WO2022199927A1

WO2022199927A1 - Spannbacke, spannfutter sowie werkzeugmaschine

Info

Publication number: WO2022199927A1
Application number: PCT/EP2022/053209
Authority: WO
Inventors: Christian Neubauer; Andreas Dolpp; Martin Stangl; Steffen KRÄNZLE; Jens Gräßle
Original assignee: Röhm Gmbh
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-09-29
Also published as: DE102021107499A1

Abstract

Eine Spannbacke (1) für ein Spannfutter (27) ist mit einem Backenkörper (2) vorgesehen, in dem mindestens eine Tasche (9, 11) ausgebildet ist für einen Energiespeicher (12) und einen elektrischen Verbraucher, der zumindest einen Sender (32) für die drahtlose Übertragung von Daten umfasst, die durch einen dem Backenkörper (2) zugeordneten Sensor bereitgestellt werden. An der Deckeltasche (38) der Tasche (9, 11) an der Oberfläche des Backenkörpers (2) ist ein Antennenträger (39) mit einer Antenne (40) angeordnet, die mit dem Sender (32) verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spannfutter (27) mit einer derartigen Spannbacke (1) sowie eine Werkzeugmaschine (29), wobei einer Maschinensteuerung (33) ein mit dem Sender (32) in der Spannbacke (1) zusammenwirkendes Empfangsmodul zugeordnet ist.

Description

SPANNBACKE, SPANNFUTTER SOWIE WERKZEUGMASCHINE

Die Erfindung betrifft eine Spannbacke für ein Spannfutter, mit einem Backenkörper, in dem mindestens eine Tasche ausgebildet ist für einen Energiespeicher und einen elektrischen Verbraucher, der zumindest einen Sender für die drahtlose Übertragung von Daten umfasst, die durch einen dem Backenkörper zugeordneten Sensor bereit gestellt werden. An der Deckeltasche der Tasche an der Oberfläche des Backenkörpers ist ein Antennenträger mit einer Antenne angeordnet, die mit dem Sender verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spannfutter mit einer derartigen Spannbacke sowie eine Werkzeugmaschine, wobei einer Maschinensteuerung ein mit dem Sender in der Spannbacke zusammenwirkendes Empfangsmodul zugeordnet ist.

Die Spannkraft eines Spannmittels, wie eines Spannfutters, unterliegt im Betrieb diversen Störgrößen, nämlich insbesondere Fliehkräften, wirkender Reibung oder Verschleiß. Daher ist trotz der bekannten Betätigungskraft die auf das einzuspannende Werkstück wirkende Spannkraft nie genau bekannt, was nachteilig ist im Hinblick auf den Betrieb des Spannmittels, da eine unzureichende Spannkraft dazu führen kann, dass der eingespannte Gegenstand weggeschleudert wird. Des Weiteren kann die Bearbeitungsgenauigkeit leiden, da eine zu hohe Spannkraft zu einer Deformation führen kann und eine zu geringe Spannkraft im Zweifelsfall die Lagesicherung nicht gewährleistet.

Aus der DE 102019 109856 A1 derselben Anmelderin ist es bekannt, an einer Spannbacke einen Sensor zur Erfassung der Spannkraft anzuordnen, wobei im Backenkörper Aufnahmen für eine Platine und einen Energiespeicher ausgebildet sind und weiterhin Energie- und Datenleitungen in der Spannbacke zur Verbindung der Komponenten eingebracht sind.

Bei der konkreten Anwendung in einem Spannfutter ist aber auch zu beachten, dass die Spannbacke mit dem Spannfutter bei hohen Drehzahlen rotiert wird, so dass große Beschleunigungskräfte beim Anfahren und Abbremsen und insbesondere während der Rotation wirken, die 5.000 g und mehr erreichen können. Es muss also auch sichergestellt sein, dass eine zuverlässige Kontaktierung gegeben ist und bei einer drahtlosen Datenübertragung mit einem Sender eine möglichst große Reichweite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannbacke, ein Spannfutter und eine Werkzeugmaschine so auszubilden, dass den genannten Rahmenbedingungen Rechnung getragen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Spannbacke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch ein Spannfutter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die eingangs genannte Spannbacke bietet den Vorteil, dass die Reichweite des in der Spannbacke, die in der Regel aus einem Metall gefertigt ist, angeordneten Senders deutlich vergrößert werden kann, da die Antenne nicht auf einer den Sender tragenden Platine im Inneren der Aufnahme, sondern an deren Mündung angeordnet ist, so dass Abschirmeffekte weniger bedeutsam sind.

Wenn der Antennenträger mit der Antenne in der Deckeltasche durch eine nicht-metallische Schutzabdeckung abgedeckt ist, insbesondere die Schutzabdeckung aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet ist, dann ist der Antennenträger mit der Antenne vor Spänen und äußeren Einwirkungen geschützt, wobei aber im Vergleich zu einem herkömmlichen Metalldeckel die drahtlose Übertragung kaum gedämpft wird.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine durch den Energiespeicher und den elektrischen Verbraucher bestückte Tasche mittels einer Vergussmasse verfüllt ist, da so eine sichere Fixierung der in der Tasche aufgenommenen Bauteile gegeben ist und die bei der Nutzung der Spannbacke in einem Spannfutter auftretenden großen Kräfte keine Störungen bewirken, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung oder bezüglich von Lageänderungen oder Schwankungen der Bauteile, die ohne die Vergussmasse einem Spiel in der Tasche ausgesetzt wären.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die mindestens eine Tasche gebildet ist durch eine erste Tasche für den elektrischen Verbraucher und eine zweite Tasche für den Energiespeicher, die somit räumlich getrennt ausgebildet sind und separat mit jeweils reduzierter Größe ausgeführt werden können, was die Anordnung in dem Backenkörper vereinfacht.

Ein in die zweite Tasche einsetzbares Gehäuse, in das der Energiespeicher einsetzbar ist, fungiert dabei auch als Schutzhülse, die den Hohlraum zur Vergussmasse abgrenzt.

Für die Einbringung der Vergussmasse ist ein Vergusskanal von der Oberfläche des Backenkörpers zu der mindestens einen Tasche geführt.

Die vorstehend genannten Wirkungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für Spannfutter mit mindestens einer derartigen Spannbacke. Bevorzugt ist weiterhin, wenn bei einer Werkzeugmaschine mit einem derartigen Spannfutter einer Maschinensteuerung ein mit dem Sender in der Spannbacke zusammenwirkendes Empfangsmodul zugeordnet ist, und wenn der Sender in der Spannbacke und das Empfangsmodul eingerichtet sind zur Nutzung von „10-Link wireless“.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einem Spannfutter, zur drahtlosen Datenübertragung aus einer Spannbacke,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine sensorintegrierte Spannbacke mit einem in eine erste Tasche eingesetzten Sender und einem in eine zweite Tasche eingesetzten Energiespeicher, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Spannbacke mit einem

Antennenträger und einer Schutzabdeckung,

Fig. 4 ein Detail der Spannbacke aus Figur 2, mit einem zu der zweiten

Tasche geführten Vergusskanal, und

Fig. 5 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung mit eingebrachter

Vergussmasse.

Ein Spannfutter 27 wird im Regeleinsatz in üblicher Weise der Arbeitsspindel 28 einer Werkzeugmaschine 29 zugeordnet, wobei durch die Werkzeugmaschine der drehende Antrieb des Spannfutters 27 erfolgt. Die Bereitstellung der Betätigungskraft zur Erzeugung der gewünschten Spannkraft wird über Spannbacken 1 auf das Werkstück 30 aufgebracht, wozu das Spannfutter 27 einen Futterkörper 31 aufweist, in dem in gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Backenführungen die Spannbacken 1 angeordnet sind. Diese Situation ist schematisch stark vereinfacht in der Figur 1 dargestellt.

Da die Spannkraft des Spannfutters 27 im Betrieb diversen Störgrößen unterliegt, nämlich insbesondere Fliehkräften, wirkender Reibung oder Verschleiß, ist trotz der bekannten, mit der Werkzeugmaschine 29 erzeugten Betätigungskraft die auf das einzuspannende Werkstück 30 wirkende Spannkraft nie genau bekannt. Um diesem Nachteil zu begegnen, ist bei dem in dem Spannfutter 27 verwendeten Spannbackensatz mindestens eine Spannbacke 1 vorhanden, in deren Backenkörper 2 mindestens eine Tasche 9, 11 ausgebildet ist für einen Energiespeicher 12 und einen elektrischen Verbraucher, der zumindest einen Sender 32 für die drahtlose Übertragung von Daten umfasst, die durch einen dem Backenkörper 2 zugeordneten Sensor bereit gestellt werden. Die Werkzeugmaschine 29 verfügt über eine Maschinensteuerung mit einem Empfänger 33, der eine mit dem Sender 32 in der Spannbacke 1 zusammenwirkende empfängerseitige Antenne 34 zugeordnet ist, wobei der Sender 32 in der Spannbacke 1 und empfängerseitige Antenne 34 drahtlose Übertragungstechniken nutzen wie Bluetooth oder WLAN oder vorzugsweise die Technologie von IO-Link wireless. Dies ist in Figur 1 gleichfalls durch die Funkwellen 35 symbolisiert.

Eine dazu eingerichtete Spannbacke 1 selber ist detailliert in Figur 2 dargestellt. Diese weist den Backenkörper 2 auf, an dem eine Backenstufe 3 mehrfach ausgebildet ist, mit einem Stufenkopf 5 zum Flalten eines Spanneinsatzes 4. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei der Backenstufen 3 gezeigt, wobei gilt, dass eine abweichende Anzahl möglich ist, also auch eine Spannbacke 1 mit nur einer Backenstufe 3, mit zwei Backenstufen 3 oder mit vier oder fünf Backenstufen 3 realisiert werden kann, je nach den Anforderungen der erforderlichen Spannverhältnisse. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Backenkörper 2 der Spannbacke 1 als Stufen- Umkehrbacke gestaltet ist, also in einfacher Weise ein Wechsel zwischen einer Außenspannung zu einer Innenspannung durch einfaches Umdrehen der Spannbacken 1 in den Backenführungen des Spannfutters 27 möglich ist.

Aus der Figur 2 ist insbesondere auch ersichtlich, dass dem Stufenkopf 5 an einer an der Außenseite ausgebildeten Sensorstelle 6 der Sensor zugeordnet ist. Dabei ist die Sensorstelle 6 aus einer Tasche 7 gebildet, in der der Sensor angeordnet ist. Der Sensor selber ist als Dehnmessstreifen, insbesondere als Metall-Dehnmessstreifen gebildet, der in der Tasche 7 aufgeschweißt ist, wobei die Kontaktierungsflächen über einen Leistungsdurchgang 8 angeordnet sind, der zur Durchleitung einer Datenleitung und/oder einer Energieversorgungsleitung bereitgestellt ist. Schließlich ist auch ersichtlich, dass im Backenkörper 2 die mindestens eine Aufnahme 9, 11 gebildet ist durch eine erste Aufnahme 9 für den elektrischen Verbraucher oder ein Elektronikgehäuse 10 und eine zweite Aufnahme 11 für den Energiespeicher 12, also separate Aufnahmen für diese Bauteile räumlich getrennt vorliegen, die über den Leistungsdurchgang 8 mit der Tasche 7 verbunden sind. Der Energiespeicher 12 ist insbesondere als elektrische Speicherzelle wie einen Akkumulator oder einen Kondensator, gebildet.

Die durch den Metall-Dehnmessstreifen als Sensor erfassten Daten hinsichtlich der tatsächlich vorliegenden Spannkraft können dadurch dem Sender 32 zugeführt werden, der insbesondere ein Bauteil einer Elektronik ist, die in der ersten Aufnahme 9 enthalten ist, also die erforderlichen Elektronik- Bauteile zur Datenerfassung und gegebenenfalls Auswertung und insbesondere Datenübertragung durch den Sender 32 aufgenommen sind.

Da durch den Energiespeicher 12 eine Gleichspannung bereitgestellt wird, ist ein Verpolungsschutz vorgesehen durch ein Gehäuse 13 für die Aufnahme des Energiespeichers 12, wobei in dem Gehäuse 13 an einem Ende ein, fakultativ durch die Kraft einer ersten Feder beaufschlagter, einem ersten Pol 15 des Energiespeichers 12 zugeordneter Federkontaktstift 16 gelagert ist. Dem anderen Ende des Gehäuses 13 ist ein von diesem trennbarer Verschlussdeckel 14 zugeordnet, in dem eine Feder 17 angeordnet ist, wobei dem Verschlussdeckel 14 eine Elektrode 18 für den zweiten Pol 19 des Energiespeichers 12 zugeordnet ist. Der Federkontaktstift 16 und/oder die Elektrode 18 sind so geformt, dass diese kontaktierend zu dem zugewiesenen Pol 15, 19 und komplementär zu dem anderen Pol 15, 19 geformt sind. Figur 4 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Federkontaktstift 16 den zentral angeordneten ersten Pol 15 kontaktiert und die Elektrode 18 den zweiten Pol 19 an der Peripherie kontaktiert. Der Energiespeicher 12 ist gegeben durch eine zylindrische Rundzelle 20, mit einer den Federkontaktstift 16 kontaktierenden zentralen Erhebung 21 mit einem gegenüber der Rundzelle 20 kleineren Querschnitt. Diese Gestaltung stellt sicher, dass bei richtiger Polung der Stift 16 die Erhebung 21 erreicht, während bei falscher Polung die Höhe der Erhebung 21 zur Kontaktierung fehlt. Weiterhin hat die Erhebung 21 einen kleineren Querschnitt, der nicht bis zu der Peripherie reicht, so dass auch kein Kontakt mit der Feder 17 erfolgt, die die Elektrode 18 bildet. Dabei ist die Feder 17 als Ringfeder oder Spiralfeder 22 gebildet ist; der Federkontaktstift 16 ist in die Mitte der Feder 17 weisend angeordnet.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem in dem Verschlussdeckel 14 ein durch die Feder 17 beaufschlagter, einen Ringbund 24 aufweisender Kolben 25 angeordnet ist, der die durch die Feder 17 gebildete Elektrode 18 ergänzt, wobei der Kolben 25 durch einen Sicherungsring 26 gegenüber dem Verschlussdeckel gesichert ist und nicht verloren gehen kann, wenn das Gehäuse 13 aus der Spannbacke 1 entnommen wird. Als Verschmutzungsschutz und zur verbesserten Abdichtung ist dem Verschlussdeckel 14 außenseitig ein Dichtungsring 23 zugeordnet.

Das in die zweite Aufnahme 11 eingesetzte Gehäuse 13 ist mittels einer in die zweite Aufnahme 11 bei eingesetztem Gehäuse 13 einfüllbare Vergussmasse 36 lagesicher fixiert ist, um so die Funktionalität der sensorintegrierten Spannbacke 1 auch bei deren Einsatz in einem schnell rotierenden Spannfutter 27 sicherzustellen. Das Gehäuse 13 fungiert dabei auch als Schutzhülse, um den für den Energiespeicher 12 benötigten Hohlraum zu der Vergussmasse 36 abzugrenzen (Figuren 4 und 5).

Für den Verfahrensschritt des Vergießens ist ein Vergusskanal 37 von der Oberfläche des Backenkörpers 2 zu der zweiten Aufnahme 11 geführt, wobei der Vergusskanal 37 auch zu der ersten Aufnahme 9 geführt ist, um dort gleichfalls die Funktionalität im Betrieb durch das Einfüllen der Vergussmasse 36 sicherzustellen. Die Vergussmasse 36 fixiert damit auch den elektrischen Verbraucher mit dem Sender 32, gegebenenfalls vorhandene weitere, auf einer Platine angeordnete elektrische Bauteile oder zusätzliche Sensoren, wie einen Beschleunigungssensor, und die Kabelverbindungen, so dass die im Betrieb des Spannfutters 27 wirkenden großen Kräfte eine sichere Datenübertragung nicht beeinträchtigen.

Figur 3 verweist darauf, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an der Mündung 38 der ersten Aufnahme 9 an der Oberfläche des Backenkörpers 2 ein Antennenträger 39 mit einer Antenne 40 angeordnet ist, die mit dem Sender 32 verbunden ist, wobei der Antennenträger 39 mit dem Sender 32 in der Deckeltasche 38 durch eine nicht-metallische Schutzabdeckung 41 abgedeckt ist, die aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Dadurch wird auch eine sichere Datenübertragung bei großer Reichweite gewährleistet, da die Antenne 40 weit außen an der Spannbacke 1 platziert ist und durch die metallische Spannbacke 1 keine oder nur geringe Abschirmeffekte auftreten.

BEZUGSZEICHENLISTE Spannbacke Backenkörper Backenstufe Spanneinsatz Stufenkopf Sensorstelle Tasche Leistungsdurchgang erste Tasche Elektroniktasche zweite Aufnahme Energiespeicher Gehäuse Verschlussdeckel erster Pol Federkontaktstift zweite Feder Elektrode zweiter Pol Rundzelle Erhebung Spiralfeder Dichtungsring Ringbund Kolben Sicherungsring Spannfutter Arbeitsspindel Werkzeugmaschine Werkstück Futterkörper Sender Empfänger Antenne Funkwelle Vergussmasse Vergusskanal Deckeltasche Antennenträger Antenne (Sender) Schutzabdeckung/Deckel

Claims

ANSPRÜCHE

1. Spannbacke (1 ) für ein Spannfutter (27), mit einem Backenkörper (2), in dem mindestens eine Tasche (9, 11) ausgebildet ist für einen Energiespeicher (12) und einen elektrischen Verbraucher, der zumindest einen Sender (32) für die drahtlose Übertragung von Daten umfasst, die durch einen dem Backenkörper (2) zugeordneten Sensor bereit gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Deckeltasche (38) der Tasche (9, 11) an der Oberfläche des Backenkörpers (2) ein Antennenträger (39) mit einer Antenne (40) angeordnet ist, die mit dem Sender (32) verbunden ist.

2. Spannbacke (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenträger (39) mit der Antenne (40) in der Deckeltasche (38) durch eine nicht-metallische Schutzabdeckung (41) abgedeckt ist.

3. Spannbacke (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzabdeckung (41) aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet ist.

4. Spannbacke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine durch den Energiespeicher (12) und den elektrischen Verbraucher bestückte Tasche (9, 11) mittels einer Vergussmasse (36) verfüllt ist.

5. Spannbacke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Tasche (9, 11) gebildet ist durch eine erste Tasche (9) für den elektrischen Verbraucher und eine zweite Tasche (11) für den Energiespeicher (12).

6. Spannbacke (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die zweite Tasche (11) einsetzbares Gehäuse (13) vorgesehen ist, in das der Energiespeicher (12) einsetzbar ist.

7. Spannbacke (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergusskanal (37) von der Oberfläche des Backenkörpers (2) zu der mindestens einen Tasche (9, 11) geführt ist.

8. Spannfutter (27) mit mindestens einer Spannbacke (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Werkzeugmaschine (29) mit einem Spannfutter (27) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer Maschinensteuerung ein mit dem Sender (32) in der Spannbacke (1) zusammenwirkendes Empfangsmodul mit einer Antenne (40) zugeordnet ist.

10. Werkzeugmaschine (29) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (32) in der Spannbacke (1) und das Empfangsmodul eingerichtet sind zur Nutzung von IO-Link wireless.