DE4229569C1 - Werkzeug mit telemetrisch überwachter Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus "Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 63 (1973), 7, S. 278-284" ist bereits eine kontaktlose Meßeinrichtung zum kontinuierlichen Erfas­ sen von Temperaturwerten auf rotierenden Teilen bekannt. Diese Meßein­ richtung kann zu anderen Zwecken auch bei einem Werkzeug zum Einsatz kommen, dient also allgemein zur Messung elektrischer und nicht elektri­ scher Größen, wobei die Meßwertinformation berührungslos von rotieren­ den Teilen auf eine ortsfeste Apparatur übertragen wird.

Aus der genannten Literaturstelle geht somit bereits ein Werkzeug hervor mit:

• - wenigstens einer telemetrisch überwachten Welle, die einen ersten Wellenabschnitt und einen benachbarten zweiten Wellenabschnitt mit ge­ genüber dem ersteren verringertem Durchmesser aufweist,
• - einem auf dem zweiten Wellenabschnitt befestigten Sensorelement,
• - einem Sensorsignalverstärker und einer Koppelantenne, die auf der Welle montiert sind, und
• - einer mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit verbundenen stationä­ ren Sende- /Empfangsantenne.

Aus der DE 28 46 583 C2 ist ferner eine Vorrichtung zum Übertragen von Meßsignalen über einen Übertrager bekannt. An einer Welle ist ein Ring­ flansch montiert, der einen ersten Übertragerteil trägt, welcher koaxial zur Welle liegt und sich mit dieser dreht. Stirnseitig gegenüber dem ersten Übertragerteil liegt koaxial zur Welle ein stationär angeordneter zweiter Übertragerteil.

Darüber hinaus ist ein Leistungsmesser für einen Kurbelantrieb aus der DE 37 22 728 C1 bekannt. Hier erfolgt die Messung einer erbrachten Lei­ stung z. B. am Tretlager eines Fahrrads. Die Tretkraft wird durch die Ver­ formung eines geeigneten Biegeelements, auf dem Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch in­ duktive Übertragung zu einem mit dem Fahrradrahmen verbundenen Empfänger geliefert.

Sensor-Telemetriesysteme bzw. Sensorsignal-Drehübertrager dienen zum kontaktlosen Sensorsignalabgriff an bewegten Objekten, insbesondere Wellen, durch berührungslose HF-Übertragung von Sensorsignal und Stromversorgung zwischen mit bewegtem Sensor und stationärer Emp­ fangsantenne unter Einsatz hochintegrierter Mikroelektronik. Mit ihnen lassen sich z. B. Drehmomente, Kräfte, Beschleunigungen, Tempe­ raturen, Drucke und Drehzahlen in Prüfständen, Getrieben, Motoren, usw., erfassen. Sie stellen daher eine Alternative zu den herkömmlichen Schleifring- oder Quecksilberdrehübertragern dar.

Ein derartiger Sensorsignal-Drehübertrager ist in den Fig. 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung abgebildet. Er besteht aus dem bereits erwähn­ ten Sensor 1, der etwa mit einer Welle 2 fest verbunden ist und mit dieser mitgedreht wird, wie die Fig. 2 erkennen läßt. Zum Sensor 1 gehören ein Sensorelement 3, ein Sensorsignalverstärker 4 mit Koppelantenne 5 sowie eine Spannungsversorgung 6, wie in Fig. 1 gezeigt. Dabei kann das Sen­ sorelement 3 ein Dehnungsmeßstreifensensor, ein Drucksensor, ein Halb­ leitersensor, ein Thermoelement, usw., sein.

Der Sensorsignalverstärker 4 verstärkt je nach Wahl des Verstärkungs­ faktors das Sensorsignal vom Sensorelement 3 und formt es in ein digitales Signal um. Ein zum Einsatz kommendes Doppelmodulationsverfahren (FM/AM) garantiert eine hohe Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen und mechanische Schwingungen. Das modulierte Sensorsignal wird zu einer stationären Auswerteeinheit 7 übertragen, und zwar über ei­ ne Empfangsantenne 8, die mit der Auswerteeinheit 7 über ein Koaxialka­ bel 9 verbunden ist. Gleichzeitig wird über die Empfangsantenne 8 und die Koppelantenne 5 auch der Sensorsignalverstärker 4 sowie das Sensorele­ ment 3 mit Energie versorgt. Dazu erzeugt die Empfangsantenne 8 ein magnetisches Hochfrequenzfeld, welches von der Koppelantenne 5 emp­ fangen und vom Sensorsignalverstärker 4 in die Versorgungsenergie für den Sensorsignalverstärker 4 und das Sensorelement 3 umgesetzt wird. Die Spannungsquelle 6 dient zur Konstanthaltung dieser Versorgungs­ spannung.

Die Auswerteeinheit 7 setzt das vom Sensorsignalverstärker 4 kommende digitale Sensorsignal in ein verstärktes analoges Sensorsignal um, und zwar mit Hilfe einer eingangsseitigen Auswerteschaltung 10 und einem nachgeschalteten Sensorsignalkanal 11. Das umgesetzte und verstärkte Sensorsignal kann dann einer Verarbeitungseinrichtung 12 zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Es läßt sich darüber hinaus einer Digital­ anzeige 13 zuführen, um angezeigt zu werden. Eine integrierte Trig­ germarken-Generatorschaltung 14 ermöglicht bei rotierenden Wellen 2 ei­ ne drehwinkelbezogene Meßsignal-Weiterverarbeitung. Wird pro Wellen­ umdrehung ein Amplitudenpuls erzeugt so kann dies in der Auswerte­ schaltung 10 festgestellt und der Triggermarken-Generatorschaltung 14 gemeldet werden. Ihr Ausgang ist ebenfalls mit den Einheiten 12 und 13 zur Weiterverarbeitung bzw. Anzeige von Drehzahlen verbunden.

Als Sensoren können handelsübliche Sensoren zum Einsatz kommen. DMS-Widerstände (Dehnungsmeßstreifen-Widerstände) können dabei in Voll-, Halb- oder Viertelschaltung eingesetzt werden, da eine hinreichen­ de Sensorversorgungsspannung durch den Sensorsignalverstärker 4 zur Verfügung gestellt wird. Für Thermoelemente kann eine Temperaturver­ gleichsstellenkompensation im Sensorsignalverstärker 4 vorgesehen sein. Darüber hinaus lassen sich auch Fotowiderstände, Magnetfeldsen­ soren, Piezokristallaufnehmer, usw., als Sensorelemente einsetzen. Für aktive Sensoren steht am Sensorsignalverstärker 4 eine weitere geeignete Spannung zur Verfügung.

Bei dem Aufbau nach Fig. 2 erfolgt pro Umdrehung eine Augenblicksmes­ sung, wobei dieser Aufbau beim Abgriff von statischen Meßgrößen, z. B. der Temperatur oder eines statischen Drehmoments, einsetzbar ist. Aller­ dings ergeben sich bei der umfangsseitigen Anordnung des Sensors Pro­ bleme hinsichtlich der Auswuchtung, der sicheren Positionierung des Sensors am Wellenumfang sowie Probleme bei der Unterbringung des Sen­ sors insbesondere bei kleinen und kompakten Werkzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Werkzeugaufbau so zu gestalten, daß eine Verschleißüberwachung im Dauerbetrieb unter rauhen Einsatzbedingungen erfolgen kann. Insbe­ sondere soll diese Art der Überwachung auch bei relativ kleinen und kom­ pakten Werkzeugen und insbesondere bei hohen Drehzahlen unwuchtfrei möglich sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Werkzeug nach der Erfindung weist folgende Vorteile auf:

• 1. Da sich das Sensorelement in einem Wellenabschnitt befindet, der ge­ genüber anderen Wellenabschnitten einen verringerten Durchmesser auf­ weist, können von außen praktisch keine axial gerichteten Kräfte mehr auf das Sensorelement einwirken, wodurch dieses gegen Beschädigungen oder eine ungewollte Verschiebung geschützt ist.
• 2. Der Hüllkörper deckt darüber hinaus das Sensorelement vollständig ab, so daß dieses auch gegenüber radialen äußeren Kräften geschützt ist.
• 3. Der Hüllkörper besteht aus 2 Halbschalen, von denen die eine den Sen­ sorsignalverstärker trägt. Das Gewicht aus der den Sensorsignalverstärker tragenden einen Halb­ schale und dem Sensorsignalverstärker kann damit wenigstens annä­ hernd gleich dem Gewicht der anderen Halbschale gewählt werden, so daß die Gesamteinrichtung auch ein gutes Auswuchtverhalten zeigt.

Nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegen der erste und der zweite Wellenabschnitt zwischen weiteren Wellenabschnitten, die im Vergleich zum ersten Wellenabschnitt einen größeren Durchmesser aufweisen. Hierdurch ergibt sich ein noch besserer Schutz des Hüllkör­ pers und des unter ihm liegenden Sensorelements, das unmittelbar auf dem zweiten Wellenabschnitt befestigt ist.

Die Koppelantenne ist ringförmig um den ersten oder zweiten Wellenab­ schnitt herumgelegt, so daß sie sich für den Fall, in welchem der erste und der zweite Wellenabschnitt tiefer liegen, an einem der weiteren Wellenab­ schnitte abstützen kann. Hierdurch wird eine gute axiale Sicherung der Koppelantenne erzielt. Die Koppelantenne ragt darüber hinaus in radialer Richtung nicht sehr weit über die weiteren Wellenabschnitte hinaus, so daß mehrere Wellen der genannten Art eng benachbart angeordnet werden können. Vorzugsweise kann die Koppelantenne mit den weiteren Wellen­ abschnitten fluchten. Auch der auf einem der Halbschalen befestigte Sen­ sorsignalverstärker ragt in Radialrichtung gesehen nicht sehr weit über die weiteren Wellenabschnitte hinaus, so daß auch er eine kompakte Aus­ gestaltung des Werkzeugs, auch im Falle mehrerer Wellen, ermöglicht.

Der Hüllkörper kann an seiner dem ersten Wellenabschnitt abgewandten Stirnseite nach innen weisende Nasen besitzen, die sich auf dem zweiten Wellenabschnitt ab­ stützen. Diese Nasen dienen zur Stabilisierung des Hüllkörpers für den Fall, daß der erste Wellenabschnitt ihm nicht genug Halt gibt. Die Nasen können aber auch entfallen, wenn der Hüllkörper den ersten Wellenab­ schnitt weiter übergreift und relativ stabil ausgebildet ist, so daß er an sei­ nem freien Ende keine Radialschwingungen ausführen kann.

Vorzugsweise sind die Halbschalen mit Flanschen ausgestattet, über die sie miteinander verbunden, z. B. verschraubt sind. Die Flansche liegen an den sich in Axialrichtung erstreckenden Seiten der Halbschalen und ste­ hen von diesen radial nach außen ab. Anstelle der Flansche können die Halbschalen an diesen Seiten aber auch sich verdickende Bereiche aufwei­ sen, die mit tangential verlaufenden Durchgangsbohrungen/Durch­ gangsöffnungen zur Schraubenaufnahme versehen sind.

Nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine der Halbschalen in zwei in Wellenlängsrichtung hintereinander liegende Halbschalenabschnitte unterteilt, von denen nur einer in eine tangential im ersten Wellenabschnitt verlaufende Nut eingreift, während die andere Halbschale den Sensorsignalverstärker trägt.

Der Sensorsignalverstärker liegt also auf der nicht unterteilten Halbscha­ le, während einer der Halbschalenabschnitte, der über dem Sensorele­ ment zu liegen kommt, von der anderen Halbschale getragen wird. Der zweite Halbschalenabschnitt, der oberhalb der Nut liegt und ebenfalls von der anderen Halbschale getragen wird, ist in seinem inneren Bereich so ausgebildet, daß dort ein Ansatz vorhanden ist, welcher in die Nut greifen kann. Mit anderen Worten weisen beide Halbschalenabschnit­ te im inneren Bereich eine unterschiedliche Struktur auf, so daß es einfa­ cher ist, sie getrennt herzustellen.

Die den Sensorsignalverstärker tragende Halbschale ist mit einer ebenen Außenoberfläche ausgestattet, um hierauf den Sensorsignalverstärker besser anbringen zu können, der vorzugsweise eine quaderförmige Struk­ tur besitzt. Beide Bauteile sind z. B. miteinander verklebt.

Um den Signalverstärker sowie den ihn tragenden Hüllkörper und die Koppelantenne vor Verschmutzung zu schützen, kann die Welle in diesem Abschnitt einen Schrumpfschlauch tragen, der fest auf der Welle aufsitzt und somit die oben genannte Schutzwirkung erfüllt.

Sind bei einem Werkzeug mehrere in einer Ebene parallel zueinander lie­ gende Wellen vorhanden, auf denen sich jeweils ein Sensorsignalverstär­ ker sowie eine Koppelantenne befinden, damit sie je für sich gesehen tele­ metrisch überwacht werden können, so werden alle Wellen vorzugsweise zeitgleich und in gleicher Weise angetrieben, so daß für den Fall, bei dem z. B. der Sensorsignalverstärker über den Wellenumfang hinaussteht, nicht die Gefahr besteht, daß sich die Sensorsignalverstärker benachbar­ ter Wellen einander berühren.

Die parallel nebeneinander liegenden Wellen befinden sich in einem Werk­ zeugkopf, der an seiner Innenseite die Sende- und Empfangsantennen für die jeweiligen Sensorsignalverstärker trägt. Diese Sende- und Empfangs­ antennen liegen also den jeweiligen Koppelantennen der unterschiedli­ chen Wellen gegenüber und sind durch Abschirmbleche voneinander ge­ trennt, durch die ein Übersprechen von Signalen verhindert wird. Diese Abschirmbleche sind an der Innenseite des Werkzeugkopfes in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise durch Verschraubung oder durch Ver­ schweißung.

Ein Werkzeug mit einer oder mehreren der genannten telemetrisch über­ wachten Wellen kann beispielsweise ein Gewindeform-Werkzeug sein, das sich von einem Gewindeschneider dadurch unterscheidet, daß das Wand­ material zur Bildung des Gewindes gestaucht und nicht geschnitten wird. Für diesen Fall sind in die Stirnseiten der genannten Wellen Gewindefor­ mer einsetzbar.

Es können aber auch andere Bearbeitungseinrichtungen mit den Wellen verbunden werden, beispielsweise Bohrer, Fräser, Gewindeschneider, und dergleichen. In all diesen Fällen läßt sich z. B. eine Drehmomentüber­ wachung durchführen, um Verschleißerscheinungen der genannten Bear­ beitungselemente wie Gewindeformer, Gewindeschneider, Bohrer, usw., feststellen zu können.

Für diesen Zweck besteht das Sensorelement vorzugsweise aus Deh­ nungsmeßstreifen, die auf dem zweiten Wellenabschnitt fest aufgeklebt sind. Die Dehnungsmeßstreifen verlaufen dabei unter 45° zur Wellenach­ se. Vorzugsweise sind die DMS-Widerstände in Voll-, Halb- oder Viertel­ schaltung geschaltet, wobei eine geeignete Sensorversorgungsspannung durch den Sensorsignalverstärker zur Verfügung gestellt wird. Die DMS- Voll- und Halbbrücken können ohne Zusatzelemente angeschlossen wer­ den. Die in Abhängigkeit des Drehmoments resultierende Widerstandsän­ derung in der DMS-Brücke wird in eine Frequenzänderung umgesetzt und über die Empfangsantenne zur Auswerteeinheit übertragen. Am Ausgang der Auswerteeinheit steht neben dem dem Drehmoment proportionalen Spannungssignal (Sensorsignal) zusätzlich das Drehzahlsignal zur Verfü­ gung, welches ebenfalls in der Empfangsantenne gewonnen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: den schaltungstechnischen Aufbau eines konventio­ nellen Sensorsignal-Drehübertragers,

Fig. 2: die Anordnung des konventionellen Sensorsignal- Drehübertragers in Bezug auf eine zu überwachende Welle,

Fig. 3: eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer zu über­ wachenden Welle,

Fig. 4: nach der Erfindung ausgestaltete Wellen in Seiten- und Draufsicht mit den dazugehörigen Schnittan­ sichten,

Fig. 5: eine Vorderansicht eines Gewindebohrkopfes,

Fig. 6: das Ausgangssignal einer Auswerteeinheit des Sen­ sorsignal-Drehübertragers bei einem kontinuierli­ chen Fertigungsprozeß, bei dem wiederholt Gewinde geformt werden,

Fig. 7: das Ausgangssignal der Auswerteeinheit für einen einzelnen Gewindeformungsprozeß,

Fig. 8: den zeitabhängigen Drehzahlverlauf eines Gewinde­ formers,

Fig. 9: den zeitabhängigen Vorschub des Gewindeformers,

Fig. 10: den dazugehörigen zeitabhängigen Momentenver­ lauf, und

Fig. 11: den zeitabhängigen Momentenverlauf bei der For­ mung eines Gewindes mit einem neuen Gewindefor­ mer und mit einem Gewindeformer, mit dem bereits 36 000 Gewinde geformt worden sind.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Fig. 3 bis 11 näher beschrieben.

Entsprechend der Fig. 3 weist eine Welle 2 einen ersten Wellenabschnitt 15 und einen benachbart dazu zweiten Wellenabschnitt 16 auf. Dabei ist der Durchmesser des ersten Wellenabschnitts 15 größer als der Durch­ messer des zweiten Wellenabschnitts 16. Beide Wellenabschnitte 15 und 16 sind durch weitere Wellenabschnitte 17 linksseitig in Fig. 3 und 18, 19 rechtsseitig in Fig. 3 begrenzt. Der Antrieb der Welle 2 erfolgt rechts­ seitig über den weiteren Wellenabschnitt 19, während in den weiteren Wel­ lenabschnitt 17 z. B. ein nicht dargestellter Gewindeformer stirnseitig ein­ gesetzt werden kann. Hierzu weist der weitere Wellenabschnitt 17 eine Sacklochbohrung 20 auf, die an ihrem unteren Ende mit einem Gewinde 21 versehen ist. Die weiteren Wellenabschnitte 17, 18 und 19 sind im Durch­ messer größer als der erste Wellenabschnitt 15.

Im Bereich des ersten Wellenabschnittes 15 befinden sich an gegenüber­ liegenden Wellenseiten zwei parallel verlaufende Tangentialnuten 22. Sie dienen zur Halterung eines Hüll- oder Klemmkörpers, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Ganz rechts in Fig. 3 sind Schnitte entlang der Linie A-A und der Linie B-B dargestellt.

Die Fig. 4 zeigt zwei der in Fig. 3 dargestellten Wellen in Parallelanord­ nung, die um 90° gegeneinander verdreht sind. Diese Wellen tragen jeweils einen Sensor 23, zu dem ein Sensorelement 3, ein Sensorsignalverstärker 4 und eine Koppelantenne 5 gehören.

Das Sensorelement 3 ist vorliegend als Dehnungsmeßstreifenelement ausgebildet, dessen DMS-Widerstände unter 45° zur Längsachse 24 der Wellen 2 verlaufen. Dabei liegt das Sensorelement 3 auf dem zweiten Wel­ lenabschnitt 16 und ist mit diesem fest verbunden, z. B. verklebt. Das Sen­ sorelement 3 überragt dabei in radialer Richtung nicht den ersten Wellen­ abschnitt 15.

Die Koppelantenne 5 befindet sich auf dem ersten Wellenabschnitt 15 und liegt an der Stirnseite des benachbarten weiteren Wellenabschnitts 17 an. Genauer gesagt besteht die Koppelantenne 5 aus einem kreisringförmigen Träger 25, der eine Umfangsnut zur Aufnahme einer Spulenwicklung 26 aufweist, die über Drähte 27 mit dem Sensorsignalverstärker 4 verbunden ist. Die Spulenwicklung 26 kann z. B. nur eine einzige Windung aufweisen. Der Trägerkörper 25 besteht aus zwei Halbschalen, die nach Aufsetzen auf den ersten Wellenabschnitt 15 miteinander verklebt werden. Gleichzeitig wird der Trägerkörper 25 klebend mit dem weiteren Wellenabschnitt 17 verbunden, so daß er in diesem Bereich fest positioniert ist.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, sind die Sende-/Empfangsantennen 8 in unmittelbarer Nachbarschaft zur Koppelantenne 5 angeordnet, wobei die Antennen 8 an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt sind.

Der Sensorsignalverstärker 4, der als quaderförmiger Block ausgebildet ist, ist mit seiner einen Hauptoberfläche auf einem Hüll- bzw. Klemmkör­ per 28 fest angeordnet, der im Bereich des ersten und zweiten Wellenab­ schnittes 15, 16 positioniert ist. Sensorsignalverstärker 4 und Klemmkör­ per 28 können dabei miteinander verklebt sein.

Der Klemmkörper 28 besteht aus zwei Halbschalen 29 und 30, die mitein­ ander verschraubt sind. Hierzu weisen die Halbschalen 29, 30 seitliche Flansche 31, 32 auf, die mit entsprechenden Durchgangs-/Gewindeöff­ nungen 33 zur Aufnahme von Schrauben ausgestattet sind. In axialer Richtung erstreckt sich der Klemmkörper 28 soweit, daß er einerseits die Nuten 22 im ersten Wellenabschnitt 15 und andererseits das Sensorele­ ment 3 im zweiten Wellenabschnitt 16 vollständig überragt.

Wie die Fig. 4 in ihrem unteren Teil erkennen läßt, ist die Halbschale 30 einstückig ausgebildet und ruht links auf dem ersten Wellenabschnitt 15. Der Innendurchmesser der Halbschale 30 entspricht somit dem Außen­ durchmesser des ersten Wellenabschnittes 15. Dagegen ist der Innen­ durchmesser der Halbschale 30 in ihrem rechten Bereich größer als der Außendurchmesser des zweiten Wellenabschnitts 16, der das Sensorele­ ment 3 trägt, so daß das Sensorelement 3 nicht mit der Halbschale 30 in Berührung kommt. Am ganz rechten Ende der Halbschale 30 in Fig. 4 kann diese nach innen weisende Nasen 34 aufweisen, um sich über diese Nasen am zweiten Wellenabschnitt 16 abzustützen. Diese Nasen 34 kön­ nen bei stabiler Ausbildung der Halbschale 30 aber auch entfallen.

Die genannte Halbschale 30 braucht an ihrer linken Seite in Fig. 4 keinen Ansatz aufzuweisen, um in die ihr gegenüberliegende Nut 22 im ersten Wellenabschnitt 15 einzugreifen. Dies übernimmt die andere Halbschale 29 in Verbindung mit der anderen Nut 22, wie noch erläutert wird.

Diese andere Halbschale 29 besteht aus zwei in Axialrichtung hinterein­ ander liegenden Halbschalenabschnitten 35 und 36. Sie werden separat voneinander montiert, wobei der eine Halbschalenabschnitt 35 linksseitig oberhalb der Nut 22 zu liegen kommt, während der andere Halbschalenab­ schnitt 36 eine größere Axiallänge aufweist und im wesentlichen das Sen­ sorelement 3 abdeckt. Beide Halbschalenabschnitte 35, 36 werden, wie bereits zuvor angedeutet, mit der Halbschale 30 verschraubt, und zwar je­ weils getrennt.

Der linke Halbschalenabschnitt 35 weist einen nach innen ragenden An­ satz 37 auf, der in die ihm gegenüberliegende Nut 22 eingreift. Durch die­ sen Ansatz 37 wird erreicht, daß sich der Klemmkörper 28 nicht mehr in Axialrichtung der Welle verschieben kann, wenn der Halbschalenab­ schnitt 35 mit der Halbschale 30 verbunden ist. Entsprechendes gilt dann auch für den anderen Halbschalenabschnitt 36 nach Verbindung mit der Halbschale 30. Dieser andere Halbschalenabschnitt 36 kann sich im lin­ ken Bereich noch auf dem ersten Wellenabschnitt 15 abstützen, also einen gleichen Innendurchmesser wie dieser aufweisen. Er kommt dann eben­ falls im Abstand oberhalb des Sensorelements 3 zu liegen und kann sich ferner an seinem rechten bzw. freien Ende über weitere Nasen 34 am zwei­ ten Wellenabschnitt 16 abstützen. Über den Umfang des zweiten Wellen­ abschnittes 16 können mehrere Dehnungsmeßstreifenelemente 3 verteilt angeordnet sein.

Die den Sensorsignalverstärker 4 tragende Halbschale 30 kann aus leich­ terem Material bestehen als die Halbschalenabschnitte 35 und 36, so daß das Gewicht von Sensorsignalverstärker 4 und Halbschale 30 wenigstens annähernd dem Gewicht der Halbschalenabschnitte 35 und 36 entspricht. Auf diese Weise läßt sich eine Unwucht der Wellen weitestgehend vermei­ den. Beispielsweise können die Halbschalenabschnitte 35 und 36 aus Kupfer hergestellt sein, während die Halbschale 30 aus Aluminium beste­ hen kann.

Der an den axialen Enden des Klemmkörpers verbleibende Raum zwischen diesem und der Koppelantenne 5 einerseits sowie dem weiteren Wellenab­ schnitt 18 andererseits kann mit einem nichtleitendem Kunststoffmateri­ al ausgefüllt werden, um zu verhindern, daß Schmutz ins Innere des Klemmkörpers 28 gelangt. Darüber hinaus kann die Welle im gesamten Bereich des ersten und zweiten Wellenabschnittes 15, 16 mit einem Schrumpfschlauch 38 überzogen sein, der auch noch einen Teil der Wel­ lenabschnitte 17 und 18 übergreift, um somit den Sensor zusätzlich vor Verschmutzung zu schützen.

Rechts in Fig. 4 sind Schnitte entlang der Linie C-C (oben) und der Linie D-D (unten) gezeigt.

Die Fig. 5 zeigt einen Werkzeugkopf 39, der zur Aufnahme von vier Wel­ len 2 ausgebildet ist, die in einer Ebene und in gleichen Abständen vonein­ ander parallel zueinander angeordnet sind. Es handelt sich hier um eine Vorderansicht des Werkzeugkopfes 39, wobei die Wellen 2 im Bereich der Nuten 22 geschnitten sind. Die Wellen 2 sind entsprechend den Fig. 3 und 4 ausgebildet. Im Innern des Werkzeugkopfes 39 befinden sich ober­ halb oder unterhalb der jeweiligen Wellen 2 im Bereich der Koppelspulen 5 die jeweiligen Sende-/Empfangsantennen 8, wie gestrichelt bzw. strich­ punktiert eingezeichnet. Auch eine wechselseitige Anordnung oben und unten ist möglich. Diese Sende-/Empfangsantennen 8 sind an der Innen­ seite des Werkzeugkopfes 39 fest angeordnet. In Fig. 5 sind nur die bei­ den linken Antennen 8 dargestellt. Sie sind auch über den rechten Wellen vorhanden, obwohl nicht im einzelnen gezeigt. Zwischen den jeweiligen Sende- /Empfangsantennen 8 befindet sich jeweils ein Abschirmblech 40, um Übersprecherscheinungen bei der Signalauswertung zu verhindern. Es erstreckt sich z. B. beidseitig über die Horizontalebene hinaus, wie dar­ gestellt. Auch diese Abschirmbleche 40 sind an der Innenseite des Werk­ zeugkopfes 39 fest angeordnet, z. B. mit diesem verschraubt oder ver­ schweißt. Der Werkzeugkopf 39 selbst, enthält ein nicht dargestelltes Ge­ triebe zum synchronen Antrieb aller Wellen 2 und ist z. B. mit Getriebeöl gefüllt, das unter Überdruck steht. Um die Sensoren 23 auf den Wellen 2 noch besser gegen äußere Einflüsse schützen zu können, können diese statt mit einem Schrumpfschlauch 38 auch mit einer metallischen Hülse aus z. B. Aluminium überzogen sein.

In den Werkzeugkopf 39 lassen sich z. B. von vorn vier Gewindeformer ein­ setzen, die dann gleichzeitig vier Gewinde ausbilden können.

Anhand der Fig. 6 bis 11 wird nachfolgend die Verschleißüberwachung beim Gewindeformen unter Einsatz der in der Fig. 4 dargestellten Wellen im einzelnen beschrieben.

Dazu sei angenommen, daß nur ein Gewindeformer überwacht wird, der neu ist, mit TiN beschichtet ist, in der Lage ist, Gewinde mit einer Größe von M 2,5 zu formen und mit einer Formgeschwindigkeit von v = 25 m/min. bewegt wird. Das dabei erhaltene Sensorsignal wird tiefpaßgefiltert (f = 10 Hz).

Erfolgt ein kontinuierlicher Fertigungsprozeß, werden also in ununterbro­ chener Folge Gewinde geformt, so wird der Signalverlauf nach Fig. 6 er­ halten, in der das Drehmoment in Nm über die Zeit in Sekunden aufgetra­ gen ist. Es handelt sich hier um das tiefpaßgefilterte Sensorsignal am Aus­ gang der Auswerteeinheit 7 in Fig. 1. Dieses Sensorsignal wird der Verar­ beitungseinrichtung 12 zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Die Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus dem in Fig. 6 dargestellten Sensor­ signal für einen einzelnen Fertigungsprozeß. Dieses Signal wird also bei der Formung nur eines einzigen Gewindes erhalten. Im Signal tritt zu­ nächst ein schwaches Maximum M₁ auf, das in Folge der Beschleunigung des Gewindeformers erhalten wird. Mit anderen Worten muß hier zu­ nächst seine träge Masse überwunden werden. Sodann erscheint ein gro­ ßes Maximum M₂, das sich unmittelbar beim Gewindeformen ergibt. Das Signal schwingt dann anschließend aus.

Die Verhältnisse sind in den Fig. 8 bis 10 noch genauer dargestellt. So läßt die Fig. 8 erkennen, daß der Gewindeformer zunächst mit einer posi­ tiven Drehzahl und dann mit einer negativen Drehzahl angetrieben wird. Im Bereich der positiven Drehzahl wird er in die vorbereitete Bohrung ge­ führt, um das Gewinde zu formen, während er im Bereich der negativen Drehzahl aus der dann vorhandenen Gewindebohrung herausgezogen wird. Der Vorschub ist in Fig. 9 aufgetragen. Diesen Vorgängen zugeord­ net ist wiederum der Signalverlauf in Fig. 10, also der zeitliche Verlauf des Drehmomentes für die Ausformung eines Gewindes. Dieser Verlauf stimmt mit demjenigen in Fig. 7 überein.

Dagegen zeigt die Fig. 11 für einen einzelnen Gewindeformungsprozeß den Unterschied im Signalverlauf bei Verwendung eines neuen Gewinde­ formers und bei Verwendung eines alten Gewindeformers, mit dem bereits 36 000 Gewinde geformt worden sind. Im Falle des neuen Gewindeformers liegt das dem Gewindeformungsprozeß zugeordnete Maximum M₂ weit un­ terhalb des entsprechenden Maximums M₂', das bei Verwendung des alten Gewindeformers erhalten wird.

Wird unter Verwendung des neuen Gewindeformers das Sensorsignal in Fig. 11 aufgenommen und als Eichkurve gespeichert, so kann hieraus das Maximum M₂ ermittelt und als Schwellenwert ebenfalls gespeichert werden. Bei den nachfolgenden Gewindeformungsprozessen mit dem sel­ ben Gewindeformer werden dann die dabei erhaltenen Maxima M₂′, die ebenfalls den entsprechenden Gewindeformungsvorgängen zugeordnet sind, mit dem Maximum M₂ verglichen, wobei dann, wenn das Maximum M₂′ einen vorbestimmten Abstand zum Maximum M₂ überschreitet, ein Fehlersignal erzeugt wird, durch das angegeben wird, daß der Gewindefor­ mer verschlissen ist. Derartige Vergleiche können für die verschiedensten Gewindeformer bei den unterschiedlichsten Randbedingungen durchge­ führt werden, beispielsweise für unterschiedliche Materialien, in die Ge­ winde einzuformen sind, für unterschiedliche Gewindegrößen, unter­ schiedliche Materialbeschichtungen der Gewindeformer, usw.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Speicherung der Signalkurve beim neuen Gewindeformer und die Speicherung des Maximums M₂ in der Verarbei­ tungseinrichtung 12. Sie ermittelt auch die Maxima M₂′, vergleicht dieses mit dem Maximum M₂ und erzeugt gegebenenfalls das Fehlersignal. Dies kann unmittelbar zum Abschalten des Gewindeformungswerkzeugs ver­ wendet werden.

Claims (14)

1. Werkzeug mit

• - wenigstens einer telemetrisch überwachten Welle (2), die einen er­ sten Wellenabschnitt (15) und einen benachbarten zweiten Wellenab­ schnitt (16) mit gegenüber dem ersteren verringertem Durchmesser auf­ weist,
• - einem auf dem zweiten Wellenabschnitt (16) liegenden Sensorele­ ment (3),
• - einem Sensorsignalverstärker (4) und einer Koppelantenne (5), die auf der Welle (2) montiert sind, und
• - einer mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit (7, 13) verbundenen stationären Sende-/Empfangsantenne (8), dadurch gekennzeichnet, daß
• - der erste und der zweite Wellenabschnitt (15, 16) von einem zwei Halbschalen (29, 30) aufweisenden Hüllkörper (28) umgeben sind, der sich auf dem ersten Wellenabschnitt (15) abstützt,
• - der Hüllkörper (28) im Abstand oberhalb des Sensorelements (3) zu liegen kommt,
• - der Sensorsignalverstärker (4) auf der Außenseite einer (30) der Halbschalen (29, 30) befestigt ist, und
• - beide Hüllkörper (29, 30) gewichtsmäßig so ausgebildet sind, daß durch den Sensorsignalverstärker (4) keine Unwucht entsteht.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Wellenabschnitt (15, 16) zwischen weiteren Wellenabschnitten (17, 18) liegen, die im Vergleich zum ersten Wellenabschnitt (15) einen grö­ ßeren Durchmesser aufweisen.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kop­ pelantenne (5) ringförmig um den ersten oder zweiten Wellenabschnitt (15, 16) herumgelegt ist und sich an einem der weiteren Wellenabschnitte (17, 18) abstützt.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gewicht aus der den Sensorsignalverstärker (4) tragenden ei­ nen Halbschale (30) und dem Sensorsignalverstärker (4) wenigstens annä­ hernd gleich dem Gewicht der anderen Halbschale (29) ist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Wellenabschnitt (15) wenigstens eine tangential verlaufen­ de Nut (22) aufweist, in die ein Ansatz (37) des Hüllkörpers (28) eingreift.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hüllkörper (28) an seiner der Nut (22) abgewandten Stirnseite nach innen weisende Nasen (34) besitzt, die sich auf dem zweiten Wellen­ abschnitt (16) abstützen.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbschalen (29, 30) Flansche (31, 32) aufweisen, über die sie miteinander verbunden, vorzugsweise verschraubt sind.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß eine der Halbschalen (29) in zwei in Wellenlängsrichtung hinter­ einander liegende Halbschalenabschnitte (35, 36) unterteilt ist, von denen nur einer (35) in die Nut (22) eingreift, und daß die andere Halbschale (30) den Sensorsignalverstärker (4) trägt.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Sensorsignalverstärker (4) tragende Halbschale (30) eine ebene Außenoberfläche zu dessen Aufnahme aufweist.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Welle (2) einen Schrumpfschlauch (38) trägt, der den Sensor­ signalverstärker (4) sowie den ihn tragenden Hüllkörper (28) und die Kop­ pelantenne (5) abdeckt.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es mehrere in einer Ebene parallel zueinander liegende Wel­ len (2) aufweist, von denen jede für sich gesehen telemetrisch überwacht wird, und daß alle Wellen zeitgleich und in gleicher Weise angetrieben wer­ den.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den jeweiligen Sende- und Empfangsantennen (8) Abschirmbleche (40) angeordnet sind.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Stirnseiten der Wellen (2) Gewindeformer einsetzbar sind.

14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement (3) aus Dehnungsmeßstreifen aufge­ baut ist, die mit dem zweiten Wellenabschnitt (16) verklebt sind.