DE19738229A1 - Werkzeug oder Werkzeughalter - Google Patents
Werkzeug oder WerkzeughalterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug oder einen
Werkzeughalter mit den Merkmalen im Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Ein bekannter Werkzeughalter dieser Art (DE 42 38 338 A1)
ist mit einer Überwachungseinrichtung für Werkzeuge ver
sehen, um den Verschleiß und/oder Bruch eines Werkzeuges im
Werkzeughalter einer Bearbeitungsmaschine festzustellen.
Die Überwachungseinrichtung weist einen stationären Wegsensor
auf, der Wegverlagerungen erfassen kann. Der Wegsensor
ist ortsfest im Lagergehäuse der Werkzeugspindel angeordnet.
Ihm liegt mit Abstand eine Bezugsfläche gegenüber, die an der
umlaufenden Werkzeugspindel vorgesehen ist. Der Abstand
der Bezugsfläche vom Wegsensor ist abhängig von der bei der
Bearbeitung mit dem Werkzeug auftretenden Kraft. Ändert sich
dieser Abstand, z. B. bei Werkzeugbruch, so wird dies vom
Wegsensor berührungslos erfaßt und in Form eines entsprechenden
Signales einer zugeordneten Signalverarbeitungseinheit zuge
führt. Der stationäre Wegsensor benötigt zur Signalerzeugung
eine Energieversorgung. Bekannt sind batteriegespeiste Sensoren
mit UKW-Signalübertragung oder mit Signalübertragung auf
Infrarotbasis. Derartige Überwachungseinrichtungen sind auf
wendig, störungsanfällig und schon wegen der nötigen Stromver
sorgung für den Sensor insbesondere mittels Batterien, mit
erheblichen Nachteilen behaftet, die in den Batterien begründet
sind
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug oder
einen Werkzeughalter der eingangs genannten Art zu schaffen,
der hinsichtlich seiner Überwachungseinrichtung keiner eigenen
Energieversorgung, etwa in Form von Batterien, bedarf und in
einfacher, platzsparender Weise eine messende oder schaltende
Überwachung verschiedenster physikalischer Größen direkt
am Werkzeug oder Werkzeughalter selbst bei rotierender Be
wegung dieser möglich macht.
Die Aufgabe ist bei einem Werkzeug oder Werkzeughalter der
eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale
im Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Erfindungs
merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen
2 bis 27.
Als elektronisch-akustische Bauelemente sind Oberflächenwellen
(OFW)-Sensoren für sich bekannt (EP 619 906 B1). Die Besonder
heit der Erfindung liegt demgegenüber darin, mit derartigen
OFW-Sensoren speziell Werkzeuge oder Werkzeughalter zur
berührungslosen Fernabfrage mittels Funk zu versehen und dabei
nicht nur die Eigenschaften einer messenden Überwachung
derartiger OFW-Sensoren zu nutzen, sondern bedarfsweise diese
auch zur schaltenden Überwachung umzugestalten und damit
Werkzeuge, Werkzeughalter od. dgl. auszustatten. Aufgrund der
Erfindung ist eine kontaktlose Überwachung verschiedenster
Fertigungsprozesse in Bearbeitungsmaschinen mittels tele
metrischer Signalübertragung und passiver Signalcodierung
und -Reflexion möglich. Dabei können sowohl analoge Größen,
wie z. B. Kraft, Drehmoment, Weg, Temperatur, Druck od. dgl.,
als auch binäre Signalzustände überwacht werden, z. B.
der Signalzustand "Position erreicht" oder "Schwellwert über
schritten" od. dgl. Durch die Erfassung der genannten Größen
läßt sich die Stabilität von Prozessen kontrollieren und
protokollieren. Im Gefahrenfall können durch einen Notfallstop
die Bedienungsperson, die Bearbeitungsmaschine, das Werkstück
und/oder das Werkzeug geschützt werden. Es kann der Verschleiß
an Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide ermittelt
werden und das Werkzeug bis zum Standzeitende genutzt werden.
Eine Beeinträchtigung der Produktqualität sowie unerwünschte
Stillstandszeiten können weitgehend vermieden werden. Der
mindestens eine OFW-Sensor ist am Werkzeug oder Werkzeughalter
oder einem sonstigen Teil z. B. einer Bearbeitungsmaschine, be
festigt, der während des Arbeitsvorganges eine prozeßbedingte
Beaufschlagung, z. B. Verformung, erfährt. Der OFW-Sensor kann
drahtlos über Funk abgefragt werden. Er arbeitet nach seiner
Installation wartungsfrei, wobei es keiner zusätzlichen
Energiequelle, z. B. Batterie, bedarf. Der OFW-Sensor oder
mehrere solche lassen sich in sehr kurzer Zeit abfragen und
gestatten so die zeitliche Auflösung auch schneller
mechanischer Vorgänge. Der gemessene Verlauf des Meßwert
signals (Sensorsignals) enthält Informationen über den zeit
lichen Verlauf einer etwaigen Verformungsursache und damit über
die Qualität z. B. eines Werkzeuges, des Bearbeitungsprozesses
od. dgl. Der mindestens eine OFW-Sensor ist universell ein
setzbar. Da für eine etwaige Signalaufbereitung
keine sensorseitigen zusätzlichen Elektronik
einheiten notwendig sind, ergibt sich eine wesentliche
Platzersparnis sowie Gewichts- und Kostenersparnis. Außerdem
muß der Träger des mindestens einen OFW-Sensors, also z. B.
das Werkzeug, der Werkzeughalter oder ein sonstiges Teil,
nicht für die Unterbringung des mindestens einen OFW-Sensors
merklich geschwächt werden, etwa durch einzubringende größere
Bohrungen, die sonst zur Aufnahme einer Elektronikeinheit
notwendig waren. Auch dadurch ergibt sich eine universelle
Verwendbarkeit. Der mindestens eine OFW-Sensor kann z. B. in
einfacher Weise auf der Oberseite eines Schaftes befestigt
werden. Die Anbringung ist unabhängig von der Schaftge
staltung. Aufgrund der passiven Arbeitsweise ohne eigene
Stromversorgung entfallen sonst notwendige Batterien mit allen
damit verbundenen Problemen. Die Anordnung läßt sich so ge
stalten, daß der mindestens eine OFW-Sensor gegen äußere
Beaufschlagung geschützt ist, z. B. auch gegen Flüssigkeiten,
insbesondere Kühlmittel. In Fällen einer inneren Kühlmittel
führung durch Schäfte od. dgl. kann diese Kühlmittelführung den
Bedürfnissen entsprechend gestaltet werden, ohne dabei durch
die Anordnung des mindestens einen OFW-Sensors beeinträchtigt
zu sein. Bei allem versteht es sich, daß Werkzeuge beliebiger
Art, z. B. in der Ausbildung als Tastwerkzeuge (Meßtaster),
Meßwerkzeuge, Zerspanungswerkzeuge, Spannwerkzeuge, Endlagen
begrenzer, od. dgl., ebenso wie verschiedenste Werkzeughalter
od. dgl. Bauteile oder Maschinenteile mit mindestens einem
OFW-Sensor genannter Art versehen sein können. Der Begriff
der "Werkzeuge" bzw. "Werkzeughalter" ist in sehr weitem
Sinn zu verstehen. Er umfaßt z. B. mit "Endlagenbegrenzer" z. B.
eine Endlagenüberwachung relativ zueinander bewegter Teile,
insbesondere Maschinenteile, mittels eines als Positions
sensor wirkenden OFW-Sensors z. B. in seiner Ausbildung zur
schaltenden Überwachung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen axialen Längsschnitt
eines Werkzeughalters gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Ober
flächenwellen-Sensors gemäß einer ersten
Ausführung für ein Werkzeug oder einen
Werkzeughalter, z. B. denjenigen in
Fig. 1,
Fig. 3 einen schematischen axialen Längsschnitt
eines Werkzeughalters gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen schematischen Schnitt entlang
der Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 und 6 jeweils eine schematische Ansicht eines
Oberflächenwellen-Sensors entsprechend
einer zweiten bzw. dritten Ausführungs
form für ein Werkzeug oder einen Werk
zeughalter, z. B. denjenigen in Fig. 3
und 4.
In Fig. 1 ist schematisch ein Werkzeughalter 10 gezeigt,
der z. B. so gestaltet ist, wie in der DE 43 14 235 A1
gezeigt und beschrieben ist, auf die zur Vermeidung
unnötiger Wiederholungen verwiesen wird. Der Werkzeughalter
10 hat in dieser Ausführung einen allgemein mit 11 be
zeichneten Schaft, der in einer nicht gezeigten Maschinen
spindel, Werkzeugaufnahme oder dergleichen aufnehmbar ist.
Ferner hat dieser Werkzeughalter 10 eine allgemein mit 12
bezeichnete Hülse, die im unteren Bereich mit einer Auf
nahme 13 versehen ist, die der Aufnahme eines nicht weiter
gezeigten Schnellwechseleinsatzes mit Werkzeug oder direkt
des Werkzeuges dient. Die Hülse 12 ist mit dem Schaft 11
drehmomentübertragend verbunden. Ferner kann zwischen dem
Schaft 11 und der Hülse 12 eine allgemein mit 14 bezeichnete
Längenausgleichseinrichtung vorgesehen sein, die bei einer
axialen Relativverschiebung von Schaft 11 und Hülse 12
anspricht.
Der in Fig. 1 gezeigte Werkzeughalter 10 ist z. B. als
Schnellwechselfutter, insbesondere zum Gewindeschneiden,
Gewindeformen od. dgl., ausgebildet. Es versteht sich
gleichwohl, daß der Werkzeughalter 10 auch anders ausgebildet
sein kann.
Dem Werkzeughalter 10 ist mindestens ein berührungslos
arbeitender Sensor 20 funktionell und räumlich zugeordnet.
Der Sensor 20 dient ganz allgemein der Überwachung des
Werkzeughalters 10, wobei der Sensor 20 Meßwertsignale
erzeugt und abgibt, die einer nicht weiter gezeigten Signal
verarbeitungseinheit zur Auswertung zuführbar sind.
Die Besonderheit liegt darin, daß der mindestens eine Sensor
20 als passiver, nach dem Prinzip akustischer Oberflächen
wellen-Anordnungen arbeitender Oberflächenwellen (OFW)-
Sensor 21 ausgebildet ist, dessen Meßwertsignale berührungs
los über Funk abfragbar sind. Ein derartiger OFW-Sensor 21
gemäß einer ersten Ausführungsform ist in Fig. 2 veran
schaulicht. Er dient in dieser Ausführung zur messenden
Überwachung. Derartige OFW-Sensoren 21 sind prinzipiell aus
der EP 619 906 B1 bekannt, auf die zur Vermeidung unnötiger
Wiederholungen ausdrücklich verwiesen wird. Bei solchen
OFW-Sensoren handelt es sich um elektronisch-akustische
Bauelemente, die aus einem Substrat mit zumindest in Teil
bereichen der Oberfläche piezoelektrischer Eigenschaft
und aus auf bzw. in dieser Oberfläche befindlichen Finger-
Elektrodenstrukturen bestehen. In der Oberfläche werden
durch elektrische Anregung, ausgehend von einem elektro
akustischen Eingangs-Interdigitalwandler, akustische Wellen
erzeugt. Diese akustischen Wellen verlaufen in dieser
Oberfläche und erzeugen in einem weiteren Ausgangs-Inter
digitalwandler wieder elektrische Signale und werden als
elektromagnetische Wellen abgestrahlt. Durch die Wahl der
Struktur der Wandler und ggf. weiterer auf der Oberfläche
angeordneter Strukturen ist eine Signalverarbeitung des
in den Eingangswandler eingegebenen elektrischen Signals
in ein Ausgangswandler-Signal möglich. Eingangswandler und
Ausgangswandler können auch ein und dieselbe Wandlerstruktur
sein. Die dem OFW-Sensor 21 zugeordnete, insbesondere
stationäre Signalverarbeitungseinheit ist an diesen Sensor
angepaßt. Sie enthält einen Sendeteil, einen Empfangsteil
und ferner einen Auswerteteil. Der passive OFW-Sensor 21
gemäß Fig. 2 enthält einen Interdigitalwandler 22, der mit
einer Antenne 23 verbunden ist und auf einem piezoelek
trischen Oberflächenwellen-Substrat 24 mechanische Ober
flächenwellen anregt, sobald die Antenne 23 von der zuge
ordneten Signalverarbeitungseinheit (Abfragesender) einen
entsprechenden Hochfrequenz-Impuls empfängt. Die Oberflächen
wellen bewegen sich über das Substrat 24 in Form eines
piezoelektrischen Kristalls, wobei ein Teil ihrer Energie
an aufgebrachten Reflektormarken 25 jeweils zurückgeworfen
wird. Diese Anteile durchlaufen den Interdigitalwandler 22
erneut, werden dabei in elektrische Signale zurück gewandelt
und über die Antenne 23 oder eine zweite Antenne als
elektromagnetische Wellen wieder abgestrahlt. Das für die
jeweilige OFW-Marke charakteristische Reflektormuster 25
ist den reflektierten Signalen aufgeprägt und gestattet
eine Identifizierung der OFW-Marke. Insbesondere wird das
reflektierte Muster von einer Verformung des Substrats 24,
z. B. durch Spannungen, Temperaturänderungen od. dgl., be
einflußt. Der mindestens eine OFW-Sensor 21 weist beim
gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ein Sensorelement
auf. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
können auch zwei oder mehrere Sensorelemente vorgesehen
sein, wie überhaupt die Gestaltung des OFW-Sensors 21 viel
fältigen Abwandlungen, z. B. entsprechend EP 619 906 B1,
zugänglich ist.
Der gezeigte mindestens eine OFW-Sensor 21 ist in dieser
Gestaltung zur messenden Überwachung ausgebildet. Das Prin
zip derartiger Sensoren 21, die passiv arbeiten, ist das
jenige, daß diese keine eigene Stromversorgung benötigen,
sondern daß die für die Übermittlung der Meßwertsignale an
die Signalverarbeitungseinheit notwendige Sendeenergie aus
der Energie eines hochfrequenten Abfragesignals zur Ver
fügung steht, das beim Abfragen von der Signalverarbeitungs
einheit über Funk ausgesandt und über die Antenne 23
empfangen wird.
Der mindestens eine OFW-Sensor 21 gemäß Fig. 1 und 2 kann
eine zusätzliche Identifizierungsfunktion, insbesondere
Codierungsstruktur, aufweisen. Dabei können unterschiedliche
Frequenzen für Meßwertsignal einerseits und Identifizierungs
signal andererseits vorgesehen sein. Wenn der Werkzeughalter
10 oder statt dessen irgend ein Werkzeug nicht nur einen
OFW-Sensor 21 sondern mehrere derartige Sensoren aufweist,
oder wenn mehrere Werkzeuge bzw. Werkzeughalter 10 vorhanden
sind, die jeweils einen OFW-Sensor 21 aufweisen, kann es
vorteilhaft sein, für die mehreren OFW-Sensoren zur jeweili
gen Sensoridentifizierung jeweils eine eigene Frequenz
vorzugeben, so daß z. B. für den einen OFW-Sensor 21 eine
eigene Frequenz f1 für den nächsten OFW-Sensor eine eigene
Frequenz f2 usw. vorgegeben ist. Mit jedem OFW-Sensor 21
kann eine physikalische Größe gemessen werden. In Betracht
kommt die Messung von Temperaturen, Kräften, z. B. Vorschub
kräften, Drehmoment, Druckwerten, Positionen od. dgl.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine
OFW-Sensor 21 am Schaft 11 als der Teil des Werkzeughalters
10 fest angebracht, der während des Arbeitsvorganges eine
zu messende prozeßbedingte Beaufschlagung, insbesondere
bezüglich Temperatur, Kraft, Drehmoment, Position od. dgl.,
erfährt. Der OFW-Sensor 21 ist z. B. in einem hermetisch
abgeschlossenen Gehäuse 26 enthalten und letzteres in einer
Aufnahme 15 des Werkzeughalters 10 aufgenommen und in dieser
fest und flüssigkeitsdicht gehalten. Bedarfsweise ist der
mindestens eine OFW-Sensor 21 in bekannter Weise als
temperaturkompensierter Sensor ausgebildet. Die Antenne 23
des OFW-Sensors 21, die in Fig. 2 nur schematisch ange
deutet ist, besteht z. B. aus einer Folie und ist geschützt
in einer Aufnahme 16 des Werkzeughalters 10 eingebettet
und ebenso wie das Gehäuse 26 darin vergossen. Beim ge
zeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist die Antenne 23
in einer Außenhülse 17 des Werkzeughalters 10 aufgenommen,
die mit der Hülse 12 fest verbunden ist. Durch das die
Antenne 23 überdeckende Vergußmaterial 18 ist die Antenne 23
in der Außenhülse abgedeckt und gegen äußere Einflüsse
und vor allem auch gegen Flüssigkeitsbeaufschlagung geschützt.
In gleicher Weise ist der OFW-Sensor 21 z. B. durch Verguß
material 19 geschützt.
Die beschriebene Gestaltung ermöglicht generell eine kontakt
lose Überwachung von Fertigungsprozessen in Bearbeitungs
maschinen mittels telemetrischer Signalübertragung und
passiver Signalcodierung und -Reflexion. Dabei können sowohl
analoge Größen, wie z. B. Kraft, Drehmoment, Weg, Temperatur,
Druck, als auch binäre Signalzustände, wie z. B. "Position
erreicht" oder "Schwellwert überschritten", überwacht werden. Durch
die Erfassung der genannten Größen kann die Stabilität von
Prozessen kontrolliert und protokolliert werden. Im Gefahren
fall können durch einen Notfallstop der Bediener, die
Maschine sowie das Werkstück oder das Werkzeug geschützt
werden. Es kann der Verschleiß an Werkzeugen mit geometrisch
bestimmter Schneide ermittelt werden und das Werkzeug bis
zum Standzeitende genutzt werden. Eine etwaige Beeinträch
tigung der Produktqualität sowie unerwünschte Stillstands
zeiten lassen sich weitgehend vermeiden. Der mindestens
eine OFW-Sensor 21 ist universell einsetzbar und vor allem
platzsparend. Aufgrund seiner passiven Arbeitsweise bedarf
es zur Energieversorgung keiner Batterie, so daß alle
sonst damit verbundenen Probleme beseitigt sind. Auch bedarf
es zur Signalaufbereitung keiner aufwendigen, auch platz
aufwendigen elektronischen Anordnung auf oder in dem Werkzeug
oder Werkzeughalter 10, so daß letztere einfacher,
kompakter und auch kostengünstiger gestaltet werden können.
Aufgrund der hermetisch dichten und geschützten Unterbrin
gung ist der Sensor 20 geschützt gegen äußere Einflüsse
und insbesondere auch gegen Flüssigkeiten, z. B. Kühlmittel,
was auch eine innere Kühlmittelzuführung je nach Gestaltung
des Werkzeuges oder Werkzeughalters 10 noch einfacher und
sicherer gestaltet.
In der gezeigten Anordnung in Fig. 1 ist mittels des Sensors
20 durch dessen Befestigung am Schaft 11 die messende Über
wachung einer während des Arbeitsvorganges erfolgenden,
prozeßbedingten Verformung (Dehnung) in beschriebener,
einfacher Weise möglich. So können z. B. die Vorschubkraft
und/oder wirkende Drehmomente erfaßt werden. Gleichermaßen
kann auch die Temperatur überwacht werden. Der mindestens
eine OFW-Sensor 21 wird in beschriebener Weise drahtlos
über Funk abgefragt, wobei über das empfangene Abfragesignal
die für die Übermittlung der Meßwertsignale an die Signal
verarbeitungseinheit notwendige Sendeenergie zur Verfügung
steht. Der OFW-Sensor 21 arbeitet somit ohne zusätzliche
Energiequelle wartungsfrei. Ein z. B. während des Hubs des
Werkzeughalters 10 gemessener Verlauf des Sensorsignals
enthält Informationen über den zeitlichen Verlauf der Ver
formungsursache und damit über die Qualität z. B. des
Werkzeuges bzw. des Bearbeitungsprozesses. Da derartige
OFW-Sensoren 21 sich in sehr kurzer Zeit abfragen lassen,
ermöglichen sie auf diese Weise die zeitliche Auflösung
auch schneller mechanischer Vorgänge. Die Auswertung über
mittelter Meßwertsignale kann umfassende Aussagen über den
Werkzeugzustand liefern. Damit wird eine Entscheidungs
grundlage für den optimalen Zeitpunkt des Werkzeugwechsels
geschaffen.
Auch wenn beim gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 der
Sensor 20 im Zusammenhang mit einem Werkzeughalter 10 ge
zeigt und erläutert ist, versteht es sich gleichwohl, daß
der Sensor 20 statt dessen auch an einem Tastwerkzeug,
Meßwerkzeug, Zerspanungswerkzeug, Spannwerkzeug od. dgl. Werkzeug
angeordnet werden kann. Dies gilt nicht nur für die Aus
führungsform gemäß Fig. 2 zur messenden Überwachung,
sondern gleichermaßen auch für die nachstehend näher er
läuterte zweite bzw. dritte Ausführungsform gemäß Fig. 5
bzw. Fig. 6 für eine schaltende Überwachung.
In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform eines OFW-Sensors
21' gezeigt, der abweichend von Fig. 2 zur schaltenden
Überwachung ausgebildet ist. Für die Teile, die dem OFW-
Sensor 21 in Fig. 2 entsprechen, sind gleiche Bezugszeichen,
ergänzt um einen Strich, verwendet. Abweichend von der
ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist der OFW-Sensor 21'
in Fig. 5 zumindest eine allgemein mit 27 bezeichnete
passive Schalteinrichtung auf, die z. B. so ausgebildet sein
kann, daß sie die Schaltenergie aus der Änderung der zu
überwachenden Prozeßgröße bezieht und eine für die Abfrage
frequenz hinreichende Schaltdynamik aufweist. Bei der
Ausführungsform in Fig. 5 ist die Schalteinrichtung 27 zur
Schaltung des Reflektors 25' vorgesehen.
In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform eines OFW-Sensors
21'') gezeigt, der z. B. aus zwei Sensorelementen 21a
und 21b besteht. Bei dieser Ausführungsform in Fig. 6 ist
eine Schalteinrichtung 27'' zur Schaltung einer Antenne 23''
vorgesehen. Das Sensorelement 21b enthält eine mit 28
bezeichnete Codierungsstruktur und weist somit eine
zusätzliche Identifizierungsfunktion auf. Darüber ist es
somit möglich, das mit diesem OFW-Sensor 21'' versehene
Werkzeug bzw. den damit versehenen Werkzeughalter zu
identifizieren und von anderen zu unterscheiden, aufgrund
unterschiedlicher Frequenzen für Meßwertsignal und Identifizie
rungssignal. Beim gezeigten Beispiel jedoch wird die Laufzeitdifferenz der
Welle auf dem Bauelement bei derselben Abfragefrequenz ausgenutzt. Ausge
wertet werden die Echos innerhalb diskreter Zeitschritte. Die hinteren
Reflektoren (Kennung) liefern auch ihr Signalecho zu einem späteren Zeit
punkt. Mittels der Schalteinrichtung 27 bzw. 27'' können das Meßwertsignal
und/oder das Identifizierungssignal des OFW-Sensors 21', 21'' beeinflußt
werden.
Bei der dritten Ausführungsform des OFW-Sensors 21'' in
Fig. 6 weist die Schalteinrichtung 27'' einen passiven
Schwellwertgeber 29 in Form eines Schwellwert-Reflektors
auf. Bei Überschreiten eines Schwellwertes am Werkzeug,
Werkzeughalter, Maschinenteil od. dgl., z. B. eines Wertes für
Temperatur, Kraft, Drehmoment, Position od. dgl., wird die
Schalteinrichtung 27'' ausgelöst und über diese Schaltung
die Codeantwort des betreffenden OFW-Sensors 21''
beeinflußt. Mit diesem Verfahren wird durch die Digitali
sierung der Meßgröße eine größere Übertragungssicherheit
erzielt.
Fig. 3 und 4 zeigen am Beispiel des gleichen Werkzeug
halters 10 wie in Fig. 1 eine Ausstattung dieses Werkzeug
halters 10 mit mindestens einem OFW-Sensor, der zur
schaltenden Überwachung ausgebildet ist, z. B. mit einem
OFW-Sensor 21', wobei die Schaltenergie aus der Änderung der zu überwachen
den Prozeßgröße, z. B. aus dem Ansprechen der Längenaus
gleichseinrichtung 14 zwischen Schaft 11 und Hülse 12
bezogen wird. Die Schalteinrichtung 27 weist z. B. einen
Reed-Kontakt mit einer Spule 30 auf, der in Fig. 3 und 4
nur schematisch angedeutet ist. Der Reed-Kontakt 30 ist in
üblicher Weise gestaltet, z. B. in einem Glasröhrchen ent
halten. Dem Reed-Kontakt 30 ist ein stiftförmiger Permanent
magnet 31 zum Auslösen zugeordnet. Der mindestens eine
OFW-Sensor 21' ist in gleicher Weise wie in Fig. 1 gestaltet
und untergebracht, ebenso dessen Antenne. Der Reed-Kontakt
30 der Schalteinrichtung 27 ist an einem Teil des Werkzeug
halters 10, z. B. an dessen Schaft 11, angeordnet. Der
Permanentmagnet 31 sitzt an radial und axial zugeordneter
Position und ist am anderen Teil, z. B. der Hülse 12,
angebracht. Die Antenne 23' ist wie beim Beispiel in Fig. 1
als etwa ringförmiges Bauteil in der Aufnahme 16 der einen
äußeren Teil der Hülse 12 bildenden Außenhülse 17 enthalten.
Der mindestens eine OFW-Sensor 21' ist wie beim Beispiel
in Fig. 1 in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse 26
enthalten, das im Schaft 11 aufgenommen ist.
Beim Ansprechen der Längenausgleichseinrichtung 14 in Form
einer axialen Relativverschiebung zwischen dem Schaft 11
und der Hülse 12, 17 als Zeichen für die Überschreitung
einer vorgegebenen Vorschubkraft verändert sich die axiale
Position zwischen dem Reed-Kontakt 30 und dem Permanent
magneten 31, wodurch z. B. der Reflektor 25' oder im Falle
der Ausführungsform in Fig. 6 die Antenne 23'' z. B. durch
Schließen des Schalters geschaltet wird. Das Schließen des
Reed-Kontakts 30 verursacht einen Impuls für den OFW-Sensor
21'. Am fernabgefragten Meßwertsignal wird durch dieses
die Tatsache erkennbar, daß die Längenausgleichseinrichtung
14 angesprochen hat, so daß entsprechend reagiert werden
kann.
Es versteht sich, daß die aus Reed-Kontakt 30 mit Spule und
Permanentmagnet 31 bestehende Schalteinrichtung 27 lediglich
ein Beispiel für eine solche Schalteinrichtung darstellt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Schalt
einrichtung z. B. einen aus einer Spule und einem Piezo
element bestehenden Resonanzkreis auf.
Auch wenn anhand von Fig. 3 und 4 der Einsatz eines OFW-
Sensors 21' bzw. 21'' zur schaltenden Überwachung am
Beispiel eines Werkzeughalters 10 verdeutlicht wurde,
versteht es sich gleichwohl, daß statt dessen auch ein
Werkzeug mit einem solchen OFW-Sensor 21' bzw. 21'' ver
sehen sein kann, z. B. ein Tastwerkzeug (Meßtaster), ein
Meßwerkzeug, ein Zerspanungswerkzeug, ein Spannwerkzeug, ein
Endlagenbegrenzer od. dgl.
Claims (27)
1. Werkzeug oder Werkzeughalter, dem mindestens ein
berührungslos arbeitender Sensor (20) funktionell und
räumlich zugeordnet ist, dessen Meßwertsignale einer
Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung zuführbar
sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine Sensor (20) als passiver, nach
dem Prinzip akustischer Oberflächenwellen-Anordnungen
arbeitender Oberflächenwellen (OFW)-Sensor (21, 21', 21'')
ausgebildet ist, dessen Meßwertsignale berührungslos
fernabfragbar sind.
2. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwertsignale des mindestens einen OFW-Sensors
(21, 21', 21'') über Funk abfragbar sind.
3. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21, 21', 21'') mit
mindestens einer zugeordneten Antenne (23, 23', 23'') ver
bunden ist.
4. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine passiv arbeitende OFW-Sensor
(21, 21', 21'') keine eigene Stromversorgung, sondern die
für die Übermittlung der Meßwertsignale an die Signal
verarbeitungseinheit notwendige Sendeenergie aus der Energie
eines von der Signalverarbeitungseinheit über Funk aus
gesandten, hochfrequenten Abfragesignals zur Verfügung
steht.
5. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21) zur messenden
Überwachung ausgebildet ist.
6. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21'') eine zusätzliche
Identifizierungsfunktion (28), insbesondere Codierungs
struktur, aufweist.
7. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterschiedliche Frequenzen für Meßwertsignal und
Identifizierungssignal vorgesehen sind.
8. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere OFW-Sensoren (21, 21', 21'') vorgesehen sind,
für die zur jeweiligen Sensoridentifizierung jeweils eine
eigene Frequenz vorgegeben ist.
9. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21, 21', 21'') an dem Teil
(11) des Werkzeugs bzw. des Werkzeughalters (10) fest
angebracht ist, der während des Arbeitsvorganges eine
zu messende prozeßbedingte Beaufschlagung, insbesondere
bezüglich Temperatur, Kraft, Drehmoment, Position od. dgl.,
erfährt.
10. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21, 21', 21'') als
temperaturkompensierter Sensor ausgebildet ist.
11. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21, 21') in einem
hermetisch abgeschlossenen Gehäuse (26) enthalten ist.
12. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (26) in einer Aufnahme (15) des Werkzeugs
bzw. Werkzeughalters (10) aufgenommen und darin fest
und flüssigkeitsdicht gehalten ist.
13. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine Antenne (23, 23') geschützt in
einer Aufnahme (16) des Werkzeugs bzw. Werkzeughalters
(10) aufgenommen und darin fest und flüssigkeitsdicht
gehalten ist.
14. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem mindestens einen OFW-Sensor (21', 21'') zumindest
eine passive Schalteinrichtung (27, 27'') zur schaltenden
Überwachung zugeordnet ist, deren Energie aus der Änderung
der zu überwachenden Prozeßgröße gewonnen wird.
15. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27) zur Schaltung eines
Reflektors (25') des mindestens einen OFW-Sensors (21')
vorgesehen ist.
16. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27'') zur Schaltung einer
Antenne (23'') des mindestens einen OFW-Sensors (21'')
vorgesehen ist.
17. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels der Schalteinrichtung (27, 27'') das Meßwert
signal und/oder das Identifizierungssignal des mindestens
einen OFW-Sensors (21', 21'') beeinflußbar ist.
18. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27'') einen passiven Schwell
wertgeber (29) aufweist.
19. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27) einen Reed-Kontakt (30)
mit einer Spule aufweist.
20. Werkzeug oder Werkzeughalter nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Reed-Kontakt (30) ein Permanentmagnet (31) zum
Auslösen des Reed-Kontaktes (30) zugeordnet ist.
21. Werkzeug oder Werkzeughalter nach einem der Ansprüche
14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27, 27'') einen aus einer
Spule und einem Piezoelement bestehenden Resonanzkreis
aufweist.
22. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
gekennzeichnet durch
die Ausbildung als Tastwerkzeug, Meßwerkzeug, Zer
spanungswerkzeug, Spannwerkzeug, Endlagenbegrenzer od. dgl.
23. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
gekennzeichnet durch
die Ausbildung als Schnellwechselfutter (10), insbesondere
zum Gewindeschneiden, Gewindeformen od. dgl.
24. Werkzeughalter nach Anspruch 23,
gekennzeichnet durch
einen Schaft (11), der in einer Maschinenspindel, Werkzeug
aufnahme od. dgl. aufnehmbar ist, ferner durch eine
Hülse (12, 17), die zur Aufnahme eines Schnellwechsel
einsatzes mit Werkzeug oder direkt des Werkzeuges einge
richtet ist und mit dem Schaft (11) über eine bei axialer
Relativverschiebung von Schaft (11) und Hülse (12, 17)
ansprechende Längenausgleichseinrichtung (14) verbunden
ist, und ferner durch mindestens einen OFW-Sensor (21, 21',
21'') mit Antenne (23') und Schalteinrichtung (27)'
die bei Ansprechen der Längenausgleichseinrichtung (14)
als Zeichen für die Überschreitung einer vorgegebenen
Vorschubkraft anspricht, z. B. die Antenne (23'') oder den
Reflektor (25') schaltet.
25. Werkzeughalter nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (27) einen Reed-Kontakt (30)
am einen Teil, z. B. am Schaft (11), und einen axial und
radial zugeordneten Permanentmagneten (31) am anderen Teil,
z. B. an der Hülse (12, 17) aufweist.
26. Werkzeughalter nach Anspruch 24 oder 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antenne (23) als etwa ringförmiges Bauteil in
einer Aufnahme (16) eines äußeren Teils der Hülse (12, 17)
enthalten ist.
27. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 24 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine OFW-Sensor (21, 21', 21'') in einem
hermetisch abgeschlossenen Gehäuse (26) und dessen Ge
häuse (26) in der Hülse (12, 17) oder dem Schaft (11)
aufgenommen ist.
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Owner name: BILZ WERKZEUGFABRIK GMBH & CO. KG, 73760 OSTFILDER |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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