EP3774315A1 - Bauteil für eine werkzeugmaschine, werkzeugmaschine und verfahren zur verschleisserkennung - Google Patents

Bauteil für eine werkzeugmaschine, werkzeugmaschine und verfahren zur verschleisserkennung

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EP3774315A1
EP3774315A1 EP19720363.1A EP19720363A EP3774315A1 EP 3774315 A1 EP3774315 A1 EP 3774315A1 EP 19720363 A EP19720363 A EP 19720363A EP 3774315 A1 EP3774315 A1 EP 3774315A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
machine tool
wear
layer
layers
Prior art date
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Granted
Application number
EP19720363.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3774315B1 (de
Inventor
Lars WOIDASKY
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Bystronic Laser AG
Original Assignee
Bystronic Laser AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bystronic Laser AG filed Critical Bystronic Laser AG
Publication of EP3774315A1 publication Critical patent/EP3774315A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3774315B1 publication Critical patent/EP3774315B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D55/00—Safety devices protecting the machine or the operator, specially adapted for apparatus or machines dealt with in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means

Definitions

  • the invention relates to a component for a machine tool, a machine tool and a method for detecting wear.
  • the invention relates to a component for a machine tool according to claim 1, a machine tool according to claim 10 and a method for wear detection according to claim 14.
  • a machine tool is used to manufacture and process workpieces using tools.
  • machine tools are here for example
  • Sheet metal working machines in particular bending machines or presses such as
  • Press brakes viewed. In the following, for reasons of clarity, reference is made to press brakes.
  • Machine axes and the quality of the produced bent parts sinks. In addition, the value of the machine is reduced.
  • Machine tables and stop fingers can not be corrected by readjusting - such components must be replaced. Also in this case will be before the
  • the invention is based on the object to avoid the disadvantages of the prior art and to provide an improved component for a machine tool, an improved machine tool or an improved method for detecting wear.
  • the component according to the invention for a machine tool includes a
  • Component main body and at least two arranged on this layers for
  • Wear region of a component of the machine tool are applied and wherein at least one of the two layers, a signal layer for identifying the
  • the identification can be visual, for example by color
  • the wear detection can be finely graded.
  • the component according to the invention for a machine tool has the advantage that a predictive maintenance and a consistently high quality machining such as bending quality are possible.
  • the at least two layers are layers which, for example, differ according to their composition from that of the component or its basic body. For example, after completion of the component, the layers may be in one or more additional steps
  • the consumable layer in the initial state is arranged relative to the component main body in each case relatively outside and the signal layer in each case relatively between the consumption layer and the component main body and / or a layer pair of a further consumption layer and a signal layer.
  • the component is a tool, a machine table and / or a stop element.
  • all wear-prone parts can be equipped with the wear detection layers.
  • the component is a wearing part of a bending machine, in particular a tool, a machine table and / or a stop element.
  • all wear-prone parts can be equipped with the wear detection layers.
  • the wear detection proposed here is particularly suitable for a bending machine or those components of a bending machine, which are in contact with the workpiece to be bent. Because these components are subject to wear and are also visible to the user or are handled by him, for example when a tool change.
  • the signal layer is a material with low
  • this mostly internal signal layer can also have wear-minimizing properties or sliding properties.
  • the signal layer is color-coded and differs in color from the one or more consumption layers and / or the component base body. After the removal of the outer layer, or the consumption layer, the signal layer, ie the underlying layer visible and the operator clearly represented by the signal color. The operator is thus given a clear indication that the wear limit has been reached, the quality of the produced
  • a possible color variant would be, for example, the use of the traffic light colors green, yellow, red.
  • the currently translucent color can be transferred manually or automatically into the machine control in order to adjust the delivery of the machine axes according to the degree of wear.
  • the user can directly, ie without a controller, detect the wear.
  • one of the two layers (wear layer and
  • Layers electrically insulating material for insulating the electrically conductive material are usually made of each function-optimized steel grades and are electrically conductive.
  • An advantageous increase in the service life of these components can be achieved by applying various coatings which possibly influence the conductivity of the components but generally do not prevent them.
  • a component coating with an insulating and optionally wear-minimizing coating allows the creation of a circuit with this insulating layer as a "switch.” The presence of the layer then meets the requirement of an intact reference surface and an open circuit.
  • Damage to the insulation leads to a change in shape of the affected component and at the same time to a closed circuit. This change can be determined and used for corresponding reactions. It is understood that the electrically conductive layer is surrounded on both sides of the layer (ie inwardly and outwardly) by electrically insulating material, with the exception of possible contact points for closing the circuit or for electrical signal transmission.
  • a transponder which is set up to output a signal if one of the two layers is damaged.
  • the determined signs of wear can be clearly assigned to a removable component.
  • Such components are for example on press brakes mainly bending tools, so punches and dies. These bending tools are freely combinable and product specific. A constant change of these components is typical. Therefore, it is advantageous to be able to differentiate between these components. It can also act as the outer layer already as a signal layer, the damage is signaled by the transponder.
  • a machine tool according to the invention is set up for processing
  • a circuit is applied to the component, wherein the electrically conductive material of the at least one layer functions as a switch.
  • a voltage measurement can take place in the circuit via a load. Due to the wear of the current-carrying layer, the resistance and thus the voltage can change. Upon further wear or severing the circuit can be opened, which can also be detected.
  • a control is provided, which is connected to the circuit, and that the control is set up, based on the
  • Circuit determined wear in the control of the machine tool For example, corrections in the control of the machine axes and / or the feed can be made automatically.
  • each of the electrically conductive layers is connected to electrically conductive material with a circuit.
  • further lifetime predictions are possible, for example with an automatic and periodic insulation measurement or the described orders of several layers on the wear-stressed components.
  • alternating insulating and electrically conductive hard coatings are applied to the components. The progressive wear of the components opens or closes the applied circuit. A count of this process, the shift, or
  • Machine tool as described above comprises the steps:
  • Machine components can lead to automatic calibrations and the
  • Stop fingers are repositioned by the backgauge and continue to be used.
  • Progressively worn tools may be classified and appropriately assigned using appropriate means (eg, data matrix codes, or the like): Similarly worn tools are recognized by the machine and used together for a product - the machine axis (in this case, the upper jaw) can correct relative value and produce a constant bending angle. Otherwise, the same advantages and modifications apply as previously described.
  • the detection of an interruption is carried out continuously, wherein an electrically conductive workpiece closes the circuit.
  • the layer thicknesses can then be determined continuously throughout the entire machining process.
  • the detection of an interruption is carried out by bringing the component for closing the circuit into contact with an electrically conductive part of the machine tool.
  • An initialization phase requires reconnecting to a conductive, stationary material on the machine.
  • the component to be tested for wear is then connected to the machine axis
  • This intermediate element may be, for example, an electrically conductive brush.
  • Spare parts order is triggered.
  • an automated spare parts order can be triggered by the machine control, so that advantageously the replacement component is already available when the end of the maximum period of use of the component is reached.
  • Figure 1 is a schematic front view and top view of a component with
  • Figure 2 is a schematic front view and plan view of a worn component with optical wear detection
  • Figure 3 is a perspective view of a bending machine with a component with
  • Figure 4 is a schematic representation of a component with electrical
  • Figure 5 is a perspective view of a bending machine with punch and die
  • Figure 6 is a schematic representation of the die with electrical
  • Figure 7 is a schematic representation of the stamp with electrical
  • FIG. 1 shows a schematic front view and a plan view of a component 100 having a component core or component base body 110 and optical components mounted thereon
  • the component 100 may be a wearing part of a
  • Bending machine in particular a tool, a machine table and / or a
  • Stop element be like a stop finger. Accordingly, the wearing part of a bending machine can have a basic body 110 with optical equipment mounted thereon
  • Wear detection 120, 130 include.
  • the component 100 is provided with an outer hard material layer or consumption layer 130 in accordance with the intended use.
  • the material used here is, for example, PVD and / or CVD Hard material layers or materials such as titanium nitride in question.
  • the layer thickness is selected with regard to the application and the expected component wear.
  • the layer thickness is advantageously 1 to 10 micrometers and more preferably 1 to 20 micrometers. In addition, larger layer thicknesses can be used.
  • the layer thickness depends on the application method and the subsequent adhesion to the component 100 or the underlying layer.
  • a signal layer 120 was applied below the outer consumption layer 130. This signal layer 120 is distinctly different in color from the consumption layer 130 and is advantageously applied in a signal color.
  • the color is due to the applied material, e.g. TiN is golden yellow, and / or due to variations in application technology.
  • the entire layer is accordingly made of a colored material, that is as long as there are still parts of the layer, the color is still clearly visible.
  • this inner signal layer 120 as well as the consumption layer 130
  • the signal layer 120 is applied to a component base body 10 of the component 100.
  • the signal layer 120 and also the consumption layer 130 can be applied selectively in a wear region of the component 100, such as a surface, edge, three-dimensional region, etc. Likewise, as shown, layers 120 and 130 may completely cover component 100.
  • FIG. 2 shows a schematic front view and top view of a worn-out component 100 with optical wear detection.
  • the outer consumption layer 130 is continuously removed by the contact with the workpiece. This results in a region 130a in which the outer consumption layer 130 is partially removed, ie worn. As already described, this changes the geometry of the component 100, which wears component 100. After the complete removal of the outer consumption layer 130, the inner, ie the underlying signal layer 120 visible (which is different from the color of the
  • Abrasion can be used different layers with correspondingly assigned colors. The user can thus be shown the degree of wear and further steps can be taken. A possible color variant would be, for example, the use of the traffic light colors green, yellow, red.
  • the consumable layer 130 may have the color green, the signal layer 120 the color yellow, and the component main body 110 the color red.
  • the signal layer 120 may have a color, for example, red.
  • Figure 3 shows a perspective view of a bending machine 300 with a component with wear detection as a stop finger 310.
  • Stop fingers 310 of bending machines 300 allow correct leg lengths of the bending parts by stops and positioning of the sheet relative to the bending line.
  • the optimized finger contours are subject to plate wear and pivoting during the bending process a high wear and wear off. Consequently, the bent parts can then no longer be positioned correctly.
  • Methods of heat treatment of the abutment fingers 310 are already known for minimizing wear.
  • the components are subsequently coated, for example, with physical and / or chemical vapor depositions.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a component 400, for example a
  • the component 400 is connected to an electrical circuit 410 or part of the electrical circuit 410.
  • the electrical circuit 410 includes a supplier such as a voltage source and a load 430, at which electrical parameters such as voltage or current can be measured.
  • the component 400 then functions as a switch. In other words, that is Component 400 once a conductor and once an insulator. Whether the circuit 410 is closed or not is monitored and displayed via a suitable load 430.
  • the component 400 is provided with a plurality of alternating respectively insulating layers 440 and electrically conductive layers 450 during manufacture.
  • the electrically conductive layers 450 comprise electrically conductive material or consist entirely of this material. These layers 440, 450 are executed application-related and can be provided in addition to the wear minimization also with sliding properties. Most DLC coatings (diamond-like-carbon, diamond-like carbon) achieve good sliding properties, but physical vapor deposition (PVD) coatings are also advantageous compared to untreated or heat-treated materials.
  • the layer thickness is determined precisely by the manufacturing process of the component 400. In this case, at least one electrically conductive layer and an insulating layer must be present. It does not matter in which order the layers 440, 450 are applied.
  • the thicknesses of the applied layers 440, 450 may vary here, advantageously a thickness in the absolute value of the tolerated wear.
  • the respective thicknesses must be known and stored in a controller, for example in the machine control.
  • the finger is - a connection point except 460 - insulated on all sides and is thus no longer electrically conductive.
  • an electrical voltage is applied to the machine, with e.g. the anode at the conductive point of the finger and the cathode at the machine table, or the die.
  • the positioning of bending parts in the bending process which consists predominantly of conductive materials, does not lead to a closed circuit, since the insulating hard material layer of the finger is still completely intact.
  • Increasing wear on the finger removes the insulating layer 440 until the circuit 410 is closed.
  • suitable evaluation mechanisms normally the machine control - the contact is established and measures are taken. Ideally, the tolerated deviation is now reached and the finger would have to be exchanged.
  • a wearing component 400 will alternately open and close the circuit 410.
  • the number of these processes and the layer thickness value allow an accurate conclusion on the degree of wear of the component 400 and are in the
  • Machine control stored and processed.
  • the continuously changing geometry of the component 400 can be included in the production process and the affected Machine axis to be adjusted in the feed.
  • the affected machine axis is then always adjusted by the amount of the worn layer.
  • the inspection of the components 400 can take place continuously in the bending process or as an initialization.
  • the electrically conductive workpiece 400 is used as part of the circuit 410 and included in the test.
  • the layer thicknesses can then be determined throughout the bending process.
  • This intermediate element is an electrically conductive brush.
  • the advantage here is the avoidance of an unwanted collision (touch area), as well as the coverage of a large inspection area (no line contact). Wherein a line contact or sometimes a point contact may be desired.
  • the brush allows the scanning of a 3D contour, but this can complicate the detection as the wear of the component progresses. To simplify this process, it may be advantageous - exclusively or additionally - to monitor a point or a line.
  • the principle of wear detection by conductivity is not limited in principle to an electrical conductivity.
  • a conductivity for electromagnetic waves e.g. Light, or magnetic flux can be exploited.
  • the circuit 410 is closed. If the outer insulation layer 440 is still intact there is no signal at the load 430. There is no message to the machine control.
  • the circuit 410 is closed. Now the outer one Isolation layer 440 is no longer intact, the conductive layer 450 is outside, it is a signal at the load 430. There is therefore a message to the machine control. There is a clearing of the new component geometry in the form of a subtraction of the amount of the outermost layer 440 and a recalibration of the relevant
  • Machine axis or machine axes are Machine axis or machine axes.
  • the circuit 410 is closed. Now, the conductive layer 450 is no longer intact, the next insulation layer is outside, it is therefore no signal at the load 430. There is therefore a message to the machine control.
  • the new component geometry is calculated in the form of a subtraction of the amount of the conductive layer 450 and a recalibration of the relevant component
  • Machine axis or machine axes are Machine axis or machine axes.
  • the absolute frequency of the measurements depends on various factors and varies.
  • the conductive layers 450 can each be checked with their own circuit, then a more accurate localization of the interruption (damaged area) and thus a differentiated wear statement is possible. A further improvement results from a two- or three-dimensional layer structure. Complex geometries can be monitored.
  • the component 400 is further equipped with a transponder 470 configured to output a signal when one of the two layers 440, 450 is damaged.
  • the RFID transponder 470 is attached to the tool 400 and marks it.
  • the transponder 470 is coupled to the described layer structure and in each case sends a signal if a layer has been damaged.
  • Machine control can thus also correct the feed in accordance with the changed geometry. Also conceivable are proposals for an advantageous denomination of the components: evenly worn components are preferably combined.
  • the unambiguous assignment of the tools can equally be done by means of a code (QR code, bar code, 2D code, numerical input, etc.). The code is read out appropriately and the data is transmitted to the machine control or entered by the operator.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a machine tool in the form of a
  • Bending machine 500 with die 510 and punch 520 The two components in the form of the die 510 and the punch 520 are with a wear detection or
  • Figure 6 shows a schematic representation of the die 510 with electrical
  • the matrix 510 is connected to an electrical circuit 410 or a component of the electrical circuit 410.
  • the electrical circuit 400 includes a utility such as a voltage source and a load 430, at which electrical parameters such as voltage or current can be measured.
  • the template 510
  • the die 510 is once a conductor and once an insulator. Whether the circuit 410 is closed or not is monitored and displayed via a suitable load 430.
  • the die 510 is provided with a plurality of alternating respective insulating layers 440 and conductive layers 450 during manufacture.
  • the conductive layers 450 comprise or are made entirely of electrically conductive material. These layers 440, 450 are executed application-related and can be provided in addition to the wear minimization also with sliding properties.
  • the layer thickness is precisely determined by the manufacturing process of the die 510. In this case, at least one conductive layer and an insulating layer must be present. It does not matter in which order the layers 440, 450 are applied.
  • the thicknesses of the applied layers 440, 450 may vary here, advantageously a thickness in the absolute value of the tolerated wear.
  • the female mold 510 is - isolated a connection point 460 - insulated on all sides and is thus no longer electrically conductive.
  • One Transponder 470 for identifying the die 510 and notifying the wear state or a shift change is provided on the die 510.
  • the die 510 can be used analogously to the above description.
  • Figure 7 shows a schematic representation of the punch 520 with electrical
  • the stamp 520 is connected to an electrical circuit 410 or a component of the electrical circuit 410.
  • the electrical circuit 400 includes a utility such as a voltage source and a load 430, at which electrical parameters such as voltage or current can be measured.
  • the stamp 520 then works as a switch. In other words, the punch 520 is once a conductor and once an insulator. Whether the circuit 410 is closed or not is monitored and displayed via a suitable load 430.
  • the stamp 520 is provided with a plurality of alternating respective insulating layers 440 and conductive layers 450 during manufacture.
  • the conductive layers 450 comprise or are made entirely of electrically conductive material. These layers 440, 450 are executed application-related and can be provided in addition to the wear minimization also with sliding properties.
  • the layer thickness is accurately determined by the manufacturing process of the punch 520. In this case, at least one conductive layer and an insulating layer must be present. It does not matter in which order the layers 440, 450 are applied.
  • the thicknesses of the applied layers 440, 450 may vary here, advantageously a thickness in the absolute value of the tolerated wear.
  • the punch 520 is - isolated a connection point 460 - insulated on all sides and is thus no longer electrically conductive.
  • a transponder 470 for identifying the stamp 520 and for notifying the
  • the punch 520 can be used analogously to the above description.
  • the die 510 and the punch 520 are each shown with their own circuit 410. Another possibility is the use of a common circuit, which is then closed by an electrically conductive workpiece, which is located between the die 510 and the punch 520.
  • the wear detection presented here allows a simple and accurate detection of the respective state of wear of one or more components of a machine tool, so that the machine control can be adjusted and corresponding
  • an automated spare parts order can be triggered by the machine control when a wear is detected which is the end of the maximum possible

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine, mit einem Bauteilgrundkörper (110) und mit mindestens zwei an diesem angeordneten Schichten (120, 130; 440, 450) zur Verschleißerkennung, wobei die Schichten (120, 130; 440, 450) zur Verschleißerkennung an einem Verschleißbereich eines Bauteils (100, 400) der Werkzeugmaschine aufgebracht sind und wobei mindestens eine der zwei Schichten (120, 130; 440, 450) eine Signalschicht (120) zur Kenntlichmachung des Verschleißes ist.

Description

Beschreibung
Bauteil für eine Werkzeugmaschine, Werkzeugmaschine und Verfahren zur
Verschleißerkennung
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zur Verschleißerkennung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 und ein Verfahren zur Verschleißerkennung nach Anspruch 14.
Eine Werkzeugmaschine dient zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung von Werkzeugen. Als Werkzeugmaschinen werden hier beispielsweise
Blechbearbeitungsmaschinen, insbesondere Biegemaschinen oder Pressen wie
Abkantpressen angesehen. Im Folgenden wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf Abkantpressen Bezug genommen.
Zur Herstellung hochwertiger und exakter Biegeteile auf Abkantpressen sind präzise eingestellte Maschinenachsen und formstabile Maschinengeometrien notwendig.
Fortlaufender Betrieb führt zwangsläufig zu Maschinenverschleiß und Abnutzung besonders beanspruchter Bauteile von Biegemaschinen. Diese Bauteile werden im regulären Betrieb durch ständigen Kontakt mit dem Werkstück, bzw. den Werkzeugen durch Anschlägen, Quetschen, Gleiten usw. abgetragen und verlieren somit Ihre ursprüngliche Form.
Letztendlich vergrößern sich Form- und Positionsabweichungen betroffener
Maschinenachsen und die Qualität der hergestellten Biegeteile sinkt. Zudem verringert sich der Wert der Maschine.
Veränderungen von Bezugsflächen können schleichend und teilweise unbemerkt auftreten, wenn sich die Biegeergebnisse innerhalb des definierten Toleranzbereiches negativ entwickeln : Die Werkstücke sind noch korrekt, werden aber stetig schlechter.
Diesem Umstand wird teilweise durch Nach- und Neukalibrierung bewegter
Maschinenachsen Rechnung getragen - sofern dies möglich ist. Eine erneute Kalibrierung erfordert eine ständige Qualitätskontrolle der Biegemaschine und ausgebildetes
Fachpersonal. Außerhalb einer solchen vorbeugenden Instandhaltung wird eine Kalibrierung meist nur nach fehlerhaften Biegeteilchargen durchgeführt. Folglich steht die Maschine unplanmäßig still und kann nicht produzieren.
Verschleißbedingte, unsymmetrische Formänderungen von Biegewerkzeugen,
Maschinentischen und Anschlagfingern können nicht durch Nachjustieren korrigiert werden - derartige Bauteile müssen getauscht werden. Auch in diesem Fall wird vor der
Fehlerregistrierung oftmals Ausschuss produziert und die Biegemaschine steht
außerplanmäßig still. Häufig führen die Lieferzeiten der Austauschteile zu einer weiteren Verschärfung der Situation.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Bauteil für eine Werkzeugmaschine, eine verbesserte Werkzeugmaschine beziehungsweise ein verbessertes Verfahren zur Verschleißerkennung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 beziehungsweise ein Verfahren zur
Verschleißerkennung nach Anspruch 14.
Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Werkzeugmaschine beinhaltet einen
Bauteilgrundkörper und mindestens zwei an diesem angeordnete Schichten zur
Verschleißerkennung, wobei die Schichten zur Verschleißerkennung an einem
Verschleißbereich eines Bauteils der Werkzeugmaschine aufgebracht sind und wobei mindestens eine der zwei Schichten eine Signalschicht zur Kenntlichmachung des
Verschleißes ist. Die Kenntlichmachung kann optisch, zum Beispiel durch farbliche
Gestaltung, elektrisch, zum Beispiel durch das Durchtrennen einer elektrisch leitenden oder nichtleitenden Schicht, oder auch akustisch, zum Beispiel über eine raue Schicht, sowie durch Kombinationen der genannten Varianten erfolgen. Über die Dicke, Anzahl und/oder Beschaffenheit der Schichten kann die Verschleißerkennung fein abgestuft werden.
Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Werkzeugmaschine hat den Vorteil, dass eine vorrauschauende Instandhaltung und eine gleichbleibend hohe Bearbeitungsqualität wie zum Beispiel Biegequalität ermöglicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Schichten abwechselnd als
Verbrauchsschicht und als Signalschicht angeordnet sind. In diesem Fall kann die
Verbrauchsschicht als Funktionsschicht funktionieren und die Signalschicht als Verschleißanzeige. Ebenso ist es möglich, dass alle Schichten Signalschichten sind, die dann jeweils andere Verschleißzustände charakterisieren. Bei den mindestens zwei Schichten handelt es sich um Schichten, die sich z.B. nach Ihrer Zusammensetzung von der des Bauteils bzw. dessen Grundkörper unterscheiden. Die Schichten können zum Beispiel nach Fertigstellung des Bauteils in einem oder mehreren zusätzlichen Arbeitsschritten
aufgebracht werden .
Es kann vorgesehen sein, dass die Verbrauchsschicht im Ausgangszustand in Bezug auf den Bauteilgrundkörper jeweils relativ außen und die Signalschicht jeweils relativ zwischen der Verbrauchsschicht und dem Bauteilgrundkörper und/oder einem Schichtenpaar aus einer weiteren Verbrauchsschicht und einer Signalschicht angeordnet ist. Ein derartiger
Schichtaufbau bietet große Flexibilität.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Bauteil ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist. Letztlich können alle verschleißbehafteten Teile mit den Schichten zur Verschleißerkennung ausgestattet werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Bauteil ein Verschleißteil einer Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist. Letztlich können alle verschleißbehafteten Teile mit den Schichten zur Verschleißerkennung ausgestattet werden. Die hier vorgeschlagene Verschleißerkennung bietet sich insbesondere bei einer Biegemaschine beziehungsweise bei denjenigen Bauteilen einer Biegemaschine an, welche mit dem zu biegenden Werkstück in Kontakt stehen. Denn diese Bauteile unterliegen Verschleiß und sind zudem für den Benutzer sichtbar beziehungsweise werden von ihm gehandhabt, zum Beispiel bei einem Werkzeugwechsel .
Es kann vorgesehen sein, dass die Signalschicht ein Material mit geringem
Reibungskoeffizienten aufweist. Somit kann diese meist innenliegende Signalschicht ebenso verschleißminimierende Eigenschaften bzw. Gleiteigenschaften besitzen.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Signalschicht farblich gekennzeichnet ist und sich farblich von der oder den Verbrauchsschichten und/oder dem Bauteilgrundkörper unterscheidet. Nach dem Abtragen der äußeren Schicht, bzw. der Verbrauchsschicht, wird die Signalschicht, also die darunterliegende Schicht sichtbar und dem Bediener deutlich durch die Signalfarbe dargestellt. Dem Bedienpersonal wird damit ein eindeutiger Hinweis gegeben, dass die Verschleißgrenze erreicht ist, die Qualität der herzustellenden
Erzeugnisse nachlässt und ein Austausch des Bauteils bevorsteht. Zu einer quantitativen Aussage des Abnutzungsgrades können verschiedene Signalschichten mit entsprechend zugeordneten Farben verwendet werden. Dem Benutzer kann somit der Grad der Abnutzung angezeigt werden, und es können weitere Schritte eingeleitet werden. Eine mögliche Farbvariante wäre beispielsweise die Verwendung der Ampelfarben Grün, Gelb, Rot. Die aktuell durchscheinende Farbe kann manuell oder automatisch in die Maschinensteuerung übertragen werden, um somit entsprechend dem Abnutzungsgrad die Zustellung der Maschinenachsen anzupassen. Bei dieser optischen Variante kann der Benutzer direkt, das heißt ohne eine Steuerung, den Verschleiß erkennen.
Es kann vorgesehen sein, dass eine der zwei Schichten (Verschleißschicht und
Signalschicht) elektrisch leitendes Material aufweist und dass die andere der beiden
Schichten elektrisch isolierendes Material zur Isolierung des elektrisch leitenden Materials aufweist. Werkzeuge, Maschinentische und/oder Anschlagfinger werden gewöhnlich aus jeweils funktionsoptimierten Stahlsorten hergestellt und sind elektrisch leitfähig . Eine vorteilhafte Standzeiterhöhung dieser Bauteile kann mit dem Aufbringen verschiedener Beschichtungen erfolgen, welche die Leitfähigkeit der Bauteile möglicherweise beeinflussen, im Allgemeinen aber nicht verhindern. Eine Bauteilbeschichtung mit einer isolierenden und optional gleichzeitig verschleißminimierenden Beschichtung ermöglicht die Erstellung eines Stromkreises mit dieser Isolationsschicht als„Schalter". Das Vorhandensein der Schicht erfüllt dann die Anforderung an eine intakte Bezugsfläche und einen offenen Stromkreis.
Eine Beschädigung der Isolation führt zu einer Formänderung des betroffenen Bauteils und gleichzeitig zu einem geschlossenen Stromkreis. Diese Veränderung kann ermittelt werden und zu entsprechenden Reaktionen verwendet werden . Es versteht sich, dass die elektrisch leitende Schicht zu beiden Schichtseiten (also nach innen und außen) von elektrisch isolierendem Material umgeben ist, mit Ausnahme möglicher Kontaktstellen zum Schließen des Stromkreises bzw. zur elektrischen Signalweiterleitung.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Transponder vorgesehen ist, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten beschädigt ist. Hierbei können die ermittelten Verschleißerscheinungen eindeutig einem wechselbaren Bauteil zugeordnet werden. Solche Bauteile sind zum Beispiel an Abkantpressen hauptsächlich Biegewerkzeuge, also Stempel und Matrizen. Diese Biegewerkzeuge sind frei miteinander kombinierbar und produktspezifisch. Ein ständiger Wechsel dieser Bauteile ist typisch. Daher ist es vorteilhaft, zwischen diesen Bauteilen differenzieren zu können . Es kann dabei auch die äußere Schicht bereits als Signalschicht fungieren, deren Beschädigung vom Transponder signalisiert wird. Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist eingerichtet zur Bearbeitung von
Werkstücken unter Verwendung von Werkzeugen und umfasst mindestens ein Bauteil wie zuvor beschrieben . Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor
beschrieben.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Stromkreis an das Bauteil angelegt wird, wobei das elektrisch leitende Material der wenigstens einen Schicht als Schalter funktioniert. In dem Stromkreis kann zum Beispiel über einen Verbraucher eine Spannungsmessung stattfinden. Durch die Abnutzung der stromführenden Schicht kann sich der Widerstand und damit die Spannung ändern. Bei weiterer Abnutzung oder Durchtrennung kann der Stromkreis geöffnet werden, was ebenfalls detektiert werden kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche mit dem Stromkreis verbunden ist, und dass die Steuerung eingerichtet ist, den anhand des
Stromkreises ermittelten Verschleiß in die Steuerung der Werkzeugmaschine einzubeziehen . So können zum Beispiel Korrekturen bei der Ansteuerung der Maschinenachsen und/oder des Vorschubs automatisch vorgenommen werden.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Schichten vorgesehen sind und dass jede der elektrisch leitfähigen Schichten mit elektrisch leitendem Material mit einem Stromkreis verbunden ist. Auf diese Weise sind weiterführende Lebensdauerprognosen beispielsweise mit einer automatischen und periodischen Isolationsmessung oder dem beschriebenen Aufträgen mehrerer Schichten auf die verschleißbeanspruchten Bauteile möglich. Zu diesem Zweck werden wechselnd isolierende und elektrisch leitende Hartstoffschichten auf die Bauteile aufgetragen. Die fortschreitende Abnutzung der Komponenten öffnet oder schließt den angelegten Stromkreis. Eine Zählung dieses Vorgangs kann die Schicht-, bzw.
Bauteildicken ermitteln. Auf diese Weise können beispielsweise Aussagen zur
Restlebensdauer getroffen werden. Die Genauigkeit ist dabei direkt von Dicke und Anzahl der Schichten abhängig.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verschleißerkennung eines Bauteils einer
Werkzeugmaschine wie zuvor beschrieben umfasst die Schritte:
Überprüfen des Stromkreises mit dem elektrisch leitenden Material der Schicht auf
Unterbrechung;
Detektieren einer Unterbrechung; bei detektierter Unterbrechung Speichern der
Unterbrechung und/oder Anpassung der Steuerung der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von dem anhand der Unterbrechung des Stromkreises ermittelten Verschleißes. Resultierende Kenntnisse über die geometrischen Veränderungen der
Maschinenkomponenten können zu automatischen Kalibrierungen führen und die
Biegequalität konstant halten. Beispielsweise kann ein symmetrisch abgenutzter
Anschlagfinger durch den Hinteranschlag nachpositioniert werden und weiter verwendet werden. Fortschreitend abgenutzte Werkzeuge können über geeignete Mittel (beispielsweise Datamatrix-Codes, o.Ä.) klassifiziert und entsprechend zugeordnet werden : Ähnlich abgenutzte Werkzeuge werden von der Maschine erkannt und zusammen für ein Produkt eingesetzt - die Maschinenachse (in diesem Fall die Oberwange) kann den relativen Wert korrigieren und ein konstanten Biegewinkel hersteilen. Ansonsten gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
Es kann vorgesehen sein, dass das Detektieren einer Unterbrechung kontinuierlich durchgeführt wird, wobei ein elektrisch leitfähiges Werkstück den Stromkreis schließt. Die Schichtdicken können dann stetig im gesamten Bearbeitungsprozess ermittelt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Detektieren einer Unterbrechung durchgeführt wird, indem das Bauteil zum Schließen des Stromkreises mit einem elektrisch leitfähigen Teil der Werkzeugmaschine in Kontakt gebracht wird. Eine Initialisierungsphase erfordert ein wiederkehrendes Verbinden mit einem leitfähigen, ortsfesten Material an der Maschine. Das auf Abnutzung zu prüfende Bauteil wird mit der Maschinenachse dann an einer
vorgegebenen Stelle innerhalb der Maschine positioniert. Dieses Zwischenelement kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Bürste sein. Vorteilhaft sind hierbei die Vermeidung einer ungewollten Kollision (Berührungsbereich) sowie die Abdeckung einer großen
Überprüfungsfläche (kein Linienkontakt).
Es kann ferner vorgesehen sein, dass bei einer Ermittlung eines Verschleißes, der das Ende der maximal möglichen Verwendungszeit des Bauteils anzeigt, eine automatisierte
Ersatzteilbestellung ausgelöst wird. So kann zum Beispiel von der Maschinensteuerung eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst werden, so dass vorteilhafterweise das Ersatzbauteil bereits zur Verfügung steht, wenn das Ende der maximalen Verwendungszeit des Bauteils erreicht wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Bauteils mit
optischer Verschleißerkennung;
Figur 2 eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines abgenutzten Bauteils mit optischer Verschleißerkennung;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine mit einem Bauteil mit
Verschleißerkennung als Anschlagfinger;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Bauteils mit elektrischer
Verschleißerkennung;
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine mit Stempel und Matrize;
Figur 6 eine schematische Darstellung der Matrize mit elektrischer
Verschleißerkennung; und
Figur 7 eine schematische Darstellung des Stempels mit elektrischer
Verschleißerkennung.
Figur 1 zeigt eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Bauteils 100 mit einem Bauteil-Kern bzw. Bauteilgrundkörper 110 und darauf angebrachter optischer
Verschleißerkennung 120, 130. Das Bauteil 100 kann ein Verschleißteil einer
Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug, ein Maschinentisch und/oder ein
Anschlagelement wie ein Anschlagfinger sein. Entsprechend kann das Verschleißteil einer Biegemaschine einen Grundkörper 110 mit darauf angebrachter optischer
Verschleißerkennung 120, 130 umfassen.
Das Bauteil 100 wird entsprechend dem Einsatzzweck mit einer äußeren Hartstoffschicht oder Verbrauchsschicht 130 versehen. Als Material kommen hier z.B. PVD- und oder CVD- Hartstoffschichten bzw. Materialien wie z.B. Titannitrid in Frage. Die Schichtdicke wird hinsichtlich der Anwendung und dem zu erwartenden Bauteilverschleiß ausgewählt. Die Schichtdicke beträgt vorteilhaft 1 bis 10 Mikrometer und besonders vorteilhaft 1 bis 20 Mikrometer. Darüber hinaus können auch größere Schichtdicken eingesetzt werden. Die Schichtdicke ist abhängig vom Auftragsverfahren und der späteren Haftung an dem Bauteil 100 beziehungsweise der darunterliegenden Schicht.
Dabei ist es unabhängig, ob die Schicht leitende oder isolierende Eigenschaften besitzt. Unterhalb der äußeren Verbrauchsschicht 130 wurde während der Bauteilherstellung eine weitere Schicht, eine Signalschicht 120 aufgetragen. Diese Signalschicht 120 ist farblich deutlich von der Verbrauchsschicht 130 zu unterscheiden und vorteilhaft in einer Signalfarbe aufgebracht.
Möglich sind diverse Farben wie z.B. Gold, Blaugrau, Rotbraun, Grau, Perlrosa, Pink usw. Wichtig ist vor allem die Unterscheidung der Schichten zueinander. Die Farbigkeit ergibt sich durch den aufgetragenen Werkstoff, z.B. TiN ist goldgelb, und/oder durch Variationen in der Auftragungstechnologie. Die gesamte Schicht besteht entsprechend aus einem farbigen Werkstoff, das heißt solange noch Teile der Schicht vorhanden sind, ist die Farbe noch deutlich erkennbar.
Dabei kann diese innere Signalschicht 120 ebenso wie die Verbrauchsschicht 130
verschleißminimierende Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel ist Titannitrid eine übliche Allround-Verschleißbeschichtung. Ebenso denkbar sind Schichten aus Titancarbonitrid oder Titanchromnitrid. Die Signalschicht 120 ist auf einen Bauteilgrundkörperl 10 des Bauteils 100 aufgebracht. Die Signalschicht 120 und auch die Verbrauchsschicht 130 können gezielt in einem Verschleißbereich des Bauteils 100, wie einer Fläche, Kante, dreidimensionalen Bereich etc. aufgebracht sein. Ebenso können die Schichten 120 und 130 wie dargestellt das Bauteil 100 vollständig bedecken.
Figur 2 zeigt eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines abgenutzten Bauteils 100 mit optischer Verschleißerkennung.
In der Anwendung des Bauteils 100 wird die äußere Verbrauchsschicht 130 durch den Kontakt mit dem Werkstück stetig abgetragen. So entsteht ein Bereich 130a, in dem die äußere Verbrauchsschicht 130 teilweise abgetragen, d.h. verschlissen ist. Wie bereits beschrieben, ändert sich damit die Geometrie des Bauteils 100, das Bauteil 100 verschleißt. Nach dem vollständigen Abtragen der äußeren Verbrauchsschicht 130 wird die innere, also die darunterliegende Signalschicht 120 sichtbar (die sich sowohl von der Farbe der
Verbrauchsschicht 130 als auch von der Eigenfarbe des Bauteilgrundkörpers 110
unterscheidet) und dem Bediener deutlich durch die Signalfarbe dargestellt. Dem
Bedienpersonal wird damit ein eindeutiger Hinweis gegeben, dass die Verschleißgrenze erreicht ist, die Qualität der Erzeugnisse nachlässt und ein Austausch des Bauteils bevorsteht.
Im optimalen Fall bleibt nach vollständigen Abtragen der Verbrauchsschicht 130, das heißt dem Freilegen der darunterliegenden Signalschicht 120, genug Zeit zum Tausch der Teile bis zum Versagen des Bauteils 100. Die verbleibende Zeit kann über die Dicke der äußeren Verbrauchsschicht 130 definiert werden. Zu einer quantitativen Aussage des
Abnutzungsgrades können verschiedene Schichten mit entsprechend zugeordneten Farben verwendet werden. Dem Benutzer kann somit der Grad der Abnutzung angezeigt werden, und es können weitere Schritte eingeleitet werden. Eine mögliche Farbvariante wäre beispielsweise die Verwendung der Ampelfarben Grün, Gelb, Rot. Die aktuell
durchscheinende Farbe kann in die Maschinensteuerung übertragen werden, um somit entsprechend dem Abnutzungsgrad die Zustellung der Maschinenachsen anzupassen. In diesem Beispiel könnte die Verbrauchsschicht 130 die Farbe Grün haben, die Signalschicht 120 die Farbe Gelb und der Bauteilgrundkörper 110 die Farbe Rot. Alternativ kann lediglich die Signalschicht 120 eine Farbe zum Beispiel Rot haben.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Biegemaschine 300 mit einem Bauteil mit Verschleißerkennung als Anschlagfinger 310. Anschlagfinger 310 von Biegemaschinen 300 ermöglichen korrekte Schenkellängen der Biegeteile durch Anschlägen und Positionieren des Bleches relativ zu der Biegelinie. Die darauf optimierten Fingerkonturen unterliegen durch Blechpositionierung und Schwenken beim Biegevorgang einem hohen Verschleiß und nutzen sich ab. Folglich können die Biegeteile dann nicht mehr korrekt positioniert werden. Bekannt verschleißminimierend sind bereits Methoden der Wärmebehandlung der Anschlagfinger 310. Anknüpfend werden die Bauteile beispielsweise mit physikalischen und/oder chemischen Gasphasenabscheidungen beschichtet.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauteils 400, zum Beispiel ein
Anschlagfinger, mit elektrischer Verschleißerkennung. Dazu ist das Bauteil 400 mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 410 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können. Das Bauteil 400 funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist das Bauteil 400 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.
Das Bauteil 400 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und elektrisch leitenden Schichten 450 versehen. Die elektrisch leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die meisten DLC-Beschichtungen (Diamond-Like-Carbon, diamantähnlicher Kohlenstoff) erzielen gute Gleiteigenschaften, aber auch PVD-Beschichtungen (physical vapour deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) sind vorteilhaft im Vergleich zu unbehandelten oder nur wärmebehandelten Werkstoffen. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess des Bauteils 400 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Dabei müssen die jeweiligen Dicken bekannt und in einer Steuerung, zum Beispiel in der Maschinensteuerung abgelegt sein. Der Finger wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend.
Im eingebauten Zustand wird eine elektrische Spannung an die Maschine angelegt, mit z.B. der Anode an der leitenden Stelle des Fingers und der Kathode am Maschinentisch, bzw. der Matrize. Die Positionierung von - vorwiegend aus leitfähigen Materialien bestehenden - Biegeteilen im Biegeprozess führt nicht zu einem geschlossen Stromkreis, da die isolierende Hartstoffschicht des Fingers noch vollständig intakt ist. Zunehmender Verschleiß am Finger entfernt die Isolationsschicht 440 bis der Stromkreis 410 geschlossen wird. Über geeignete Auswertemechanismen - im Normalfall die Maschinensteuerung - wird der Kontakt festgestellt und Maßnahmen ergriffen. Idealerweise ist nun die tolerierte Abweichung erreicht und der Finger müsste getauscht werden.
Ein verschleißendes Bauteil 400 wird jeweils wechselnd den Stromkreis 410 öffnen und schließen. Die Anzahl dieser Vorgänge und der Schichtdickenwert lassen einen genauen Rückschluss auf den Abnutzungsgrad des Bauteils 400 zu und werden in der
Maschinensteuerung gespeichert und weiter verarbeitet. Die stetig veränderte Geometrie des Bauteils 400 kann in den Produktionsprozess einbezogen werden und die betroffene Maschinenachse im Vorschub angepasst werden. Die betroffene Maschinenachse wird dann immer um den Betrag der abgenutzten Schicht nachgestellt.
Die Überprüfung der Bauteile 400 kann stetig im Biegeprozess oder als Initialisierung stattfinden. Während des Biegeprozesses wird das elektrisch leitfähige Werkstück 400 als Bestandteil des Stromkreises 410 genutzt und in die Prüfung einbezogen. Die Schichtdicken können dann im gesamten Biegeprozess ermittelt werden.
Eine Initialisierungsphase erfordert ein wiederkehrendes Verbinden mit einem leitfähigen, ortsfesten Material an der Maschine. Das auf Abnutzung zu prüfende Bauteil 400 wird mit der Maschinenachse dann an einer vorgegebenen Stelle innerhalb der Maschine positioniert. Erfindungsgemäß ist dieses Zwischenelement eine elektrisch leitfähige Bürste. Vorteilhaft sind hierbei die Vermeidung einer ungewollten Kollision (Berührungsbereich), sowie die Abdeckung einer großen Überprüfungsfläche (kein Linienkontakt). Wobei ein Linienkontakt oder auch manchmal ein Punktkontakt gewünscht sein kann. Zwar ermöglicht die Bürste die Abtastung einer 3D-Kontur, dies kann aber bei fortschreitender Abnutzung des Bauteils die Erfassung verkomplizieren. Um diesen Vorgang zu vereinfachen, kann es Vorteile haben - ausschließlich oder zusätzlich - einen Punkt oder eine Linie zu überwachen.
Das Prinzip der Verschleißerkennung durch Leitfähigkeit ist prinzipiell nicht auf eine elektrische Leitfähigkeit beschränkt. Alternativ könnte auch eine Leitfähigkeit für elektromagnetische Wellen, z.B. Licht, oder magnetischer Fluss ausgenutzt werden.
Derartige Ausführungsformen werden ebenfalls als erfindungsgemäß angesehen.
Nachfolgend wird ein beispielhafter Ablauf dargestellt.
Bei einer Erstprüfung des Bauteils 400 wird der Stromkreis 410 geschlossen. Ist die äußere Isolationsschicht 440 noch intakt ist kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt keine Meldung an die Maschinensteuerung.
Nach Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Ist die äußere Isolationsschicht 440 noch intakt ist kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt keine Meldung an die
Maschinensteuerung.
Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Nun ist die äußere Isolationsschicht 440 nicht mehr intakt, die leitfähige Schicht 450 liegt außen, es ist ein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt daher eine Meldung an die Maschinensteuerung . Es erfolgt eine Verrechnung der neuen Bauteilgeometrie in der Form einer Subtraktion des Betrags der äußersten Schicht 440 und eine Neukalibrierung der betreffenden
Maschinenachse oder der Maschinenachsen.
Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Die leitfähige Schicht 450 ist noch intakt, es liegt ein Signal an Verbraucher 430 vor. Es erfolgt keine Meldung an die Maschinensteuerung.
Nach weiterem Arbeiten mit dem Bauteil, d.h. Kontakt mit dem Werkstück, erfolgt eine Prüfung des Bauteils 400, der Stromkreis 410 wird geschlossen. Nun ist die leitfähige Schicht 450 nicht mehr intakt, die nächste Isolationsschicht liegt außen, es ist folglich kein Signal am Verbraucher 430. Es erfolgt daher eine Meldung an die Maschinensteuerung. Es erfolgt eine Verrechnung der neuen Bauteilgeometrie in der Form einer Subtraktion des Betrags der leitfähigen Schicht 450 und eine Neukalibrierung der betreffenden
Maschinenachse oder der Maschinenachsen.
Dieses Vorgehen wird fortgesetzt, bis die letzte Schicht erreicht ist beziehungsweise bis im Rahmen der Wartung das Bauteil 400 ausgetauscht wird.
Die absolute Häufigkeit der Messungen ist von verschiedenen Faktoren abhängig und veränderlich. Die leitfähigen Schichten 450 können mit jeweils einem eigenen Stromkreis überprüft werden, dann ist eine genauere Lokalisierung der Unterbrechung (Schadstelle) und somit eine differenziertere Verschleißaussage möglich. Eine weitere Verbesserung entsteht durch einen zwei- oder dreidimensionalen Schichtaufbau. Komplexe Geometrien können damit überwacht werden.
Das Bauteil 400 ist weiterhin mit einem Transponder 470 ausgestattet, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten 440, 450 beschädigt ist.
Die ermittelten Verschleißerscheinungen können nun eindeutig einem wechselbaren Bauteil 400 zugeordnet werden. Solche Bauteile sind an Abkantpressen hauptsächlich
Biegewerkzeuge, also Stempel und Matrizen. Biegewerkzeuge sind frei miteinander kombinierbar und produktspezifisch. Ein ständiger Wechsel dieser Bauteile ist typisch. Daher ist es nötig zwischen diesen Bauteilen zu differenzieren. Eine eindeutige Zuordnung des Abnutzungsgrades lässt sich mit vorteilhaft mit einem RFID- System erzielen. Der RFID Transponder 470 wird am Werkzeug 400 befestigt und kennzeichnet dieses. Der Transponder 470 ist mit dem beschriebenen Schichtaufbau gekoppelt und sendet jeweils ein Signal, wenn eine Schicht beschädigt wurde. Die
Maschinensteuerung kann somit auch hierbei entsprechend der veränderten Geometrie den Vorschub korrigieren. Denkbar sind ebenso Vorschläge zu einer vorteilhaften Stückelung der Bauteile: Gleichmäßig abgenutzte Bauteile werden bevorzugt zusammengestellt. Die eindeutige Zuordnung der Werkzeuge kann gleichermaßen mittels eines Codes (QR Code, Strichcode, 2D-Code, Zahleneingabe usw.) geschehen. Der Code wird geeignet ausgelesen und die Daten der Maschinensteuerung übertragen oder vom Bediener eingegeben.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine in Form einer
Biegemaschine 500 mit Matrize 510 und Stempel 520. Die beiden Bauteile in Form der Matrize 510 und des Stempels 520 sind mit einer Verschleißerkennung oder
Verschleißüberwachung wie zuvor beschrieben versehen.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung der Matrize 510 mit elektrischer
Verschleißerkennung. Die Matrize 510 ist mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 400 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können. Die Matrize 510
funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist die Matrize 510 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.
Die Matrize 510 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und leitenden Schichten 450 versehen. Die leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess der Matrize 510 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Die Matrize 510 wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend. Ein Transponder 470 zur Identifizierung der Matrize 510 und zur Mitteilung des Verschleißzustands bzw. eines Schichtwechsels ist an der Matrize 510 vorgesehen.
Im Betrieb der Werkzeugmaschine kann die Matrize 510 analog zur obigen Beschreibung verwendet werden.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung des Stempels 520 mit elektrischer
Verschleißerkennung. Der Stempel 520 ist mit einem elektrischen Stromkreis 410 verbunden bzw. Bestandteil des elektrischen Stromkreises 410. Der elektrische Stromkreis 400 umfasst einen Versorger wie eine Spannungsquelle und einen Verbraucher 430, an dem elektrische Parameter wie Spannung oder Strom gemessen werden können . Der Stempel 520 funktioniert dann als Schalter. Anders ausgedrückt ist der Stempel 520 einmal ein Leiter und einmal ein Isolator. Ob der Stromkreis 410 geschlossen ist oder nicht, wird über einen geeigneten Verbraucher 430 überwacht und angezeigt.
Der Stempel 520 wird bei der Herstellung mit mehreren, wechselnden jeweils isolierenden Schichten 440 und leitenden Schichten 450 versehen. Die leitenden Schichten 450 weisen elektrisch leitendes Material auf oder bestehen vollständig aus diesem Material. Diese Schichten 440, 450 werden anwendungsbezogen ausgeführt und können zusätzlich zur Verschleißminimierung auch mit Gleiteigenschaften versehen werden. Die Schichtstärke wird durch den Fertigungsprozess der Stempels 520 genau bestimmt. Dabei müssen mindestens eine leitfähige Schicht und eine Isolationsschicht vorhanden sein. Es ist hierbei unerheblich, in welcher Reihenfolge die Schichten 440, 450 aufgebracht werden. Die Dicken der aufgetragenen Schichten 440, 450 können hierbei variieren, vorteilhaft ist eine Stärke im absoluten Wert der tolerierten Abnutzung. Der Stempel 520 wird - eine Anschlussstelle 460 ausgenommen - allseitig isoliert und ist somit nicht mehr elektrisch leitend. Ein Transponder 470 zur Identifizierung des Stempels 520 und zur Mitteilung des
Verschleißzustands bzw. eines Schichtwechsels ist an dem Stempel 520 vorgesehen.
Im Betrieb der Werkzeugmaschine kann der Stempel 520 analog zur obigen Beschreibung verwendet werden.
Die Matrize 510 und der Stempel 520 sind mit jeweils einem eigenen Stromkreis 410 dargestellt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines gemeinsamen Stromkreises, der dann durch ein elektrisch leitendes Werkstück, das sich zwischen der Matrize 510 und dem Stempel 520 befindet, geschlossen wird. Die hier vorgestellte Verschleißerkennung erlaubt eine einfache und genaue Erkennung des jeweiligen Verschleißzustandes eines oder mehrere Bauteile einer Werkzeugmaschine, so dass die Maschinensteuerung angepasst werden kann und entsprechende
Wartungsvorgänge eingeleitet werden können.
Ferner kann von der Maschinensteuerung eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst werden, wenn ein Verschleiß ermittelt wird, der das Ende der maximal möglichen
Verwendungszeit des Bauteils anzeigt. Dadurch kann das Ersatzbauteil bereits zur
Verfügung stehen, wenn das Ende der maximalen Verwendungszeit des Bauteils erreicht wird .

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine, mit einem Bauteilgrundkörper ( 110) und mit mindestens zwei an diesem angeordneten Schichten ( 120, 130; 440, 450) zur Verschleißerkennung, wobei die Schichten (120, 130; 440, 450) zur
Verschleißerkennung an einem Verschleißbereich eines Bauteils (100, 400) der
Werkzeugmaschine aufgebracht sind und wobei mindestens eine der zwei Schichten (120, 130; 440, 450) eine Signalschicht (120) zur Kenntlichmachung des Verschleißes ist.
2. Bauteil ( 100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schichten ( 120, 130; 440, 450) abwechselnd als Verbrauchsschicht (130) und als Signalschicht ( 120) angeordnet sind .
3. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbrauchsschicht (130) im Ausgangszustand in Bezug auf den Bauteilgrundkörper (110) jeweils relativ außen und die Signalschicht (120) jeweils relativ zwischen der Verbrauchsschicht (130) und dem Bauteilgrundkörper ( 110) und/oder einem weiteren Schichtenpaar aus einer Verbrauchsschicht (130) und einer Signalschicht (120) angeordnet ist.
4. Bauteil ( 100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100, 400) ein Werkzeug (400), ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement ist.
5. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100, 400) ein Verschleißteil einer Biegemaschine, insbesondere ein Werkzeug (400), ein Maschinentisch und/oder ein Anschlagelement, ist.
6. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalschicht (120) ein Material mit geringem Reibungskoeffizienten aufweist.
7. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalschicht (120) farblich gekennzeichnet ist und sich farblich von der oder den Verbrauchsschichten (130) und/oder dem Bauteilgrundkörper (110) unterscheidet.
8. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei Schichten (450) elektrisch leitendes Material aufweist und dass die andere der beiden Schichten (440) elektrisch isolierendes Material zur Isolierung des elektrisch leitenden Materials aufweist.
9. Bauteil (100, 400) für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Transponder (470) vorgesehen ist, der eingerichtet ist ein Signal auszugeben, wenn eine der zwei Schichten (120, 130; 440, 450) beschädigt ist.
10. Werkzeugmaschine eingerichtet zur Bearbeitung von Werkstücken (400) unter
Verwendung von Werkzeugen (400) mit mindestens einem Bauteil (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 mit mindestens einem Bauteil ( 100, 400) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromkreis (410) an das Bauteil (100, 400) angelegt wird, wobei das elektrisch leitende Material als Schalter funktioniert.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche mit dem Stromkreis (410) verbunden ist, und dass die
Steuerung eingerichtet ist, den anhand des Stromkreises (410) ermittelten Verschleiß in die Steuerung der Werkzeugmaschine einzubeziehen .
13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichten ( 120, 130; 440, 450) vorgesehen sind und dass jede der elektrisch leitfähigen Schichten (450) mit elektrisch leitendem Material mit einem Stromkreis (410) verbunden ist.
14. Verfahren zur Verschleißerkennung eines Bauteils ( 100, 400) einer Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit den Schritten,
- Überprüfen des Stromkreises (410) mit dem elektrisch leitenden Material der Schicht (450) auf Unterbrechung;
- Detektieren einer Unterbrechung; - bei detektierter Unterbrechung Speichern der Unterbrechung und/oder Anpassung der Steuerung der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von dem anhand der Unterbrechung des Stromkreises (410) ermittelten Verschleiß.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren einer
Unterbrechung kontinuierlich durchgeführt wird, wobei ein elektrisch leitfähiges
Werkstück (400) den Stromkreis (410) schließt.
16. Verfahren zur Verschleißerkennung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren einer Unterbrechung durchgeführt wird, indem das Bauteil (100, 400) zum Schließen des Stromkreises (410) mit einem elektrisch leitfähigen Teil der
Werkzeugmaschine in Kontakt gebracht wird.
17. Verfahren zur Verschleißerkennung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass bei einer Ermittlung eines Verschleißes, der das Ende der maximal möglichen Verwendungszeit des Bauteils (100, 400) anzeigt, eine automatisierte Ersatzteilbestellung ausgelöst wird.
EP19720363.1A 2018-04-05 2019-04-04 Bauteil für eine biegemaschine und biegemaschine Active EP3774315B1 (de)

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DE102018107998.2A DE102018107998B4 (de) 2018-04-05 2018-04-05 Biegewerkzeug, Maschinentisch und Anschlagelement für eine Biegemaschine, Biegemaschine und Verfahren zur Verschleißerkennung
PCT/EP2019/000111 WO2019192754A1 (de) 2018-04-05 2019-04-04 Bauteil für eine werkzeugmaschine, werkzeugmaschine und verfahren zur verschleisserkennung

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EP3774315A1 true EP3774315A1 (de) 2021-02-17
EP3774315B1 EP3774315B1 (de) 2024-11-13

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