EP4716821A1 - Messsystem zur prozess- und/oder maschinenüberwachung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung, das eine in einer Bearbeitungsmaschine ausgebildete Nut und wenigstens eine in der Nut kraftschlüssig gehaltene Messeinrichtung aufweist. Um Verformungsmessungen an der Bearbeitungsmaschine direkt während eines Bearbeitungsprozesses durchführen zu können, wobei das hierfür eingesetzte Messsystem leicht gewartet werden kann und dennoch einfach in der Handhabung ist und reproduzierbare Messergebnisse liefert, ohne den Prozess der Bearbeitungsmaschine negativ zu beeinflussen, schlägt die vorliegende Erfindung ein gattungsgemäßes Messsystem vor, bei dem die Messeinrichtung einen Verformungskörper, der zwei einander in einer Längsausrichtung der Nut gegenüberliegende Halteblöcke und wenigstens einen die Halteblöcke außermittig verbindenden und durch eine Vorspannung in Kontakt mit einer Flanke der Nut bringbaren Deformationskörper aufweist; eine Vorspanneinrichtung, mit der die Halteblöcke relativ zueinander verspannbar oder verspannt sind; und wenigstens einen Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor aufweist, der an dem wenigstens einen Deformationskörper angebracht ist.

Description

Messsystem zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung, das eine in einer Bearbeitungsmaschine ausgebildete Nut und wenigstens eine in der Nut kraftschlüssig gehaltene Messeinrichtung aufweist.

Eine Prozess- und Maschinenüberwachung an einer Bearbeitungsmaschine ist besonders effektiv, wenn insbesondere elastische Verformungen an der Bearbeitungsmaschine während eines Prozesses direkt an der Bearbeitungsmaschine erfasst werden können. Obwohl hierfür bereits Messsysteme und -verfahren grundsätzlich bekannt sind, sind diese aufgrund ihrer geringen mechanischen Robustheit, ihres Einflusses auf die Maschinencharakteristik, teils geringer Sensitivität und/oder durch die Verwendung einer unausgereiften Sensorik für eine industrielle Anwendbarkeit nicht geeignet.

Die Druckschrift WO 2015/149190 A1 beschreibt eine in einer Aussparung zwischen Maschinenteilen platzierbare Vorspanneinrichtung einer Kraftmessvorrichtung. Die Vorspanneinrichtung weist zwei einander gegenüberliegend angeordnete und einseitig durch eine Zug-/Druckplatte verbundene Arme auf. Zwischen den Armen ist eine Aufnahmetasche zur Aufnahme eines Kraftsensors ausgebildet. Die Arme weisen jeweils eine Krafteinleitplatte, die an einer Innenwand der Aussparung platziert wird, und einen von der jeweiligen Krafteinleitplatte in Richtung der Aufnahmetasche verlaufenden, elastisch biegbaren Abschnitt auf. Der elastisch biegbare Abschnitt weist eine Mehrzahl von Lamellen auf, die durch Langlöcher voneinander beabstandet sind. An der Zug-/Druck- platte kann ein Werkzeug mit einer Zugkraft angreifen, durch das der elastisch biegbare Abschnitt derart verbiegbar ist, dass sich die beiden Arme aufeinander zu bewegen und dadurch die Vorspanneinrichtung in die Aussparung einführbar ist. Durch Ablassen der Zugkraft wird die Vorspanneinrichtung in der Aussparung eingeklemmt.

In der Druckschrift US 2005/0257392 A1 ist eine in einen Spalt einer Maschine einführbare Kraftmesseinrichtung beschrieben. Die Kraftmesseinrichtung weist eine zentral verlaufende Basis mit einander gegenüberliegenden Verbindungsbalken auf, die durch eine von der Basis weg gebogene Feder verbunden sind. Die Verbindungsbalken sind in Kon- takt mit einer Innenwand des Spaltes bringbar. Mittig dieser gebogenen Feder ist auf diese eine Kappe aufgebracht, die in Anlage mit einer anderen Innenwand des Spaltes gebracht werden kann. Die Basis weist ferner einen zentral angeordneten Spannungsbalken auf, der an seinen einander gegenüberliegenden Balkenenden jeweils über zwei Federn mit den Verbindungsbalken verbunden ist. In dem Spannungsbalken ist eine Kavität vorgesehen, in der ein mit den Federn der Basis verbundener Spannungssensor zum Erfassen einer axialen Spannung angeordnet ist. Wenn auf die Kappe eine Kraft aufgebracht wird, verbiegt sich die gebogene Feder in Richtung der Basis, wodurch die Federenden über die Verbindungsbalken eine Zugkraft auf die Basis ausüben. Dadurch werden die Federn der Basis gedehnt, und die Zugkraft wird durch den Spannungssensor erfasst.

Aus der Druckschrift WO 2020/120761 A1 ist ein Messsystem der eingangs angegebenen Gattung bekannt, welches dazu dient, elastische Verformungen an Bearbeitungsmaschinen, wie Umformmaschinen, inline zu erfassen. Das Messsystem weist eine Messanordnung auf, die in eine T-Nut einer Bearbeitungsmachine eingebracht wird. In einer ersten Variante weist die Messanordnung zwei mittels einer Schraube in einem schmalen Bereich der T-Nut gegeneinander verschiebbare Keilelemente auf, wobei das äußere dieser Keilelemente beim Vorspannen der Schraube gegen die Innenflanken der T-Nut gedrückt wird. Das äußere der Keilelemente weist einen Druck-, Kraft- oder Dehnungssensor auf. Ein weiterer Druck-, Kraft- oder Dehnungssensor dieser Messanordnung befindet sich an einem Druckstück, das mittels der Schraube gegen eine Hinter- schneidung der T-Nut gedrückt wird. In einer zweiten Variante der Messanordnung stützt sich ein Schaft einer durch ein Druckstück der Messanordnung hindurchgeführten Schraube auf dem Boden der T-Nut ab, während das Druckstück gegen die Hinter- schneidung der T-Nut gedrückt wird. Dabei sind Druck-, Kraft- oder Dehnungssensoren an dem Druckstück vorgesehen.

Die mit den jeweiligen Sensoren erfassten Messdaten sind an eine elektronische Auswerteeinheit übertragbar. Mit Hilfe der elektronischen Auswerteeinheit können Maßnahmen eingeleitet werden, um während des Bearbeitungsprozesses auftretende Verformungen direkt an der Bearbeitungsmaschine während des jeweiligen Prozesses zu kompensieren. Das bekannte Messsystem besitzt dabei den Vorteil, dass dessen Korn- ponenten von außen einfach zugänglich sind und somit leicht ausgetauscht oder repariert werden können.

Das bekannte Messsystem besteht jeweils aus einer Mehrzahl von Einzelkomponenten, wodurch sich dessen Handhabung umständlich gestaltet und worunter die Reproduzierbarkeit der Messungen leidet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung zur Verfügung zu stellen, das Verformungsmessungen während eines Bearbeitungsprozesses direkt an einer Bearbeitungsmaschine erlaubt, leicht gewartet werden kann und dennoch einfach in der Handhabung ist und reproduzierbare Messergebnisse liefert, ohne den Prozess der Bearbeitungsmaschine negativ zu beeinflussen.

Die Aufgabe wird durch ein Messsystem zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung gelöst, das eine in einer Bearbeitungsmaschine ausgebildete Nut und wenigstens eine in der Nut kraftschlüssig gehaltene Messeinrichtung aufweist, wobei die Messeinrichtung einen Verformungskörper, der zwei einander in einer Längsausrichtung der Nut gegenüberliegende Halteblöcke und wenigstens einen die Halteblöcke außermittig verbindenden und durch eine Vorspannung in Kontakt mit einer Flanke der Nut bringbaren Deformationskörper aufweist, eine Vorspanneinrichtung, mit der die Halteblöcke relativ zueinander verspannbar oder verspannt sind, und wenigstens einen Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor aufweist, der an dem wenigstens einen Deformationskörper und/oder an der Vorspanneinrichtung angebracht ist.

Durch die beiden Halteblöcke wird der wenigstens eine Deformationskörper an zwei voneinander beabstandeten Stellen des Deformationskörpers gehalten. Beispielsweise kann der wenigstens eine Deformationskörper als in Richtung einer Flanke der Nut konvex gewölbter Balken oder als in Richtung einer Flanke der Nut konvex gewölbte Platte ausgebildet sein, der/die mit seiner/ihrer weitesten Auswölbung an der jeweiligen Flanke der Nut anliegt oder mit der jeweiligen Flanke der Nut durch die Vorspanneinrichtung in Anlage gebracht werden kann. Dabei greift der jeweilige Deformationskörper jeweils dezentral an den beiden Halteblöcken an.

Die Nut ist so an der Bearbeitungsmaschine positioniert, dass während eines an der Bearbeitungsmaschine durchgeführten Prozesses mechanische Kräfte und/oder während eines Prozesses an der Bearbeitungsmaschine stattfindende Verformungen oder Verlagerungen von Komponenten der Bearbeitungsmaschine an der Nut in Form einer elastischen Verformung wenigstens einer der Flanken der Nut wirksam sind.

Der wenigstens eine Deformationskörper ist so ausgebildet, dass er durch Einwirkung einer äußeren Kraft elastisch verformbar ist. Entsprechend deformiert sich der wenigstens eine Deformationskörper dann elastisch, wenn sich die Flanke der Nut, an der er anliegt, elastisch deformiert, ebenfalls. Befindet sich der wenigstens eine Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor an dem Deformationskörper, kann somit durch den wenigstens einen Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor diese elastische Deformation erfasst werden, woraus auf die Höhe und Richtung der auf die Nut und das entsprechende Maschinenteil der Bearbeitungsmaschine, in dem sich die Nut befindet, wirkenden Belastung und/oder Verformung geschlossen werden kann.

Als Deformationskörper kann jeglicher Körper verwendet werden, der sich auf eine mechanische Krafteinwirkung hin deformiert und der gut verspannbar ist. Den jeweils eingesetzten Deformationskörper kann man je nach Form und Aufbau auch als kraftumformende Einrichtung, Festkörpergelenk, Feder oder Biegebalken bezeichnen.

Durch die Vorspanneinrichtung sind die Halteblöcke relativ zueinander verspannbar oder verspannt. Damit verspannt sich durch die Vorspanneinrichtung bei der Verspannung der Halteblöcke relativ zueinander auch der wenigstens eine Deformationskörper. Das heißt, wird wenigstens einer der Halteblöcke durch die Vorspanneinrichtung in Richtung des anderen Halteblocks bewegt, deformiert bzw. verbiegt sich der wenigstens eine die beiden Halteblöcke verbindende Deformationskörper und drückt dabei gegen die Flanke der Nut, an der er anliegt. Damit wird zunächst erreicht, dass die Messeinrichtung zwischen die Flanken der Nut geklemmt werden kann. Ferner kann durch die Vorspanneinrichtung die Intensitivität, mit welcher Verformungen der Flanke der Nut an den daran anliegenden Deformationskörper übertragen werden, beeinflusst werden. Entsprechend kann durch die Vorspanneinrichtung auch die Sensitivität des wenigstens einen an diesem Deformationskörper angebrachten Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensors beeinflusst werden.

Das erfindungsgemäße Messsystem besitzt den Vorteil, dass es auch an bestehenden Bearbeitungsmaschinen einfach nachgerüstet werden kann. Dabei kann eine Nut ausgewählt werden, die sich nahe an mechanisch relevanten Maschinenkomponenten befindet, wodurch eine besonders vorteilhafte Prozessüberwachung möglich ist.

Die Messeinrichtung des erfindungsgemäßen Messsystems hat einen kompakten Aufbau und ist einfach handhabbar. So kann beispielsweise mittels der Vorspanneinrichtung auf den wenigstens einen Deformationskörper leicht eine variierbare Vorspannung aufgebracht werden, um zuverlässige und gut auswertbare Messergebnisse zu erzielen.

Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem sind außerdem all seine Komponenten problemlos von außen zugänglich und können daher unkompliziert gewartet und ausgetauscht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem ist es von Vorteil, wenn an der Vorspanneinrichtung wenigstens ein weiterer Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor angeordnet ist. Mit dem weiteren Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor kann eine mit der Vorspanneinrichtung auf den wenigstens einen Deformationskörper aufgebrachte Vorspannkraft ermittelt werden. Diese Vorspannkraft kann dann in Relation zu der/dem an dem wenigstens einen Deformationskörper erfassten Dehnung und/oder Kraft und/oder Weg gesetzt werden, woraufhin beispielsweise Nachstellungen an der Vorspanneinrichtung vorgenommen werden können.

Weist die Vorspanneinrichtung beispielsweise eine Spannschraube auf, kann der wenigstens eine weitere Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor beispielsweise zwischen einer auf die Spannschraube aufgesch raubten Mutter und einem Anschlag an einem ersten der Halteblöcke angeordnet sein. Dort kann mit dem wenigstens einen weiteren Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor die mit der Spannschraube auf den ersten Halteblock aufgebrachte Vorspannung erfasst werden. Vorzugsweise ist hierbei der Schaft der Spannschraube durch den ersten Halteblock hindurchgeführt. Dadurch erhält der Schaft der Spannschraube eine Führung, wodurch die Messeinrichtung mechanisch stabil ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems weist die Messeinrichtung zwei der die Halteblöcke außermittig verbindenden Deformationskörper auf, wobei die beiden Deformationskörper einander gegenüberliegen, zwischen den Halteblöcken und den Deformationskörpern ein Hohlbereich ausgebildet ist und die Spannschraube durch den Hohlbereich hindurchgeführt ist.

Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass sie in Bezug auf die Flanken der Nut symmetrisch ausgebildet werden kann und somit an beiden Flanken der Nut Messergebnisse aufnehmen kann. Dabei werden durch die Spannschraube mittels eines Vorspannvorganges gleich beide Deformationskörper an die jeweiligen Flanken der Nut gedrückt.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Hohlbereich in einer Draufsicht auf beide Deformationskörper oval ist. Das heißt, bei dieser Ausführungsform sind die beiden Deformationskörper jeweils konvex nach außen in Richtung der Flanken der Nut gewölbt und die Spannschraube verläuft mittig des Hohlbereiches, zwischen den beiden Deformationskörpern und kann sich so vorteilhaft gegen den zweiten Halteblock stützen, ohne eine Deformation der Deformationskörper zu behindern.

Alternativ kann der Verformungskörper nur einen einzigen Deformationskörper aufweisen, der außermittig an den einander gegenüberliegenden Halteblöcken angreift und sich beispielsweise bogenförmig oder wellenförmig zwischen den Halteblöcken erstreckt. Dabei ist der Deformationskörper in Kontakt mit einer Flanke der Nut. Bei dieser Ausführungsform liegen die Halteblöcke jeweils an der anderen Flanke der Nut an.

In einer favorisierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems weist der wenigstens eine an dem wenigstens einen Deformationskörper angebrachte Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor wenigstens einen Dehnungsmessstreifen und der wenigstens eine weitere, an der Vorspanneinrichtung angeordnete Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor wenigstens einen piezoelektrischen Sensor auf. Das heißt, bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist an dem wenigstens einen Deformationskörper wenigstens ein Dehnungsmesstreifen angebracht und ist an der Vorspanneinrichtung wenigstens ein piezoelektrischer Sensor angeordnet. Der wenigstens eine Dehnungsmessstreifen ändert seinen elektrischen Widerstand bei einer Durchbiegung des jeweiligen Deformationskörpers. Durch den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen kann dabei ein besonders großer Messbereich erfasst werden. Der wenigstens eine weitere, an der Vorspanneinrichtung angeordnete piezoelektrische Sensor hat den Vorteil, dass er eine hohe Sensitivität aufweist. So können mit dieser Ausführungsform der Erfindung sowohl große Dehnungen erfasst als auch sehr sensitive Messungen durchgeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem können jedoch auch andere Sensoren zur Dehnungs-, Kraft- und/oder Wegmessung als auch andere Sensorkombinationen von Vorteil sein. Beispielsweise können sowohl an dem wenigstens einen Deformationskörper als auch an der Vorspanneinrichtung Dehnungsmessstreifen oder andere resistive Sensoren angebracht sein. Ferner ist eine Kombination aus wenigstens einem resistiven Sensor und wenigstens einem kapazitiven Sensor zur Dehnungs-, Kraft- und/oder Wegmessung möglich. Ferner kann wenigstens ein piezoelektrischer Sensor in Kombination mit wenigstens einem induktiven Sensor zur Dehnungs-, Kraft- und/oder Wegmessung bei der Messeinrichtung zum Einsatz kommen.

Ein besonders großer Messbereich kann erfasst werden, wenn der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen jeweils auf einer der Vorspanneinrichtung zugewandten Seite des wenigstens einen Deformationskörpers mittig an diesem angebracht ist.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine piezoelektrische Sensor in einer Aussparung des ersten der Halteblöcke um den Schaft die Spannschraube angeordnet, wobei der wenigstens eine piezoelektrische Sensor zwischen einem Anschlag in der Aussparung und einer auf die Spannschraube aufgeschraubten Mutter spannbar gehalten ist. So kann die Mutter gegen den wenigstens einen piezoelektrischen Sensor drücken und ihn damit vorspannen.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Messsystems ist durch jeden der Halteblöcke wenigstens eine senkrecht zu der Längsausrichtung der Vorspanneinrich- tung ausgerichtete Verstellschraube geführt. Die wenigstens eine Verstellschraube kann als Fuß dienen, der auf einem Boden der Nut abgestützt werden kann und mit dessen Hilfe eine Höhe der Messeinrichtung in der Nut eingestellt werden kann. Die wenigstens eine Verstellschraube bildet somit wenigstens ein höhenverstellbares Abstützelement.

Günstig ist es, wenn an jedem der Halteblöcke wenigstens eine jeweils an gegenüberliegende Flanken der Nut angrenzende Positionierhilfe angeordnet ist. Als Positionierhilfe kann beispielsweise um jeden der Halteblöcke ein an gegenüberliegende Flanken der Nut angrenzendes elastisches Element, beispielsweise ein O-Ring, verwendet werden, das beispielweise aus Kunststoff oder Gummi ausgebildet sein kann und welches das elastische Verformungsverhalten des Messsystems sowie der T-Nut nicht beeinflusst.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf der Messeinrichtung eine Abdeckung aufgebracht, die eine den Hohlbereich abdeckende Deckplatte und sich von der Deckplatte erstreckende Klemmelemente aufweist, in die die Spannschraube geklemmt ist. Mit der Deckplatte kann ein Eindringen von Schmutz in die Messeinrichtung verhindert werden. Die Deckplatte kann mittels der Klemmelemente einfach auf die Messeinrichtung geklemmt werden. Alternativ kann die Abdeckung auch geschraubt, geklebt oder magnetisch geschlossen werden.

Das Messsystem ist besonders einfach handhabbar, wenn der Verformungskörper monolithisch ausgebildet ist. Das heißt, bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Halteblöcke und der wenigstens eine Deformationskörper aus einem Block ausgebildet, muss also nicht - wie beispielsweise die in der Druckschrift WO 2020/120761 A1 beschriebene Keilanordnung - aus mehreren, relativ zueinander bewegbaren Elementen aufgebaut werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der wenigstens eine Deformationskörper auch ohne Vorspannung in Richtung einer Flanke der Nut gewölbt ist. Damit kann die Messeinrichtung schon ohne Vorspannung zwischen die Flanken der Nut geklemmt werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei Figur 1 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems in einer Draufsicht zeigt;

Figur 2 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems in einer Vorderansicht zeigt; und

Figur 3 schematisch eine Abdeckung einer Messeinrichtung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems in einer perspektivischen Ansicht zeigt.

Figur 1 zeigt schematisch ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetes Messsystem 1 in einer Draufsicht. Das Messsystem 1 weist eine Messeinrichtung 3 auf, die in eine Nut 2 einer Bearbeitungsmaschine eingebracht ist. Die Nut 2 ist in der gezeigten Ausführungsform eine T-Nut, wie beispielsweise eine T-Nut zum Festklemmen eines Werkzeugs der Bearbeitungsmaschine. Die Nut 2 weist eine gerade Längsausrichtung L auf, welche seitlich jeweils von einer Flanke 21 , 22 begrenzt ist. In der gezeigten Ausführungsform befindet sich die Messeinrichtung 3 in dem schmaleren Bereich der Nut 2.

Wie es in Figur 2 zu sehen ist, in welcher das Messsystem 1 schematisch in einer Vorderansicht dargestellt ist, müssen die Flanken 21 , 22 der Nut 2 nicht unbedingt gerade bis zu einem Boden 23 der Nut 2 verlaufen, sondern können sowohl in Tiefenrichtung T der Nut 2 als auch in Breitenrichtung B der Nut 2 verschiedene Abstände voneinander aufweisen.

Die Messeinrichtung 3 weist einen Verformungskörper auf. Der Verformungskörper weist in der gezeigten Ausführungsform zwei in der Längsausrichtung L der Nut 2 einander gegenüber befindliche Halteblöcke 4, 5 und zwei diese Halteblöcke 4, 5 in der Längsaus- richtung L der Nut 2 verbindende Deformationskörper 61 , 62 auf. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung können die Halteblöcke auch nur durch einen Deformationskörper verbunden sein.

In der gezeigten Ausführungsform ist der Verformungskörper monolithisch ausgebildet.

In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Verformungskörper auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei beispielsweise die Halteblö- cke separat ausgebildet und mit wenigstens einem Deformationskörper beispielsweise durch eine Schraub- oder Nietverbindung verbunden sind.

Der Verformungskörper besteht in der gezeigten Ausführungsform aus rostfreiem Stahl, kann aber auch aus anderen Materialien ausgebildet sein.

Die Deformationskörper 61 , 62 sind bei der gezeigten Ausführungsform als in Richtung der Flanken 21 bzw. 22 konvex gewölbte Platten ausgebildet. Sie verbinden die Halteblöcke 4, 5 außermittig. Zwischen den Deformationskörpern 61 , 62 ist daher bei der gezeigten Ausführungsform in der in Figur 1 dargestellten Draufsicht ein ovaler Hohl bereich 9 ausgebildet.

Durch diesen Hohlbereich 9 ist in der Längsausrichtung L der Nut 2 eine als Vorspanneinrichtung fungierende Spannschraube 7 durchgeführt. In der gezeigten Ausführungsform verläuft ein Schaft 72 der Spannschraube 7 mittig durch den Hohlbereich 9. Die Spannschraube 7 ist einerseits mit ihrem Schaft 72 durch den ersten der Halteblöcke 4 durchgeführt und stößt andererseits mit ihrem Schraubenkopf an den zweiten der Halteblöcke 5 an. Durch entsprechendes Anziehen der auf den Schaft 72 aufgeschraubten Mutter 71 werden daher die beiden Halteblöcke 4, 5 relativ zueinander aufeinander zu bewegt. Dadurch verbiegen sich die beiden Deformationskörper 61 , 62 weiter nach außen in Richtung der Flanken 21 , 22 der Nut 2, bis sie an diesen anliegen. Damit wird die Messeinrichtung 3 zwischen die Flanken 21 , 22 der Nut 2 geklemmt.

In einer Aussparung 41 des ersten der Halteblöcke 4 sind ein oder mehrere piezoelektrische Sensoren 82 um den Schaft 72 der Spannschraube 7 angeordnet. Dabei grenzt ein unterer der piezoelektrischen Sensoren 82 an einen Anschlag 42 in der Aussparung 41 an.

Die piezoelektrischen Sensoren 82 werden mittels der Mutter 71 unter Vorspannung gesetzt. Dabei kann zwischen der Mutter 71 und den piezoelektrischen Sensoren 82 beispielsweise noch ein Deckel oder eine Unterlegscheibe vorgesehen sehen. In der gezeigten Ausführungsform sind die piezoelektrischen Sensoren 82 ringförmige Piezoelemente. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch Piezofolien als piezoelektrische Sensoren 82 eingesetzt werden.

Ferner befindet sich in der gezeigten Ausführungsform an dem Schaft 72 der Spannschraube ein Dehnungsmessstreifen 83.

Sowohl mit den piezoelektrischen Sensoren 82 als auch mit dem Dehnungsmessstreifen 83 kann die durch die Vorspanneinrichtung auf die Deformationskörper 61 , 62 aufgebrachte Vorspannkraft erfasst werden. Diese Messung ist sinnvoll, da sich während einer längeren Messung die Vorspannkraft, die durch die Vorspanneinrichtung auf die Deformationskörper 61 , 62 ausgeübt wird, ändern kann. Wird bei der Messung der Vorspannkraft deren Änderung festgestellt, kann somit die Vorspanneinrichtung nachgestellt werden.

In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können an der Vorspanneinrichtung auch andere oder noch weitere Sensoren vorgesehen sein.

An den Deformationskörpern 61 , 62 ist bei der gezeigten Ausführungsform jeweils mittig ein Dehnungsmessstreifen 81 angeordnet. Der jeweilige Dehnungsmessstreifen 81 kann jedoch auch an einer anderen Stelle der Deformationskörper 61 , 62 angeordnet sein. Mit Hilfe des jeweiligen Dehnungsmessstreifens 81 kann die Verbiegung der Deformationskörper 61 , 62 erfasst werden.

Die Verbiegung der Deformationskörper 61 , 62 kann sich infolge von Schwingungen o- der Deformationen an der Bearbeitungsmaschine und damit von Schwingungen oder Deformationen an der darin befindlichen Nut 2 ändern und direkt inline durch den jeweiligen Dehnungsmessstreifen 81 erfasst werden.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Längsrichtung der Dehnungsmessstreifen 81 gleich der Längsrichtung der Deformationskörper 61 , 62. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können orthogonal zu den gezeigten Dehnungsmessstreifen 81 noch wenigstens ein weiterer Dehnungsmessstreifen an wenigstens einem der Deformationskörper 61 , 62 angebracht sein. In der gezeigten Ausführungsform sind die verwendeten Dehnungsmessstreifen 81 , 83 auf Halbleiterbasis ausgebildet, es können jedoch stattdessen auch andere Dehnungsmessstreifen, beispielsweise Standard-Draht-Dehnungsmessstreifen, verwendet werden.

Ferner sind bei der gezeigten Ausführungsform die Dehnungsmessstreifen 81 , 83 jeweils angeklebt.

Ferner befinden sich bei der gezeigten Ausführungsform die Dehnungsmessstreifen 81 jeweils auf der nach innen, also in Richtung der Spannschraube 7 zeigenden Seite der Deformationskörper 61 , 62.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist um jeden der Halteblöcke 4, 5 eine Positionierhilfe 14 angeordnet, die hier in Form von elastischen Elementen aus Gummi ausgebildet ist. Es sind jedoch auch andere Positionierhilfen, wie beispielsweise Streifen oder andere Distanzstücke, möglich, ferner können die Positionierhilfen auch weggelassen werden.

In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist die Messeinrichtung 3 gegenüber einem Boden 23 der Nut 2 mittels eines Einrichtsystems, welches in der gezeigten Ausführungsform in Form von Verstellschrauben 10 ausgebildet ist, abgestützt. Die Verstellschrauben 10 verlaufen senkrecht zu einer Längsausrichtung I der Spannschraube 7. Die Verstellschrauben 10 sind in Bohrungen 16 in den Halteblöcken 4, 5 geschraubt. Durch die Verstellschrauben 10 kann die Höhe der Messeinrichtung 3 in der Nut eingestellt werden.

Figur 3 zeigt schematisch eine optional bei dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 einsetzbare Abdeckung 11 für die Messeinrichtung 3. Die Abdeckung 11 weist eine Deckplatte 12 auf, die dazu dient, den Hohlbereich 9 abzudecken. Von der Deckplatte 12 erstrecken sich Klemmelemente 13, die auf die Spannschraube 7 geklemmt werden. Die Deckplatte 12 kann jedoch auch festgeschraubt werden.

Unterhalb des Verformungskörpers befindet sich eine in den Figuren nicht gezeigte Messelektronik des Messsystems 1. Die Messelektronik weist typischerweise wenigstens einen AD-Wandler auf. Die Messelektronik ist vorzugsweise auf einer Platine ausgebil- det. Über die Messelektronik kann jeder der Sensoren 81 , 82, 83 des Messsystems 1 einzeln kalibriert werden.

Aus dem ersten der Halteblöcke 4 ragt ein mit der Messelektronik verbundenes Signalkabel 15. Anstelle des Signalkabels 15 kann auch eine Buchse vorgesehen sein, über die die ermittelten Messsignale als Protokoll weitergesendet werden können.

Ferner kann in einer Ausführungsform der Erfindung, die hier nicht gezeigt ist, die Signalweiterleitung auch anders erfolgen, beispielsweise mittels Funksignalübertragung o- der mittels Körperschallübertragung.

Claims

Patentansprüche

1. Messsystem (1) zur Prozess- und/oder Maschinenüberwachung, das eine in einer Bearbeitungsmaschine ausgebildete Nut (2) und wenigstens eine in der Nut (2) kraftschlüssig gehaltene Messeinrichtung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (3)

- einen Verformungskörper, der zwei einander in einer Längsausrichtung (L) der Nut (2) gegenüberliegende Halteblöcke (4, 5) und wenigstens einen die Halteblöcke (4, 5) außermittig verbindenden und durch eine Vorspannung in Kontakt mit einer Flanke (21 , 22) der Nut (2) bringbaren Deformationskörper (61 , 62) aufweist;

- eine Vorspanneinrichtung, mit der die Halteblöcke (4, 5) relativ zueinander verspannbar oder verspannt sind; und

- wenigstens einen Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor aufweist, der an dem wenigstens einen Deformationskörper (61 , 62) angebracht ist.

2. Messsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor an der Vorspanneinrichtung angeordnet ist.

3. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung eine Spannschraube (7) aufweist, auf die eine Mutter (71) geschraubt ist, die direkt oder mittelbar gegen einen ersten der Halteblöcke (4) drückt, wobei ein Schraubenkopf der Spannschraube (7) gegen einen zweiten der Halteblöcke (5) drückt.

4. Messsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (72) der Spannschraube (7) durch den ersten der Halteblöcke (4) hindurchgeführt ist.

5. Messsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (3) zwei der die Halteblöcke (4, 5) außermittig verbindenden Deformationskörper (61 , 62) aufweist, wobei die beiden Deformationskörper (61 , 62) einander ge- genüberliegen, zwischen den Halteblöcken (4, 5) und den Deformationskörpern (61 , 62) ein Hohlbereich (9) ausgebildet ist und die Spannschraube (7) durch den Hohlbereich (9) hindurchgeführt ist.

6. Messsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlbereich (9) in einer Draufsicht auf beide der Deformationskörper (61 , 62) oval ist.

7. Messsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper nur einen einzigen Deformationskörper aufweist, der außermittig an den einander gegenüberliegenden Halteblöcken (4, 5) angreift und in Kontakt mit einer Flanke (21) der Nut (2) ist, wobei die Halteblöcke (4, 5) jeweils an der anderen Flanke (22) der Nut (2) anliegen.

8. Messsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine an dem wenigstens einen Deformationskörper (61 , 62) angebrachte Dehnungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor wenigstens einen Dehnungsmessstreifen (81) und der wenigstens eine weitere, an der Vorspanneinrichtung angeordnete Deh- nungs- und/oder Kraft- und/oder Wegsensor (82) wenigstens einen piezoelektrischen Sensor (82) aufweist.

9. Messsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen auf einer der Vorspanneinrichtung (7) zugewandten Seite mittig des wenigstens einen der Deformationskörper (61 , 62) an diesem wenigstens einen der Deformationskörper (61 , 62) angebracht ist.

10. Messsystem nach den Ansprüchen 3 oder 4 und Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine piezoelektrische Sensor (83) in einer Aussparung (41) des ersten der Halteblöcke (4) um den Schaft (72) der Spannschraube (7) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine piezoelektrische Sensor (83) zwischen einem Anschlag (42) in der Aussparung (41) und einer Mutter (71) spannbar gehalten ist.

11. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeden der Halteblöcke (4, 5) wenigstens eine senkrecht zu einer Längsausrichtung (I) der Vorspanneinrichtung (7) ausgerichtete Verstellschraube (10) geführt ist.

12. Messsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Messeinrichtung (3) eine Abdeckung (11) aufgebracht ist, die eine den Hohlbereich (9) abdeckende Deckplatte (12) und sich von der Deckplatte (12) erstreckende Klemmelemente (13) aufweist, in die die Spannschraube (7) geklemmt ist.

12. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der Halteblöcke (4, 5) wenigstens eine jeweils an gegenüberliegende Flanken (21 , 22) der Nut (2) angrenzende Positionierhilfe (14) angeordnet ist.

13. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper monolithisch ausgebildet ist.

14. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Deformationskörper (61 , 62) auch ohne Vorspannung in Richtung einer Flanke (21 , 22) der Nut (2) gewölbt ist.