem Antennenpol 35 anzulegen, ist der Antennenpol 35 mit einem elektrischen Leiter 37 verbunden, der, wie in 11 erkennbar ist, vom Antennenpol 35 in das Innere des Sensorgehäuses 14 zu der Platine 30 verläuft. Dementsprechend weist der Massepol 34 eine Durchgangsöffnung 38 auf, durch welche der elektrische Leiter 37 in Richtung der Platine 30 elektrisch isoliert vom Massepol 34 verläuft.
In dem Antennenpol 35 ist mittig ein Kontaktbereich 39 ausgebildet, welcher von außen zugänglich ist, d.h. nicht mit Kunststoff überdeckt ist, und den ersten elektrischen Ladekontakt 28 bildet.
Im Betrieb werden durch das Sensorelement 31 kontinuierlich Messsignale zur Verfügung gestellt. Diese werden durch die Datenverarbeitungsmittel auf der Platine 30 aufbereitet und über die als Antenne 23 ausgebildete Datenübertragungsvorrichtung 32 kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen an einen außerhalb der Spanneinrichtung 1 liegenden Empfänger, welcher beispielsweise mit der Steuerung einer Werkzeugmaschine verbunden ist, übertragen.
Die Feldlinien der Antenne 33, welche durch eine zwischen dem Massepol 34 und dem Antennenpol 35 angelegte Potentialdifferenz entstehen, sind beispielsweise in den 3 und 5 schematisch dargestellt. Für eine günstige Übertragung von Signalen ist es dabei erforderlich, dass in bestimmten Bereichen in der Umgebung um die Spanneinrichtung 1 bzw. um das Sensormodul 10 keine metallischen Gegenstände angeordnet sind. Diese Bauraumgrenzen mit der Grundform eines Kegels K sind in 10 durch die gestrichelten Linien dargestellt, zwischen denen, das heißt im mittleren Bereich der 10, keine metallischen Bauteile angeordnet sein sollten. Dabei sollte ein bestimmter Abstand B radial zur Sensorachse vom Antennenpol 35 eingehalten werden. Dieser sollte größer sein als das Maß A, mit welchem der Antennenpol 35 von der verschlussdeckelseitigen Stirnfläche des Sensorgehäuses 14 beabstandet ist. Das Maß A beträgt bevorzugt mindestens 30 % des Durchmessers des Antennenpols 35. Der Öffnungswinkel α des Kegels sollte dabei mindestens 10°, bevorzugt mindestens 20° betragen.
Soll das erfindungsgemäße Sensormodul 10 ausgetauscht werden, so kann es auf einfache Weise aus dem Aufnahmeraum 9 herausgeschraubt werden. Dazu wird ein entsprechendes Werkzeug verwendet, welches in den Ausnehmungen 18 in Eingriff gebracht wird. Nach dem Entfernen des Sensormoduls 10 können die Passscheibe 27 und die Energieversorgungseinheit 26 aus dem Aufnahmeraum ohne Weiteres entnommen werden.
In gleicher Weise kann die Spanneinrichtung 1 wieder zusammengesetzt werden, indem die Energieversorgungseinheit 36 in das geschlossene Ende des Aufnahmeraums 9 eingesetzt wird. Anschließend wird die Passscheibe 27 eingesetzt, bevor das Sensormodul 10 in den Aufnahmeraum 9 eingeschraubt wird. Das als Baueinheit ausgebildete Sensormodul 10 kann einfach und schnell ausgetauscht werden. Gleichzeitig kann über den Verschlussdeckel 26 ein einfaches Aufladen der Energieversorgungseinrichtung 32 erreicht werden. Außerdem erfolgt eine wenig störungsanfällige Übertragung der Daten über die im Verschlussdeckel 26 untergebrachte Datenübertragungsvorrichtung 32. Dabei sind die empfindlichen Komponenten wie das Sensorelement 31 oder die Energieversorgungseinheit geschützt im Inneren des Aufnahmeraums 9 und innerhalb des Sensorgehäuses 14 untergebracht.
Die 12 und 13 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemä-ßen Sensoranordnung. Diese umfasst einen Basiskörper 40, in welchem ein Aufnahmeraum 9 für ein Sensormodul 10 ausgebildet ist. Dieser Aufnahmeraum 9 ist zu einer Außenseite des Basiskörpers 40 offen, und ein Sensormodul 10 wie zuvor beschrieben ist in den Aufnahmeraum 9 eingeschraubt. Wie bei der zuvor beschriebenen Spanneinrichtung 1 umfasst auch die Sensoranordnung 40 eine Energieversorgungseinheit 26, welche am inneren Ende des Aufnahmeraums 9 angeordnet ist. Zwischen der Energieversorgungseinheit 26 und dem Sensormodul 10 ist eine Passscheibe 27 angeordnet.
Die Sensoranordnung 40 umfasst ferner Befestigungsmittel zum Anbringen an einem Bauteil. Konkret umfassen diese Befestigungsmittel eine Aufnahmeöffnung 42, mittels derer der Basiskörper 41 auf ein Bauteil aufgeschoben werden kann. Radial zur Aufnahmeöffnung 42 sind eine Vielzahl von Gewindedurchgangsbohrungen 43 ausgebildet, mittels derer der Basiskörper 41 an einem Bauteil unter Verwendung von Klemmschrauben festgeklemmt werden kann.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung 40 ermöglicht es, nachträglich ein Sensormodul 10 an einem Bauteil anzubringen, beispielsweise an einem Drehstahl, um insbesondere auftretende Vibrationen, die mit zunehmendem Werkzeugverschleiß einhergehen können, sicher erfassen zu können. In gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Spanneinrichtung werden die durch das Sensorelement 31 erfassten Messdaten durch geeignete Datenverarbeitungsmittel auf der Platine 30 aufbereitet und mittels der Datenübertragungsvorrichtung 32 außen an einen Empfänger übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Spanneinrichtung
2: Grundkörper
3: Spannbereich
4: Aufnahme
5: dünne Wandung
6: Druckkammer
7: Spannschraube
8: Maschinenschnittstelle
9: Aufnahmeraum
10: Sensormodul
11: Kühlmittelkanal
12: vorderer Kanalabschnitt
13: hinterer Kanalabschnitt
14: Sensorgehäuse
15: Innengewinde
16: Freistich
17: Außengewinde
18: Ausnehmung
19: Kühlmittelnut
20: Dichtungsnut
21: Dichtungsnut
22: Dichtring
23: Verschlussdeckel
24: Ringbund
25: Außenbund
26: Energieversorgungseinheit
27: Passscheibe
28: erster Ladekontakt
29: zweiter Ladekontakt
30: Platine
31: Sensorelement
32: Datenübertragungsvorrichtung
33: Antenne
34: Massepol
35: Antennenpol
36: wabenförmige Öffnung
37: elektrischer Leiter
38: Durchgangsöffnung
39: Kontaktbereich
40: Sensoranordnung
41: Basiskörper
42: Aufnahmeöffnung
43: Gewindedurchgangsöffnung
B: Abstand
A: Maß
X: Spannachse
Y: Sensorachse
K: Kegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015220533 A1 [0005]

Claims

Spanneinrichtung (1) zum Spannen eines Bauteils, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich (3) für ein zu spannendes Bauteil, insbesondere für einen Werkzeugschaft angeordnet ist, wobei in dem Grundkörper (2) ein Aufnahmeraum (9) für ein Sensormodul (10) ausgebildet ist, welcher zu einer Umfangsfläche des Grundkörpers (2) offen ist und sich ausgehend von dieser radial in den Grundkörper (2) erstreckt, und einem Sensormodul (10), welches als Baueinheit ausgebildet ist und ein rohrförmiges Sensorgehäuse (14), welches eine Sensorachse (Y) definiert, einen Verschlussdeckel (23), welcher das Sensorgehäuse (14) an einer Stirnseite fest verschließt, ein innerhalb des Sensorgehäuses (14) untergebrachtes Sensorelement (31) zur Erfassung von Betriebsparametern und eine mit dem Sensorelement (31) verbundene Datenübertragungsvorrichtung (32) zum kabellosen Übertragen von mit dem Sensorelement (31) erfassten Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung (1) liegenden Empfänger aufweist, wobei das Sensormodul (10) derart in den Aufnahmeraum (9) eingesetzt und in diesem gehalten ist, dass der Verschlussdeckel (23) nach außen weist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsvorrichtung (32) in den Verschlussdeckel (23) integriert ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsvorrichtung (32) eine insbesondere in den Verschlußdeckel eingegossene Antenne (33) mit einem Massepol (34) und einem Antennenpol (35) umfasst.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (34) elektrisch leitend mit dem Sensorgehäuse (14) verbunden oder verbindbar ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (34) und der Antennenpol (35) scheibenförmig insbesondere mit einer kreisförmigen Außenform im Verschlussdeckel (23) ausgebildet sind, wobei sich die beiden Pole (34, 35) insbesondere parallel zueinander, bevorzugt senkrecht zur Sensorachse (Y) erstrecken.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenpol (35) benachbart zur nach außen weisenden Stirnfläche des Verschlussdeckels (23) angeordnet ist und der Massepol (34) innenseitig zu dem Antennenpol (35) im Verschlussdeckel (23) liegt, insbesondere im Bereich eines ringförmig umlaufenden Außenbunds (25) des Verschlussdeckels liegt.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenpol mit einem elektrischen Leiter verbunden ist, der ausgehend vom Antennenpol in das Innere des Sensorgehäuses insbesondere zu einer Platine führt, und der Massepol eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der elektrische Leiter vom Massepol elektrisch isoliert verläuft.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Antennenpol (35) und/oder dem Massepol (34) wabenförmige Öffnungen (36) ausgebildet sind, und die wabenförmigen Öffnungen (36) mit Material, insbesondere mit einem Kunststoff ausgefüllt sind.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Energieversorgungseinheit (26) umfasst, um das Sensormodul (10) mit Strom zu versorgen.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (26) als separates Bauelement im Aufnahmeraum (9) untergebracht ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (26) am inneren Ende des Aufnahmeraums (9) angeordnet ist und zwischen der Energieversorgungseinheit (26) und dem Sensormodul (10) eine Passscheibe (27) angeordnet ist, um das Sensorelement (31) auf der Spannachse (X) zu positionieren.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) zwei von außen zugängliche elektrische Ladekontakte (28, 29) aufweist, die jeweils mit entsprechenden Kontakten an der Energieversorgungseinheit (26) elektrisch verbunden oder verbindbar sind und untereinander elektrisch isoliert sind, um durch Kontaktieren der beiden elektrischen Ladekontakte (28, 29) mit den Polen eines Ladegeräts die Energieversorgungseinheit (26) mit Spannung und/oder Strom versorgen und aufladen zu können.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Ladekontakt (28) insbesondere zum Anlegen eines Minuspols eines Ladegeräts in dem Verschlussdeckel (23), bevorzugt mittig in dem Verschlussdeckel (23) angeordnet ist und ein zweiter elektrischer Ladekontakt (29), insbesondere zum Anlegen eines Pluspols eines Ladegeräts, durch die von außen zugängliche Stirnfläche des Sensorgehäuses (14) gebildet wird.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 13 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Ladekontakt (28) mit dem Antennenpol (35) elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere durch einen auf dem Antennenpol (35) ausgebildeten Kontaktbereich (39), der nach außen offen ist, gebildet wird.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (9) die Spannachse (X) schneidet, jedoch den Grundkörper (2) radial nicht vollständig durchsetzt.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (31) derart innerhalb des Sensorgehäuses (14) angeordnet ist, dass es auf der Spannachse (X) liegt.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) eine Platine (30) aufweist, die innerhalb des Sensorgehäuses (14) angeordnet ist und das Sensorelement (31) trägt, wobei die Platine (30) bevorzugt parallel zur Sensorachse (Y) verläuft und Datenverarbeitungsmittel zur Verarbeitung der von dem Sensorelement (31) bereitgestellten Messsignale beinhaltet.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) wenigstens einen Kühlmittelkanal (11) aufweist, um Kühlmittel von einer rückseitigen Maschinenschnittstelle des Grundkörpers (2) nach vorne zu dem Spannbereich (3) zu leiten, wobei mindestens ein Kühlmittelkanal (11) den Aufnahmeraum (9) schneidet, so dass der Aufnahmeraum (9) den Kühlmittelkanal (11) in einen vorderen Kanalabschnitt (12) und einen hinteren Kanalabschnitt (13) unterteilt, und dass in der äußeren Umfangsfläche des Sensorgehäuses (14) eine ringförmig umlaufende Kühlmittelnut (19) ausgebildet ist, so dass Kühlmittel, welches zu dem Spannbereich (3) geleitet wird, vom hinteren Kanalabschnitt zum vorderen Kanalabschnitt durch die Kühlmittelnut (19) an dem Sensorgehäuse (14) vorbeiströmen kann.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungsmittel vorgesehen sind, um den Spalt zwischen dem Sensorgehäuse (14) des Sensormoduls (10) und der Wandung des Aufnahmeraums (9) zu beiden Seiten der Kühlmittelnut (19) abzudichten.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits neben der Kühlmittelnut (19) jeweils eine ringförmig umlaufende Dichtungsnut (20, 21) in dem Sensorgehäuse (14) ausgebildet sind, in welche Dichtringe (22) eingesetzt sind und gegen die Wandung des Aufnahmeraums (9) gequetscht werden.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) in den Grundkörper (2) eingeschraubt ist, wobei bevorzugt an dem Sensorgehäuse (14) ein Außengewinde (17) ausgebildet ist, welches in ein korrespondierendes Innengewinde (15) des Aufnahmeraums (9) eingeschraubt ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensorgehäuse (14) Eingriffsmittel für ein Werkzeug ausgebildet sind, um das Sensormodul (10) in den Aufnahmeraum (9) einschrauben zu können.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmittel mehrere, insbesondere drei über den Umfang verteilte und zur verschlossenen Stirnseite und radial zur Sensorachse (Y) nach außen offene Ausnehmungen (18) umfassen, welche sich bevorzugt in das Gewinde erstrecken.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem verschlossenen Endbereich des Sensorgehäuses (14) ein radial nach innen ragender Ringbund (24) vorgesehen ist, welcher einen korrespondierenden ringförmig umlaufenden Außenbund (25) des Verschlussdeckels (23) hintergreift, so dass der Verschlussdeckel (23) formschlüssig an dem Sensorgehäuse (14) gehalten ist.
Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (9) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der Durchmesser des Aufnahmeraums (9) bevorzugt größer ist als der Durchmesser des mindestens einen Kühlmittelkanals (11).
Sensormodul (10), insbesondere für eine Spanneinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensormodul (10) als Baueinheit ausgebildet ist und ein rohrförmiges Sensorgehäuse (14), welches eine Sensorachse (Y) definiert, einen Verschlussdeckel (23), welcher das Sensorgehäuse (14) zu einer Stirnseite fest verschließt, ein innerhalb des Sensorgehäuses (14) untergebrachtes Sensorelement (31) zur Erfassung von Messdaten und eine mit dem Sensorelement (31) verbundene Datenübertragungsvorrichtung (32) zum kabellosen Übertragen von mit dem Sensorelement (31) erfassten Messdaten an einen außerhalb der Spanneinrichtung (1) liegenden Empfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsvorrichtung (32) in den Verschlussdeckel (23) integriert ist, und/oder dass das Sensormodul (10) zwei von außen zugängliche elektrische Ladekontakte (28, 29) aufweist, die jeweils mit entsprechenden Kontakten einer Energieversorgungseinheit (26) elektrisch verbindbar sind und gleichzeitig untereinander elektrisch isoliert sind, um durch Kontaktieren der elektrischen Ladekontakte (28, 29) mit einem Ladegerät die Energieversorgungseinheit (26) mit Spannung und/oder Strom versorgen und aufladen zu können, wobei bevorzugt ein erster elektrischer Ladekontakt (28) insbesondere zum Anlegen eines Minuspols eines Ladegeräts in dem Verschlussdeckel (23), bevorzugt mittig in dem Verschlussdeckel (23) angeordnet ist und ein zweiter elektrischer Ladekontakt (29), insbesondere zum Anlegen eines Pluspols eines Ladegeräts, durch die verschlussdeckelseitige Stirnfläche des Sensorgehäuses (14) gebildet wird.
Sensormodul (10) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsvorrichtung (32) eine in den Verschlußdeckel (23) integrierte, insbesondere in diesen eingegossene Antenne (33) mit einem Massepol (34) und einem Antennenpol (35) umfasst.
Sensormodul (10) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (34) elektrisch leitend mit dem Sensorgehäuse (14) verbunden oder verbindbar ist.
Sensormodul (10) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Massepol (34) und der Antennenpol (35) scheibenförmig insbesondere mit einer kreisförmigen Außenform im Verschlussdeckel (23) ausgebildet sind, wobei sich die beiden Pole (34, 35) insbesondere parallel zueinander, bevorzugt senkrecht zur Sensorachse (Y) erstrecken.
Sensormodul (10) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenpol (35) benachbart zur nach außen weisenden Stirnfläche des Verschlussdeckels (23) angeordnet ist und der Massepol (34) innenseitig zu dem Antennenpol (35) im Verschlussdeckel (23) liegt, insbesondere im Bereich eines ringförmig umlaufenden Außenbunds (25) des Verschlussdeckels (23) liegt.
Sensormodul (10) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenpol (35) mit einem elektrischen Leiter (37) verbunden ist, der ausgehend vom Antennenpol (35) in das Innere des Sensorgehäuses (14) führt, und der Massepol (34) eine Durchgangsöffnung (38) aufweist, durch welche der elektrische Leiter (37) vom Massepol (34) elektrisch isoliert verläuft.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenpol (35) und/oder der Massepol (34) wabenförmige Öffnungen (36) ausgebildet sind, und die wabenförmigen Öffnungen (36) mit Material, insbesondere mit einem Kunststoff gefüllt sind.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (31) derart innerhalb des Sensorgehäuses (14) angeordnet ist, dass es auf der Spannachse (X) einer Spanneinrichtung (1) platzierbar ist.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) eine Platine (30) aufweist, die innerhalb des Sensorgehäuses (14) angeordnet ist und das Sensorelement (31) trägt, wobei die Platine (30) bevorzugt durch die Sensorachse (Y) verläuft und Datenverarbeitungsmittel zur Verarbeitung der von dem Sensorelement (31) bereitgestellten Messsignale beinhaltet.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Umfangsfläche des Sensorgehäuses (14) eine ringförmig umlaufende Kühlmittelnut (19) ausgebildet ist.
Sensormodul (10) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Kühlmittelnut (19) jeweils eine ringförmig umlaufende Dichtungsnut (20, 21) ausgebildet ist, in welche Dichtringe (22) eingesetzt werden können.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sensorgehäuse (14) ein Außengewinde (17) ausgebildet ist.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensorgehäuse (14) Eingriffsmittel für ein Werkzeug ausgebildet sind, um das Sensormodul (10) in einen Aufnahmeraum (9) einer Spanneinrichtung (1) einschrauben zu können.
Sensormodul (10) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmittel mehrere, insbesondere drei über den Umfang verteilte und zur verschlossenen Stirnseite und radial zur Längsachse nach außen offene Ausnehmungen (18) umfassen, welche sich bevorzugt in das Außengewinde (17) erstrecken.
Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sensorgehäuse (14) ein radial nach innen ragender Ringbund (24) vorgesehen ist, welcher einen korrespondierenden Außenbund (25) des Verschlussdeckels (23) hintergreift, so dass der Verschlussdeckel (23) formschlüssig an dem Sensorgehäuse (14) gehalten ist.
Sensoranordnung (40) zum Anbringen an einem Bauteil, insbesondere an einem Werkzeughalter oder an einem Werkzeug, bevorzugt an einem Drehstahl, mit einem Basiskörper (41), der Befestigungsmittel zum Anbringen an einem Bauteil aufweist und in welchem ein Aufnahmeraum (9) für ein Sensormodul (10) ausgebildet ist, welcher zu einer Außenseite des Basiskörpers (41) offen ist, und einem Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 40, welches in den Aufnahmeraum (9) eingesetzt, insbesondere eingeschraubt ist.
Sensoranordnung (40) nach Anspruch 41, ferner umfassend eine Energieversorgungseinheit (26), um das Sensormodul (10) mit Strom zu versorgen, wobei die Energieversorgungseinheit (26) insbesondere im Aufnahmeraum (9) untergebracht ist, bevorzugt an einem inneren Ende des Aufnahmeraums (9) angeordnet ist.
Sensoranordnung (40) nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel eine Aufnahmeöffnung (42) zum Aufsetzen auf ein Bauteil umfassen.