DE2447245A1

DE2447245A1 - Vorrichtung zur feststellung des zustandes eines umlaufenden werkzeuges

Info

Publication number: DE2447245A1
Application number: DE19742447245
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Ducrohet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1974-10-03
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2252892A1; SE391468B; US3990805A; IT1014372B; GB1487939A

Description

Patentanwälte Dipl.- ing. W. Scherrmann Dr.- ing. R. Roger

7300 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348 2. Oktober 1974 Stuttgart (071D356539

35 96 19

PA 11 rÜha ^ΤβΙβΧ 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 8-10 Avenue Emile Zola, 92109 Boulogne-Billancourt, Frankreich

Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes eines umlaufenden Werkzeuges

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes eines umlaufenden in einem es umgebenden äusseren Führungsstück geführten und durch' einen axial verstellbaren Bearbeitungskopf angetriebenen und zustellbaren Werkzeuges mit einem an einen Oszillatorangeschlossenen elektromagnetischen Fühler, der in eine Ausnehmung des FührungsStückes an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß er bei in vollständig zurückgezogener Stellung stehendem Bearbeitungskopf radial auf das Ende des Werkzeuges einwirken kann.

Diese Vorrichtung ist insbesondere zum Einsatz bei Werkzeugmaschinen bestimmt, wo sie insbesondere das Vorhandensein und die Drehbewegung eines in einem Bohrkopf gehalterten Bohrers einer Spezialwerkzeugmaschine überwacht, wie sie in der Automobilindustrie Verwendung findet.

Es ist bekannt, daß bei automatisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und insbesondere bei Transfermaschinen die Notwendigkeit besteht, den Zustand der Werkzeuge dauernd zu überwachen und die Maschine stillzusetzen sowie

0 ·—

ein Werkzeugbruch festgestellt wird. Hierbei ist es wesentlich, daß die Stillsetzung der Maschine so schnell wie möglich erfolgt, weil jede Verzögerung bei der Feststellung eines Fehlers zu einer schlechten Bearbeitung einer großen Zahl von Werkstücken führt, die-dann Ausschuß werden. Ausserdem ruft ein solcher Werkzeugbruch in der Regel weitere Werkzeugbrüche an nachfolgenden Bearbeitungsstationen und gelegentlich sogar Beschädigungen der ganzen Anlage hervor. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn ein Gewindeschneidwerkzeug deshalb zu Schaden kommt, weil es nicht in ein Loch eindringen kann, das an einer vorhergehenden Bearbeitungsstation an sich hätte gebohrt werden müssen, aber wegen Bohrerbruch nicht erzeugt wurde.

Um diesen Schwierigkeiten'abzuhelfen, ist es bekannt, besondere Stationen vorzusehen, die in Transportrichtung vor den Bearbeitungsstationen angeordnet sind und die Aufgabe haben, zu überprüfen, ob die notwendigen Bearbeitungsvorgänge ordnungsgemäß durchgeführt worden sind und sicherzustellen, daß kein Teil eines gebrochenen Werkzeuges,beispielsweise in gebohrten Löchern, zurückgeblieben ist. Solche spezielle Stationen enthalten in der Regel eine am Ende der Spindel einer Vorschubeinheit angeordnete Prüfplatte, die längsverschieblich angeordnet und mit einer Reihe von Fingern versehen ist, welche von der Vorschubeinheit in ordnungsgemäß gebohrte und frei durchgängige Löcher eingeführt werden können. Im Falle einer unvollkommenen Bearbeitung in einer Bohrstation können die Finger der Platte nicht in Löcher eindringen, was ein Zurückschieben der auf der Spindel der Vorschubeinheit gleitend geführten Platte zur Folge hat, wodurch ein die Transfermaschine stillsetzender Kontakt ausgelöst wird.

Das Vorhandensein solcher spezieller Prüfstationen

- 3 509823/0236

kompliziert aber die Funktion der ganzen Maschine; es wurden deshalb schon verschiedene Werkzeugabtastvorrichtungen vorgesehen, die mechanisch, pneumatisch oder optisch wirken können.

Mechanische Abtastvorrichtungen weisen einen erheblichen Platzbedarf auf; sie sind in der Anwendung nicht einfach und machen es in einzelnen Fällen sogar notwendig, daß das zu untersuchende Werkzeug aus seiner Führungsbüchse herausgezogen wird, was die Gefahr einer Beschädigung des Werkzeuges mit sich bringt.

Es sind auch mechanische Abtastvorrichtungen bekannt, bei denen das Werkzeug, wie etwa ein Bohrer, nicht aus der Führungsbüchse herauskommt. Die Anzeige dieser PrüfVorrichtungen ist aber deshalb ungenau und unbestimmt, weil Fremkörper, wie Teile von zerbrochenen Werkzeugen, Späne oder Bohröl etc., auf die Fühlvorrichtung in der gleichen Weise einwirken können wie das Werkzeug, dessen Vorhandensein überprüft werden soll.

Ausserdem sind pneumatische Prüfvorrichtungen für den Zustand eines Bohrers bekannt, die eine in der Nähe des Bohrerendes angeordnete,in Radialrichtung wirkende Luftinjektordüse aufweisen. Bei diesen Prüfvorrichtungen kann die Anzeige der Prüfvorrichtung von der Drehzahl des Bohrers abhängen, so daß ein vorbestimmter Wert der Drehzahl auf diese Weise festgestellt werden kann. Es besteht aber die Möglichkeit, daß ein unbewegliches Teil, wie ein Span,den Druckluftdurchgang durch die Führungspinole vollständig verlegen kann, was auf eine solche pneumatische Fühlvorrichtung die gleiche Wirkung hat wie ein mit großer Drehzahl umlaufender Bohrer.

- 4 -■

50 9823/0236

■ in A vm

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feststellung **es Zustandes eines umlaufenden Werkzeuges zu'schaffen, die es gestattet, unter allen Umständen das umlaufende Werkzeug von einem anderen unerwünschten Element, wie einem Stück eines zerbrochenen Werkstückes, einem Span etc., zu unterscheiden. Ausserdem soll die Vorrichtung lediglich einen geringen Platzbedarf aufweisen und in einfacher Weise an der Bearbeitungsstation selbst angebracht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß durch den elektromagnetischen Fühler und den Oszillator mittels einer entsprechenden elektrischen Schaltung, die von der Drehbewegung des Werkzeuges hervorgerufenen Reluktanzänderungen zur unmittelbaren Modulation einer Folge elektromagnetischer Wellen benutzt werden, ^aus deren Modulationsfrequenz sodann eine Anzeige bezüglich der Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges gewonnen wird. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist die Vorrichtung einen Gleichrichter und Einrichtungen zur Erzeugung eines gleichgerichteten Rechtecksignales auf, der sich eine Integrationsvorrichtung anschließt. Diesen Elementen ist mit Vorzug eine eine regelbare Schwellenspannung aufweisende Vorrichtung zugeordnet, die lediglich dann ein Signal abgibt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit überschreitet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die den elektromagnetischen Fühler aufnehmende Ausnehmung, die in die Bohrung des das umlaufende Werkzeug führenden Führungsstückes mündet, endseitig durch ein Material

_mm r*

509823/0236

großer Abriebfestigkeit verschlossen, das durch Aushärten einer im wesentlichen aus einem Bindemittel und nicht-metallischen Füllstoffen bestehenden Paste erzeugt" ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in der Anwendung auf der Feststellung eines gegebenenfalls auftretenden Bohrerbruches dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem zugeordneten Bohrer teilweise im axialen Schnitt in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein schematisches Druckschaltbild'zur Veranschaulichung der Funktion der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung verschiedener Signalformen an unterschiedlichen Stellen des Blockschaltbildes nach Fig. 2 und

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 1 in einer abgewandelten Ausführungsform und in entsprechender Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes eines Werkzeuges weist eine Führungsbüchse 1 mit einer Bohrung 2 und einem an einem ihrer Enden angeordneten Bund 3 auf. Bei der Bearbeitung wird ein Bohrer 4 durch einen nicht dargestellten Bohrkopf in Umdrehung versetzt, wobei der Bohrkopf axial zustellbar ist, so daß der Bohrer in der Bohrung 2 der Führungsbüchse 1 verschoben werden kann, wobei der Bund 3 ein Führungselement für den Bohrer bildet.

509823/0236

Der Bund 3 weist eine radiale Bohrung oder Ausnehmung 5 auf, die in die Bohrung 2 mündet und zur Aufnahme eines elektromagnetischen Fühlers 6 dient, der von dem Bohrer 4 durch einen Stopfen 7 getrennt ist, dessen dem Bohrer 4 zugewandte Aussenflache die Ausnehmung 5 vollständig abschließt, wobei die Kontinuität der Bohrungen 2 vollständig erhalten bleibt.

Der elektromagnetische Fühler 6 ist über Leitungen 8 an ein Gehäuse 9 angeschlossen, das elektronische Bauelemente enthält, die im weiteren noch erklärt werden. Das Gehäuse 9 wird über Leitungen 10 beispielsweise mit Gleichstrom versorgt, während über Leitungen ein Signal abgegeben wird, wenn der Bohrer im ordnungsgemäßen Zustand befunden wird, wie dies im einzelnen noch erläutert werden wird.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, bestehen die an den eigentlichen Fühler 6 angeschlossenen elektronischen Bauelemente aufeinanderfolgend aus einem Oszillator 12, einem mit einem elektronischen Auslöseorgan oder Trigger ausgerüsteten Gleichrichter 13, einer Integrationsvorrichtung 14 und einem Ausgangsverstärker 15.

Die neue Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Nach dem Abschluß eines Bohrvorganges führt der nicht dargestellte Bohrkopf eine RUckbewegung aus, bis der Bohrer 4 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung gelangt. In dieser Stellung ist ersichtlich das Bohrerende immer noch in der Bohrung 2 des Bundes 3 der Führungsbüchse 1 geführt. Der Bohrer 4 wird immer noch von dem Bohrkopf in Umdrehung versetzt.

Der elektromagnetische Fühler 6 weist eine nicht dargestellte Wicklung auf, die in Reihe in dem Oszillatorkreis

wm "7 _

509823/0236

des Oszillators 12 liegt. Die Drehbewegung des Bohrers 4 vor dieser Wicklung des Fühlers 6 ruft wegen des wechselweisen Durchganges einer Lippe 4 a und einer Rinne 4b des Bohrers 4 eine Reluktanzänderung in dem dem Fühler 6 benachbarten Raum hervor. Es. ergibt sich deshalb am Ausgang des Oszillators 12 ein elektromagnetischer Wellenzug, der in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Bohrers 4 moduliert ist, wie dies bei 16 in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Der Gleichrichter 13 schneidet die negativen Halbwellen des Signales ab, während der Trigger das gleichgerichtete Rechteeksignal 17 liefert. Die Integrationsrichtung 14 erzeugt schließlich das kontinuierliche Signal 18, dessen Spannung dine Funktion der Drehgeschwindigkeit des Bohrers ist.

Eine Vergleichsvorrichtung mit regelbarem Schwellenwert, die in den Figuren nicht dargestellt ist, kann zweckniässigerweise hinter der Integrationsvorrichtung 14 vorgesehen werden, derart, daß sie das Signal 18 nur dann durchlässt, wenn dieses einen vorbestimmten Spannungswert übersteigt, der einer gegebenen Drehgeschwindigkeit des Bohrers entspricht. Der Ausgangsverstärker 15 gibt.dann schließlich das kontinuierliche Signal 19 ab.

Es ergibt sich somit, daß das Ausgangssignal 19 nur dann abgegeben werden kann, wenn die drei folgenden Bedingungen gleichzeitig erfolgt.sind:

Der Bohrer 4 steht dem Fühler 6 gegenüber, was bedeutet, daß kein Bohrerbruch aufgetreten ist; der Bohrer 4 ist in Umdrehung versetzt; und die Drehgeschwindigkeit des Bohrers 4 entspricht zum mindesten einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit.

509823/0236

Das Vorhandensein eines Spanes oder eines anderen Teiles im Inneren der Bohrung 2 kann hierbei auf keinen Fall die Abgabe eines Signales 19 auslösen, weil das von dem Oszillator abgegebene Signal 16 dann nicht moduliert ist. Bei der neuen Vorrichtung werden deshalb praktisch alle zufälligen Ursachen für falsche Anzeigen ausgeschaltet.

Der Stopfen 7 kann mit Vorteil mittels einer Paste hergestellt werden, die sich im kalten Zustand weich verarbeiten lässt und die bei normaler Temperatur sodann aushärtet, derart, daß sie nach der Aushärtung eine so große Härte aufweist, daß sie dem Verschleiß im wesentlichen den gleichen Wierstand entgegensetzt wie das Material aus dem die Führungsbüchse 1 besteht, d.h. im allgemeinen Stahl. Vorzugsweise kann eine Paste benutzt werden, die aus einem Bindemittel besteht, dem nicht-metallische Füllstoffe zugeordnet sind. Es kann naturgemäß an sich auch jeder anders hergestellte Stopfen Verwendung finden, vorausgesetzt, daß er nicht die Signalmodulation beeinflusst.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel veranschaulicht eine mit Vorzug verwendbare Zusammensetzung:

Bestandteile	Gewichtsprozent
Aushärtbares Harz Härter Aluminiumoxid Silikagel	50 5 10 35

In bestimmten Anwendungsfällen kann auch eine Ausführungsform verwendet werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform sind der elektromagnetische

509823/0236

Fühler 6 und der Stopfen 7 in einer Bohrung 20 angeordnet, die in einer Kappe 21 ausgebildet ist, welche auf der Führungsbüchse 1 sitzt und die die Aufgabe des Führungsstückes für den Bohrer 4 übernimmt. In diesem Falle wird beim Zurückziehen des Bohrkopfes der Bohrer 4 in eine solche Stellung überführt, daß sein Ende in der Bohrung 22 der Kappe 21 dem Fühler gegenübersteht. Es ergibt sich daraus, daß die Kappe in gleicher Weise auch an einem anderen Element, wie an der Führungsbüchse 1 des Bohrers 4, angeordnet sein könnte.

Bei der eingangs beschriebenen Ausführungsform war das die elektronischen Bauelemente des Fühlers enthaltende Gehäuse in einem bestimmten Abstand zu dem eigentlichen Fühler angeordnet. Es versteht sich "jedoch, daß es auch möglich ist, alle die einzelnen beschriebenen Bauelemente in einem einzigen Gerät kleinerer Abmessung unterzubringen.. In diesem Fall ist nicht mehr nur der eigentliche Fühler in einer Radialstellung in der Nähe des umlaufenden Werkzeuges angeordnet, sondern es sind an dieser Stelle alle Bauelemente des Fühlers vorhanden, wobei die Fühlfläche auf das umlaufende Werkzeug ausgerichtet ist.

Die Erfindung kann zur überprüfung des Zustandes von Bohrern bei Bohreinheiten benutzt werden. Sie kann aber auch zur Überprüfung des Zustandes anderer umlaufender Werkzeuge eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß diese an ihrem Umfang ausreichende Diskontinuitäten aufv/eisen. So ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung und den erfindungsgemäßen Gedanken zur Feststellung und Überprüfung des Zustandes umlaufender Werkzeuge,wie Gewindeschneidwerkzeuge, Fräswerkzeuge, Bohrwerkzeuge etc., zu benutzen.

509823/0236 · _ _1n _

Claims

Patentansprüche

/ 1. j Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes eines xtraläufenden, in einem es umgebenden äusseren Führungsstück geführten und durch einen axial verstellbaren Bearbeitungskopf angetriebenen und zustellbaren Werkzeuges mit einem an einem Oszillator angeschlossenen elektromagnetischen Fühler, der in einer Ausnehmung des Führungsstückes an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß er bei in vollständig zurückgezogener Stellung stehendem Bearbeitungskopf radial auf das Ende des Werkzeuges einwirken kann, dadurch gekennzeichnet, daß durch den elektromagnetischen Fühler (6) und den Oszillator (12) mittels einer entsprechenden elektrischen Schaltung, die von der Drehbewegung des Werkzeuges (4) hervorgerufenen Reluktanzänderungen zur unmittelbaren Modulation einer Folge elektromagnetischer Wellen benutzt werden aus deren Modulationsfrequenz sodann eine Anzeige bezüglich der Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges (4) gewonnen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gleichrichter (13), einen Integrator

(14) und eine mit einer regelbaren Schwellenspannung arbeitende elektrische Vergleichsvorrichtung aufweist, die lediglich dann ein Ausgangssignal (18) abgibt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges (4) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 bei der die den Fühler aufnehmende Ausnehmung in eine Bohrung des Führungsstückes mündet und durch ein Material großer Abriebfestigkeit verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,

- 11 509823/0236

daß das abriebfeste Material (7) durch Aushärten einer im wesentlichen aus einem Bindemittel und nichtmetallischen Füllstoffen bestehenden Paste erzeugt ist«

4» Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste 50 Gewichtsprozent aushärtbares Harz, 10 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und 30 Gewichtsprozent Silikagel enthält. .

509823/0236

e e r s e i t e